[發明專利]虛擬演播室攝像機內外參數檢測方法和系統

無效

• 申請號: 00113050.1
• 申請日: 2000-06-23
• 公開（公告）號: CN1275022A
• 公開（公告）日: 2000-11-29
• 發明（設計）人: 姚平;駱德淵
• 申請（專利權）人: 成都索貝數碼科技股份有限公司
• 主分類號: H04N5/222
• 分類號: H04N5/222
• 代理公司: 四川省專利服務中心代理部
• 代理人: 馮忠亮

本發明涉及從攝像機獲得的圖像中提取攝像機內外參數物方法，尤其涉及基于空間非均勻標志編碼獲取攝像機內外參數(內部參數：鏡頭焦距、畸變系數、圖像中心坐標。外部參數：攝像機相對世界坐標的三維平動和轉動)的方法和裝置。

在虛擬演播室中，實時獲取攝像機內外參數至關重要。到目前為止，已出現三咱攝像機內外參數的獲取方法。

第一種方法是圓光柵編碼器測量攝像機內外參數。此方法須在攝像機支座和攝像機鏡頭上安裝圓光柵編碼器。攝像機俯仰、搖攝、變焦時，圓光柵編碼器也跟著運動，從而得到俯仰、搖攝和變焦時的轉動角度。這種方法只能得到攝像機的部份參數。欲得到其三維平動參數，還需要加上紅外定位系統。這種方法存在以下特點：

(1)鏡頭的焦距和變焦圈的轉動角度須進行標定，不同的鏡頭更換后須重新標定；

(2)編碼器和支座之間存在安裝間隔誤差，影響攝像機內外參數的測量精度；

(3)高精度的圓光柵編碼器價格昂貴，不利于降低成本。

第二種方法是將攝像機安裝在步進電機驅動的機械裝置上，計算機發給步進電機的驅動參數也是攝像機的內外參數。這種方法除了具有第一種方法的缺點外，還不符合攝像師操作習慣的習慣。

第三種方法是紅外遙測技術。在演播室中安裝三個固定的紅外接收器，在攝像機上安裝一個紅外發射器，通過三維空間坐標變換得到攝像機外部參數。攝像機焦距參數通過圓光柵編碼器的方法得到。這種方法的抗干擾能力差，對紅外發射、接收器的安裝精度要求高。

本發明的目的是提出一種應用方便，成本低廉，直接從虛擬演播室中的攝像機獲取的圖像中提取攝像機的內外參數的方法和系統。

本發明是這樣實現的：

虛擬演播室中基于圖像識別的攝像機內、外參數檢測方法，包括如下步驟：

1.在演播室藍屏或綠屏上布置識別標志，識別標志為圖形區域或帶狀網格，其色調與背景屏相同但色飽和度不同，識別標志按如下方法編碼：

1)識別標志為區域圖形的，其重心坐標定為特征點坐標，識別標志為條帶構成的網格，則條帶邊緣的交點坐標為特征點坐標。

2)每個識別標志根據包括自身在內的連續N個標志點的N-1個相鄰間距唯一確定一個編碼，編碼用二進制，若相鄰特征點的前一間距大于后一間距，則編碼為1，否則為0，制作的特征點陣，任何相鄰連續3點的兩個相鄰間距不相等。

3)N個相鄰特征點確定一個(N-2)位二進制代碼，從而區分同一水平行或垂直行上2^N-2個特征點的位置。

2.通過攝像機獲取帶識別標志和演員的背景屏圖像，一方面用色鍵技術得到帶鍵的演員圖像，另一方面經色度比較得到消除演員區域后帶識別標志圖像，從而得到各特征點的圖像坐標，由特征點的圖像坐標及特征點的編碼得到各特征點的世界坐標，由特征點的圖像坐標和世界坐標計算出攝像機的內外參數，利用這些參數去控制虛擬場景中的虛擬攝像機，得到滿足正確透視關系的虛擬場景實現虛擬演播室效果。區域圖像識別標志的特征點圖像坐標的提取方法如下：

(1)消除演員圖像區域；

(2)二值化帶識別標志的背景圖像；

(3)計算各個區域圖形的重心坐標或條帶邊緣檢測；

(4)用最小二乘法分別求取水平、垂直線；

(5)水平、垂直線相交得特征點圖像坐標。消除演員圖像區域和二值化帶識別標志的背景圖像的步驟如下：

(1)初始化，設演員圖像以外區域點數和綠色分量總和為0。

(2)如掃描點為黑點，掃描下一點，如掃描點：紅色R＞藍色B或綠色G＞藍色B，則將此點置為黑色，并以此為中心，將連續的5^*5像素塊置為黑色，否則為非演員區域，綠色總量增加數值。直至掃描完成，并計算非演員區域的綠色分量G的平均值。

(3)重新掃描上述處理后的圖像，并比較掃描點的綠色G分量值，若G＞G的平均值，則置此點灰度為255，否則為0，得到標志區域的二值化圖像。區域圖形重心坐標的計算方法如下：

(1)初始化掃描循環變量I，j和特征點數。

(2)掃描標志區域的二值化圖像直至該連通區域縱坐標最大點，以此確定掃描區域中心。

(3)擴大矩形區域并檢驗其中的亮點數，如擴大前與擴大后區域內的亮點數不等，則重新進入(3)，如相等，則計算矩形區域內所有亮點的重心坐標。

(4)特征塊經二值化后必須是單連通區域，經二值化后像素點數應大于一定閾值。識別標志塊重心的世界坐標的提取方法如下：