專利名稱：在三維模型中應(yīng)用畸變的投影方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電視節(jié)目制作的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種在三維模型中應(yīng)用畸變的 投影方法及一種在三維模型中應(yīng)用畸變的投影裝置。
背景技術(shù)：
虛擬演播室是近年發(fā)展起來的一種獨(dú)特的電視節(jié)目制作技術(shù)。它的實(shí)質(zhì)是將計(jì)算 機(jī)制作的虛擬三維模型與攝像機(jī)現(xiàn)場拍攝的物體活動圖像進(jìn)行數(shù)字化的實(shí)時(shí)合成，使物體 圖像與虛擬背景能夠同步變化，從而實(shí)現(xiàn)兩者的融合，以獲得完美的合成畫面。虛擬演播室 技術(shù)是在傳統(tǒng)色鍵摳像技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用了計(jì)算機(jī)三維圖形技術(shù)和視頻合成技術(shù)， 根據(jù)攝像機(jī)的位置與參數(shù)，使三維虛擬場景的透視關(guān)系與前景保持一致，經(jīng)過色鍵合成后， 使得前景中的圖像看起來完全處于計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的三維虛擬場景中，而且能在其中運(yùn)動， 從而創(chuàng)造出逼真的、立體感很強(qiáng)的電視演播室效果。相應(yīng)地，在虛擬演播室系統(tǒng)中，我們需要把虛擬的三維模型按照當(dāng)前攝像機(jī)的姿 態(tài)投影到二維圖像中去，從而實(shí)現(xiàn)虛實(shí)的結(jié)合。對于攝像機(jī)的姿態(tài)，一般都是基于機(jī)器視覺 中針孔成像模型的透視投影成像原理確定，公知的是，它具有把直線映射成直線的特點(diǎn)。然而，實(shí)際上真實(shí)的鏡頭并非理想的針孔成像模型，往往還帶有微小的畸變，如圖 1所示，真實(shí)的鏡頭往往會把現(xiàn)實(shí)場景中的直線投影成圖像上的一條帶弧度的曲線。此時(shí)， 若直接把虛擬的三維模型投影到圖像上去，直線仍是直線，就會顯得跟圖像中的場景不協(xié) 調(diào)，缺少真實(shí)感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在三維模型中應(yīng)用畸變的投影方法，以使 三維模型與圖像中的真實(shí)場景相匹配，實(shí)現(xiàn)更真實(shí)、自然的虛實(shí)結(jié)合。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種在三維模型中應(yīng)用畸變的投影 方法，包括確定當(dāng)前圖像攝像機(jī)坐標(biāo)系下的歸一化圖像坐標(biāo)(X，y)；根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(X，y)，計(jì)算畸變后的圖像坐標(biāo)(仏P)；將三維模型經(jīng)過投影所述畸變后的圖像坐標(biāo)(仏“ )后，疊加到真實(shí)的二維圖像中。優(yōu)選的，所述確定當(dāng)前圖像攝像機(jī)坐標(biāo)系下的歸一化圖像坐標(biāo)(X，y)的步驟包 括將三維模型在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)變換為攝像機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)；對所述變換的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行歸一化，獲得歸一化的圖像坐標(biāo)(X，y)。優(yōu)選的，所述確定當(dāng)前圖像攝像機(jī)坐標(biāo)系下的歸一化圖像坐標(biāo)(X，y)的步驟包 括將三維模型按針孔成像模型投影到像平面上，獲得圖像坐標(biāo)系下的圖像坐標(biāo)(U， ν)；
獲取圖像坐標(biāo)的變換關(guān)系，并依據(jù)所述變換關(guān)系計(jì)算圖像坐標(biāo)(u，ν)對應(yīng)的攝像 機(jī)坐標(biāo)系下的歸一化圖像坐標(biāo)(X，y)。優(yōu)選的，所述根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(x，y)計(jì)算畸變后的圖像坐標(biāo)(仏“ )的步 驟包括根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(X，y)計(jì)算畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(無；將所述畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(無，JO投影到像平面上，獲得畸變后的圖像坐標(biāo) ( ,ν)。優(yōu)選的，所述根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(x，y)計(jì)算畸變后的圖像坐標(biāo)(&，▽)的步 驟包括構(gòu)造當(dāng)前圖像的徑向畸變模型；將所述歸一化的圖像坐標(biāo)(X，y)代入徑向畸變模型中，獲得畸變后的圖像坐標(biāo) 器。

優(yōu)選的，所述根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(x，y)計(jì)算畸變后的圖像坐標(biāo)O ,的步 驟包括根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(X，y)計(jì)算畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(無歹).
9將所述畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(兄JO投影到像平面上，獲得畸變后的圖像坐標(biāo) ,V)。優(yōu)選的，所述獲取圖像坐標(biāo)的變換關(guān)系的步驟包括生成攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)投影矩陣為

權(quán)利要求
1.一種在三維模型中應(yīng)用畸變的投影方法，其特征在于，包括確定當(dāng)前圖像攝像機(jī) 坐標(biāo)系下的歸一化圖像坐標(biāo)(X，y)；根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(χ，y)，計(jì)算畸變后的圖像坐標(biāo)(O);將三維模型經(jīng)過投影所述畸變后的圖像坐標(biāo)(&，▽)后，疊加到真實(shí)的二維圖像中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定當(dāng)前圖像攝像機(jī)坐標(biāo)系下的歸一 化圖像坐標(biāo)(χ，y)的步驟包括將三維模型在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)變換為攝像機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)； 對所述變換的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行歸一化，獲得歸一化的圖像坐標(biāo)(χ，y)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定當(dāng)前圖像攝像機(jī)坐標(biāo)系下的歸一 化圖像坐標(biāo)(χ，y)的步驟包括將三維模型按針孔成像模型投影到像平面上，獲得圖像坐標(biāo)系下的圖像坐標(biāo)(u，ν)； 獲取圖像坐標(biāo)的變換關(guān)系，并依據(jù)所述變換關(guān)系計(jì)算圖像坐標(biāo)(u，ν)對應(yīng)的攝像機(jī)坐 標(biāo)系下的歸一化圖像坐標(biāo)(χ，y)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(χ，y)計(jì) 算畸變后的圖像坐標(biāo)(仏“ )的步驟包括根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(x，y)計(jì)算畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(元夕). 將所述畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(無，投影到像平面上，獲得畸變后的圖像坐標(biāo) (u,v)。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(X，y)計(jì) 算畸變后的圖像坐標(biāo)(遼，乃的步驟包括構(gòu)造當(dāng)前圖像的徑向畸變模型；將所述歸一化的圖像坐標(biāo)(x，y)代入徑向畸變模型中，獲得畸變后的圖像坐標(biāo)(仏巧。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(X，y)計(jì) 算畸變后的圖像坐標(biāo)(仏的步驟包括根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(x，y)計(jì)算畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(兄50.將所述畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(元投影到像平面上，獲得畸變后的圖像坐標(biāo) (u,v)。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述獲取圖像坐標(biāo)的變換關(guān)系的步驟包括 生成攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)投影矩陣為ΛOMcK =OΛvCO01通過如下公式把歸一化坐標(biāo)變換為圖像坐標(biāo)
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述徑向畸變模型為
9.如權(quán)利要求4或6所述的方法，其特征在于，所述畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(元予)通 過以下公式計(jì)算獲得；
10. 一種在三維模型中應(yīng)用畸變的投影裝置，其特征在于，包括歸一化圖像坐標(biāo)確定單元，用于確定當(dāng)前圖像攝像機(jī)坐標(biāo)系下的歸一化圖像坐標(biāo)(X，y)；畸變后的圖像坐標(biāo)計(jì)算單元，用于根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(x，y)，計(jì)算畸變后的圖 像坐標(biāo)(仏巧；虛實(shí)疊加單元，用于將三維模型經(jīng)過投影所述畸變后的圖像坐標(biāo)(仏巧后，疊加到真實(shí) 的二維圖像中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在三維模型中應(yīng)用畸變的投影方法，包括確定當(dāng)前圖像攝像機(jī)坐標(biāo)系下的歸一化圖像坐標(biāo)(x，y)；根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(x，y)，計(jì)算畸變后的圖像坐標(biāo)將三維模型經(jīng)過投影所述畸變后的圖像坐標(biāo)后，疊加到真實(shí)的二維圖像中。本發(fā)明可以使三維模型與圖像中的真實(shí)場景相匹配，實(shí)現(xiàn)更真實(shí)、自然的虛實(shí)結(jié)合。
文檔編號G06T11/00GK102110299SQ200910243930
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者謝宏 申請人:新奧特(北京)視頻技術(shù)有限公司