虚拟演播室及其实际应用

杨 胤

吉林电视台，吉林长春 130000

虚拟演播室及其实际应用

杨 胤

吉林电视台，吉林长春 130000

虚拟演播室的研究发展不断向前推进，在视频领域的应用不断走向成熟，这对于电视台、节目的制作提供了极大地比便利。文章首先对虚拟演播室的基本原理进行了详细的阐述，着重讨论了虚拟演播室摄像机跟踪技术，最后对虚拟演播室的实际应用模式进行了探索性的介绍。

虚拟演播室；摄像机跟踪技术；虚拟场景色；键混合器

色键抠像同电脑虚拟技术的完美结合孕育出虚拟演播室，其实现了摄像机所拍摄的图像同电脑虚拟场景的巧妙结合，这将是电视节目的一大福音，节目的制作将不再会受制于传统的时间空间以及道具，大大提高了电视节目制作的质量。

1 虚拟演播室原理综述

随着各种先进电视节目制作技术的发展，虚拟演播室得到了越来越多的应用，它主要包括了摄像机系统、虚拟场景生成系统以及视频合成系统。所谓的前景指的就是在虚拟情况下得到的各种风景以及人物的视频，与其相对应的是虚拟场景。虚拟场景并不是真实的，是借助虚拟生成系统生成的。摄像机的拍摄工作中不可避免的会进行角度的调整，姿势的俯视仰视、变焦动作，摄像跟踪系统的职责就在于对摄像机进行跟踪监视，并且将采集到的各种运动信息传送到虚拟生成系统中，从而使得到的各种虚拟场景对前景透明。有的情况下我们会发现得到的虚拟场景和前景之间会存在一定的延时现象，因此需要增加相应的延时器，确保制作的视频系统能够实现虚拟背景和实际背景之间的有效合并，为人们呈现一个虚实相结合的场景，达到前景同虚拟场景进行交融贯通，合为一体。

2 摄像跟踪技术

摄像机跟踪系统在在虚拟演播室中扮演着重要角色，确保摄像机、演员以及虚拟场景之间保持一个同步关系，同时保持对摄像机进行精密的监视并将其中的运动参数提取出来，其中最为重要参数主要为镜头运动参数、机头运动参数、空间坐标参数等，然后通过串行接口RS232或RS422实施传输，虚拟场景生成系统接收后生成同前景相融合的虚拟场景。常见的摄像机跟踪技术主要包含下列几种方式：网格图案识别、红外传感、超声波定位、机械传感。

1）机械传感方式优缺点。

此种方式的优点在于性能稳定可靠，对于摄像机的跟踪参数的获取精度较高，数据处理效率较高；背景颜色采用单一蓝色；同时对于摄像机的拍摄位置的选择比较宽松，没有苛刻的要求，所以在使用过程中不用考虑摄像机的摆放位置和拍摄角度；演员还可以在背景范围内进行自由活动。缺点：跟踪系统每次重新启动都需对摄像机重新进行校正定位；摄像机的种类和数量受到了极大的限制；如果必须多台摄像机，那么任何一台摄像机必须相应的配备一套跟踪系统，这对于系统成本来说无疑是一个极为不利的因素。

2）超声波定位方式优缺点。

该方式能够有效提高摄像机在视频录制过程中的定位精度；安装方式也进行了大幅的简化，初始化设置的简便快捷化，另外当摄像机重新启动后将自动进行定位校正；摄像机的参数采集精度得到了较大的提升，对于数据处理效率较高，运算量较小、延时短；拍摄方式简单、多样化，包括肩扛、手提、液压云台、摇臂、吊臂、滚轮三角架等。缺点：当前采用的超声波定位技术的实际产品比较少，应用并未成熟。

3）网格图案识别方式的特点。

优点：无需对摄像机安装附加方式；拍摄过程中能够对摄像机实施自由转动，这对于摄像师的创作是极为方便的；能够原封不动的对演播室摄像机进行使用；对于一个跟踪器能够运用于多台摄像机。缺点：对于色键混合器的细节表现能力有所牺牲，同时灯光布置要求比较苛刻；由于受到网格角度的此限制，摄像机的俯仰角范围较小，不得摇摆出网格，否则定位精度将会大打折扣；相比起机械传感方式，该识别方式采集到的数据精度较小；所以为了保证视频拍摄过程中的跟踪精度，使用过程中应保证摄像机的焦点不得移出网格，这无疑将会大大限制了摄像机的景深以及演员的活动范围，这给特写拍摄带来较大难度，演员不得走出网格范围之外，同时演员的蓝色背景也有限制，不能对网格进行遮掩，否则的话，跟踪信号将会受到影响，甚至消失；摄像机移动过程中要保持缓慢的速度，从而避免摄像机在移动过程中出现跟踪混淆现象，导致录制的图像出现一定程度的跳帧现象；需要额外时间对网格图案进行辨识，这无疑增加了节目录制所需要的时间，导致视频播放需要的时长较多。

4）辅助摄像机技术。

上一个图像识别方式为辅助摄像机的设计和应用提供了必备条件，实现了摄像机向着小型化的方向发展，体积的小型化给安装工作提供了极大的便利，一般可安装到演播室摄像机顶部，但是也可安装到其他部位，不管是侧墙或者天花板。辅助摄像机的作用在于配合演播室摄像机的演员拍摄工作，并且对拍摄工作内容进行实施分析，确保摄像机采集到的各个参数正确无误。这种摄像技术具有较大的便利性，能够实现各种高难度的视频拍摄。

5）红外传感方式的特点。

优点：对于摄像机角度坐标参数的测定非常简单快捷，只要处于其所控制的范围内；拍摄方式简单快捷，无论是肩扛还是手提式拍摄。缺点：安装程序复杂，初始化比较麻烦；容易遭受外界环境干扰；一般情况下如果红外线相互交织就会出现炫光现象，对演播室中的人员眼睛造成一定的损害；另外该方式在使用过程中的运算量较大，视频录制和播放过程中存在较严重的而言是现象。

3 虚拟演播室的实际应用模式

3.1 二维虚拟演播室

通常情况下，对于图像处理硬件有很大的依赖，通过其完成处理，实现对摄像机运行过程中参数的监视，营造一个良好的二维虚拟场景。

3.2 三维虚拟演播室

此种系统相对来说比较复杂，其中包含有高速实时渲染技术，还有虚拟阴影反射技术、像素级深度键技术等，通过上述技术相配合，方可做好演播室中三维场景的生成。从而为演播室中演员提供真实的背景信息，演员在其中能够进行连续性的动作、位置变化，一些虚拟的场景配合真实人物以及场景能够相互融合，最终形成具有纵深感觉的视觉效果。

3.3 虚拟演播室

HD 虚拟演播室的横空出世对于高清电视技术来说是一项福利，这一新颖技术的出现为高清晰度电视的虚拟演播室的发展提供了强有力的支撑。

3.4 虚拟重放系统

此种系统比较适合一些球类体育赛事的录制和播放，一方面能够模拟体育场中的模型信息，并且将要播出的图像信息进行冻结，然后将其转化为三维视频，虚拟摄像机可以进行多维角度的拍摄，观众能够在各个角度的比赛瞬间进行观赏。

3.5 虚拟广告系统

该系统常用来播放各种类型的体育比赛或者综艺节目，在播出过程中能够方便的进行各种广告标识的插入，也可采用虚拟广告牌替代现场广告牌，这样对于广告牌尺寸以及位置均不再有任何要求，也可制作成动画形式。

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1674-6708（2015）143-0082-02