专利名称：多台摄像机的相对控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及摄像机控制系统领域，并且本发明的一个方面涉及控制至少两台摄像机，以捕捉一个目标物在一个表面上移动的不同图像，其中包括一个原始图像和一个晕圈图像，该原始图像可在该晕圈图像中移动，晕圈图像的位置取决于物体的运动。
背景技术：
电视转播的体育赛事无论是通过免费电视还是付费电视播出都很受欢迎，并且出现了许多专门的体育类频道。随着更加先进的摄像技术的问世，影像质量得到了提升，同时新的摄像镜头也得以实现。现在，经常能够在板球三柱门的门柱内以及赛车内看到摄像机。足球和篮球等许多体育运动都需要使用一种以三脚架为支撑、由经过实景捕捉培训的摄像技术人员控制的传统可移动式摄像机来捕捉复杂的连续镜头。本发明提供了一种替代性方法，该方法使用能够实现自动对焦、自动变焦、自动摇摄和倾斜的伺服系统和编码器，从而实现摄像机自动受控。该系统能够使摄像机接收来自一个控制构件的控制信号，以捕捉比赛的图像。为每台摄像机都安排一个摄像技师所需的费用是手动控制系统的局限性之一。此外，由于考虑到摄像师的健康和安全问题，摄像机在比赛场外围的安排位置会受到限制。手动控制系统的另一个局限性是，当在拳击和冰球等比赛中需要拍摄特写镜头时，摄像师的身影会遮挡比赛现场或舞台效果。目前市面上有很多种自动摄像机控制系统。这些系统大致分为两类，即利用一个标签对象的控制系统和主从摄像机控制系统。但是，使用标签的系统可能过于简易，而且无法提供现代电视广播所需的取景和构图变量。另一方面，主从系统的问题还包括从属摄像机捕捉的图像与主摄像机相同，唯一的差别就在于捕捉的角度不同。应当注意的是，在整个说明书中对先前技术的讨论仅出于为本发明提供一个上下文语境的目的，绝不应当因为其先与本申请的优先权日期而存在就被视为对该项先前技术已被大众所熟知或者该项先前技术是该领域内一般常识之一部分的一种承认。
发明内容
本发明的一个方面，但不一定是最广泛或唯一的一个方面，提出了一种获取移动物体的运动图片镜头的方法，其包括以下步骤
使用第一台运动图片摄像机捕捉该目标物的一个动态原始图像；以及使用第二台运动图片摄像机捕捉在该原始图像四周大量延伸的一个动态晕圈图像，上述第一台和第二台运动图片摄像机受控，使其中晕圈图像相对于原始图像的位置可以改变。第一台和第二台运动图片摄像机受控时能够使原始图像保留一部分晕圈图像，且晕圈图像相对于原始图像的位置可以改变。该目标物可以是一场体育比赛的用球，其中原始图像和晕圈图像至少包括该比赛用球的运动图片镜头。原始图像和晕圈图像还可进一步包括参与比赛的个人或群体、球门、球场或相关标线的运动图片镜头。动态原始图像的取景质量取决于上述第一台摄像机镜头的视场(变焦)和目标距离(焦距)以及摄像机对齐伺服摇摄倾斜头。动态晕圈图像的取景质量取决于高速摄像机镜头的视场和目标距离以及摄像机对齐伺服摇摄倾斜头。原始图像和晕圈图像的形状可以是但不限于圆形、椭圆形、正方形和长方形。在一种形式中，由各个摄像机视场和目标距离所确定的原始图像和晕圈图像会改变。这点很重要，因为观众最想看到的摄像机镜头构成将会因比赛球员的动作不同而产生变化。通过这种方法，一台摄像机就能够捕捉到一个特定球员等目标物的特写镜头，同时第二台摄像机自动捕捉该球员周围更广阔的区域，这可包括抢球的对方球员或等待传球的队友。在另一种形式中，跟踪目标物是足球或篮球比赛的用球，运动图片原始图像及晕圈图像包括比赛用球及参与比赛的个人或群体或观众感兴趣的其他图像。“比赛”是指一名球员或多名球员积极参与其中的运动过程。当一名球员在场上跑动时，晕圈图像的位置会从原始图像四周朝一边向前移动，其中晕圈图像朝该球员的前方延伸并且包括离第一名球员很近的防守球员以及在短时间内可能参与抢夺的球员。此方法可以使用至少一个晕圈图像中包含的至少一个原始图像。通常情况下，摄像师可使用该晕圈图像或多个晕圈图像。在另一种形式中，原始图像和晕圈图像可能被锁定到一个预先确定的对象，其包括可能会用于跟踪比赛用球、球员或车辆的射频标签或可动点(以下简称“跟踪节点”)。读者应该理解的是，在整篇说明书中，“跟踪节点”一词是指具有通过测绘一片选定区域面所创建的一个数学模型中x、y、z坐标的一系列点。在数学模型内，该跟踪节点可以复制整个绘制区域中一个选定目标物的实际运动，或者可以复制一个指示器在整个触摸屏上的运动。原始图像和晕圈图像的大小可以单独进行调整。图像的大小也可以是一定比例的原始图像、可调的固定大小、或可变对数比例的原始图像。晕圈图像的大小也可以由跟踪节点在一个偏置区域内的位置来确定。偏置区域可能已经预先确定了示踪目标物或跟踪节点周围原始图像和晕圈图像的位置控制参数。预先确定的参数最好存储在软件中。为了满足为给定运动或活动正确取景的复杂要求，原始图像和晕圈图像最好由软件控制。下文的基本概要能够提醒读者认识到此类交互的某些复杂性。图像围绕跟踪目标物，具有将跟踪目标物保持在指定边界内的偏移限制线。这些边界可以被作为一个用于阻止跟踪目标物移出的围栏。图像在限制线内还有位置域。该位置域会根据跟踪目标物在偏置区域内的位置来定位跟踪目标物外围图像的位置，该偏置区域通常覆盖整个竞技场地和移动方向，而该移动方向可由摄像师进行调整。碰撞栏也会限制图像可以移动的空间，这些碰撞栏通常刚好位于比赛场地或表演场的边界外。读者现在应该理解，为了充分了解图像捕捉的功能性，读者必须也同时理解其他软件的相关功能。随后的章节将对这些功能作进一步的详细说明。图像可能有限制线，其与图像的外部边缘平行，可以在指特定的距离或图像直径或最长边的一定比例处偏移。图像用于捕捉图像限制线内的被跟踪的目标物或跟踪节点。限制线为被取景的目标物或球员周围有效地提供了一定的空间，离电视机画框有一定距离。限制线还有一个可变的缓冲效果，能使跟踪节点与限制线有一个从强到弱的碰撞。这种缓冲效果能够使移动图片视觉感更加流畅，而没有具有颠簸感的方向转变。在特定场合中，限制线可以在图像外，捕捉到图像外的跟踪节点。限制线可从图像的外部边缘偏移，偏移的方法包括特定距离、特定比例的直径或对角线、及特定最大和最小距离及其比例的组合。在另外一种形式中，原始图像和晕圈图像之间的关系与一个控制构件有关并受其控制。在一种形式中，原始图像的大小可能与晕圈图像成比例。这一比例关系可能是正比、反比、线性或指数。但在另一种形式中，每个图像有一个位置域，该位置域由一个X、y和ζ轴组成，通常情况下通过图像中心将图像平分。位置域的形式有多种，包括但不限于带有一个或两个轴的正交形式、曲面网格形式、抛物线形式、或同心圆形式。作为被跟踪目标物的跟踪节点会与位置域、移动方向及偏置区域进行交互，以实现对电视画框内跟踪目标物的运动图片正确取景。在一种形式中，位置域延其X轴对跟踪节点的位置进行调整，与节点的移动方向成比例。位置域延其y轴调整节点的位置，与节点在偏置区域内的位置成比例。随后的章节将对跟踪节点、位置域、移动方向和偏置区域之间相互作用的方法进行进一步说明。根据跟踪目标物的速度、移动方向、动作、相对于偏置区域的位置以及与第一台摄像机或第二台摄像机物理位置的相对方向，图像的移动、大小、位置以及相互之间的关系会有所不同。根据被跟踪目标物的性质，关系可能也会有所不同。例如，当在跟踪一名球员时，其移动和行为将被限制在一个邻近比赛区域的狭窄平带里。相比之下，球员脚下的足球的移动则完全不同，可以在比赛区域向上延伸更广的区域内移动。因此，关系会因足球的轨迹或预期轨迹而有所不同。在这种情况下，动态原始图像可能会跟随球的轨迹，而第二动态晕圈图像可能会捕捉根据球的轨迹而计算出的预期着陆区域的镜头。虽然应被理解为晕圈图像可以与原始图像分离，但通常情况下，原始图像位于晕圈图像内部。例如，当一名球员正试图在球门处射门时，晕圈图像可能会与原始图像分离，以便当跟踪节点或足球接触到指定区域时，第二台摄像机可以对准球门。当目标物位于门前区域等预先设定的空间内时，晕圈图像从原始图像的脱离可以通过电脑软件自动完成的。或者，这一脱离效果可以通过用户界面来执行，在一种形式中，可使用一个切换器。图像或晕圈的脱离还可能发生在需要人群、教练区或其他预设区域的镜头时。第二台摄像机的脱离和重新定位可以通过不同的控制开关来完成。在另一种形式中，原始图像周围可有多个晕圈图像，并且每个晕圈图像都有各自的特定大小。图像的捕捉由软件控制，可能包括偏置区域、碰撞栏、移动方向、取景限制线、分割按钮及成比例的顶部空间取景。在单个晕圈图像与软件进行交互的同时，原始图像可能不与软件进行交互。摄像师可以单独激活或停止每个图像与软件的交互。本发明的第二个方面提出了一种捕捉运动图片的装置，包括用于捕捉一个移动目标物的动态原始图像的第一台摄像机、用于捕捉在原始图像周围延伸的晕圈图像的第二台摄像机、以及一台用于控制上述动态原始图像周围的上述动态晕圈图像位置的控制构件。根据以上装置，第一台摄像机及其所有其他摄像机均由伺服摇摄倾斜头及控制焦距和变焦的伺服镜头来控制。在一种形式中，控制构件还进一步控制第一台摄像机及所有其他摄像机的摇摄、倾斜、变焦和焦距。
原始图像和所有晕圈图像之间的关系可以通过使用包括一个用户界面和指定软件的控制构件来改变。该用户界面可能包括一个触摸屏，用于显示直播视频和比赛场地的同步三维模型。该控制构件可能需要虚拟三维计算机生成的环境与摄像机拍摄的同一真实环境同步。这种同步能使摄像师看到叠加在视频上的三维模型，如足球场标线。这使摄像师能够在使用三维模型计算机环境工作的同时仍然能够通过视频看到现场状况。这种同步通常需要对伺服编码镜头的变焦和聚焦进行校准和绘图、通过测量环境或一个已知的标准环境(如网球场)来创建环境的三维模型、摄像机已通过相关x、y、ζ坐标了解三维位置以及摄像机头水平面的倾斜和摇摄、以及每个摄像机安装到一个伺服编码摇摄倾斜头上。这种同步能使一台计算机通过编码器读取摇摄、倾斜、变焦和聚焦设置来确定摄像机的视场。因此，摄像师能够看到一个精确的虚拟三维模型叠加在真实视频之上。所以，当摄像机的视场移动时，同步的三维模型也会准确地实时移动。目前，这种同步使一位摄像师能够准确实时地指挥和控制一片指定区域周围的多台摄像机，并能够同时看到摄像机视野和叠加的三维几何空间软件功能。这能够使动态目标摄像的取景和对焦实现超高准确性。在一种形式中，控制构件还进一步包括一种广播切换装置，使摄像师能够选择欲播出或录制的镜头。该装置的组件，如摄像机、显示构件和控制构件可以通过一种通信方式连接，其包括但不限于一个调制解调器通信路径、局域网(LAN)等一个计算机网络、互联网、射频或固定电缆。这意味着用户可以在一个位置对多台摄像机的操作进行控制。在另一种形式中，处理器和内存相互协作并与计算机的其他组件协同实现此处所述的所有功能。在另一种形式中，处理器执行相应的软件来实现此处所述的所有功能。在另一种形式中，控制构件是一台计算机，其包括RAM和ROM内存、一个或多个中央处理器、输入/输出(简称10)接口及至少一个数据存储设备。该计算机包括用于控制摄像机和执行功能的应用软件，其存储在计算机存储设备的可读介质中。该装置可能包括嵌入式软件或具有专门用于执行一个或多个指定功能的相应硬件的固件。在一种形式中，处理器和内存相互协作并与计算机的其他组件协同实现此处所述的所有功能。本发明的第三个方面提出了一种用于控制上述装置操作及应用上述及以下方法的软件程序。在一种形式中，控制构件包括一台计算机显示器，其含有实时叠加在同步摄像机上的比赛台面虚拟模型或示意图，该同步摄像机与虚拟模型具有相同的视角。该虚拟模型可能包括比赛台面的边界、球门及相关标线。摄像师可以在计算机模型内指挥控制并查看摄像机视频上的各种几何空间软件功能。本发明的第四个方面提出了一种运动图片捕捉装置，其包括用于捕捉一个移动目标物的动态原始图像的第一台摄像机、用于捕捉在原始图像周围大量延伸的晕圈图像的第二台摄像机、以及一台用于控制上述动态原始图像周围的上述动态图像位置的控制构件。在一种形式中，跟踪节点可能存储在软件中，以辅助上述原始图像和晕圈图像的定位。跟踪节点是可代表跟踪车辆、球员或比赛用球并为其提供一个位置参考的数学点。操控跟踪节点实时位置由以下(但不局限于)设备来控制全球定位系统(GPS)设备、射频标记设备、光学识别设备，或使用触摸屏上的鼠标或触控笔来进行手动跟踪。图像可单独分配给特定的跟踪节点。跟踪节点可以多种方式与图像进行空间上的交互。跟踪节点可以被锁定在剖切面上，从而设置跟踪节点距离比赛台面的高度，同时允许跟踪节点在整个剖切面以任何方向、速度和加速度移动。跟踪节点也可以各种方法在剖切面上偏移，这些方法包括但不限于滚动鼠标滚动轮、滑动控制界面中的滑动条、及按下按钮并使用触摸屏触控笔来向触摸屏上方或下方移动触控笔。计算机利用跟踪节点的位置来计算目标距离以设置镜头焦距，从而使跟踪节点周围的区域始终都处于清晰状态。目标距离是镜头到目标或最终目标的距离。当需要跟踪多个目标时，可使用多个跟踪节点。在与软件设备交互时，可将指定的摄像机专门分配给特定的跟踪节点。本发明的第五个方面提出了一种软件功能，以下简称为剖切面。该剖切面使图像能够将ζ轴位置作为剖切面平面。该剖切面是一个包含在软件中的数学面，能够以可变高度在比赛台面上偏移。该平面可与指定平面平行，或者可以是位于比赛区域或台面上方的曲面或可变面。该剖切面也可以配置成任何形状，如偏置一米并与一个复杂且起伏的赛车跑道平行。通常情况下，剖切面将超出主要比赛区域并延伸至次要区域，如比赛场地周边区域、看台和车辆缓冲区。剖切面的主要功能时允许跟踪节点及被捕捉的图像在整个剖切面平面移动或偏移。在跟踪赛车时，剖切面能够提供更高的准确性，因为车辆距跑道的高度通常是已知的(除非车辆在飞)，因此可以避免GPS跟踪在Z轴方向或高度上的不精确度。在一种形式中，软件所包含的偏置区域会与跟踪节点在偏置区域内的位置交互，以决定图像在跟踪节点周围的位置情况。偏置区域有多种形式，其包括但不限于含有一个或两个轴的正交形、同心圆或椭圆形。跟踪节点可以向偏置区域的χ轴任意一端移动，跟踪节点离X轴越远，离图像的X轴也就越远，但仍然位于图像的限制线以内。也可利用多个偏置区域，比如一个覆盖整个足球场的正交偏置区域及两个以每个球门为中心、半径为30米的同心圆偏置区域。跟踪节点外围晕圈图像的效果基于两个偏置区域的平均效果，这当然取决于跟踪节点在偏置区域内的位置。在另一种形式中，移动方向功能可以储存在软件中，并且在一种形式中，该移动方向功能可能通过一个可调滑道设备由人工控制，该滑道设备作为一个中立的中间位置并可进行前后校准。移动的方向为图像内的跟踪节点前后创造了引导空间。滑动离中间位置越远，晕圈图像的中心就偏离跟踪节点越远。例如，如果向前滑动90%，那么跟踪节点就偏离图像中心90%，在晕圈图像内跟踪节点的前方创造了非常大的引导空间。引导空间的长度或跟踪节点位置与其在图像位置域y轴上偏移的距离，与移动方向的长度成比例。引导空间出现在图像的哪一边由摄像师操控，并且通常取决于球滚动的路线。在另一种形式中，碰撞栏功能可能存储在软件中。碰撞栏是一种软件空间排序功能，使图像能够向其产生碰撞，但一般不会使图像越过几何准线。碰撞栏像一个围栏一样，在需要时可以对其进行校准，使其适合比赛场地的周长。碰撞栏具有可变的减速设置，在发生接触前能够使晕圈图像缓冲到碰撞栏。图像有三个可选功能，这些功能有以下作用第一，使图像辨识碰撞栏并向其缓冲；第二，使图像忽略碰撞栏及其相关功能；第三，能够生成一个混合式选项，晕圈图像会在原晕圈穿过碰撞栏之前使用碰撞栏，原晕圈穿过碰撞栏时，晕圈图像将继续围绕在原始图像周围并与原始图像一起穿过碰撞栏。碰撞栏会阻止特定图像离开比赛场地区域，从而将摄像机的视场保持在比赛平面和球员上。在另一种形式中，一种画框功能可以储存在软件中。该画框功能是一种软件排序功能，以图形的方式在被捕捉的图像周围显示摄像机的“16X9图面”。画框的四边总是接触到图像外部边缘，与摄像机的视野对准线相对称，例如，如果图像扩大，那么画框也随之扩大。可用多种方法设置画框底框和顶框的高度以及画框的中心。首先，画框的底框可以与剖切面或跟踪节点处的跟踪平面有一个垂直的偏移距离；第二，可以对画框进行设置，当画框呈现整个捕捉图像时，使跟踪节点始终保留在一个特定的水平轴或画框带上；第三，图像离摄像机最近的一边将处于画框的底框。有关画框顶框高度的另一个最重要的功能是顶部空间比例功能，该功能会与图像大小和剖切面的高度交互，以便当画框顶框达到比赛台面以上某个特定高度时，画框的高度不会再进一步减少，而且如果画框的尺寸由于图像尺寸缩小而需要缩小，那么画框的顶框会上升，允许画框缩小尺寸。该比例框架功能也可以以一个相反的方式使用，以便摄像师可以一种相思的方式将球员的脚部放大。画框及视角限制平面具有一种几何关系，可防止画框穿过视角限制平面。在另一种形式中，一种视野限制平面功能可以储存在软件中。视野限制平面可以是任意大小和形状，可与任何水平、垂直或角度对齐。视野限制平面是一种空间软件空能，能够限制摄像机的视野越过一个特定对准线或平面。视野限制平面能够影响摄像机的推进或拉远、摇摄及倾斜。在一种典型的运动应用中，如足球赛，视野限制平面将刚好位于体育场屋顶线的下方，当宽视场摄像机及其相关宽图像在跟踪一名位于视场远端的球员，则画框的顶部将接触视野限制平面并防止摄像机的视场拍摄到屋顶线下方，而将摄像机的视场向前推向动作发生的比赛场。可单独为每台摄像机设置视野限制平面，当其刚好位于体育场馆屋顶、舞台边界或不美观结构的边缘以下时尤为有用。摄像师可以在叠加于实时视频之上的三维模型内适当的位置设置视野限制平面和碰撞栏并仔细查看所有摄像视野的功能性及美学构成。在另一种形式中，一种分割按钮功能可以储存在软件中，该功能使摄像师能够通过按下一个按钮，释放剖切面的特定图像来跟踪目标物，如经过一条移动路径的篮球。当激活分割按钮指令后，系统识别跟踪节点的位置并从该点到指定的目标点画一条基线，目标点可以是篮球或无挡板篮球篮筐的中心。在篮球比赛中，摄像师可以在按下分割按钮后，利用触摸屏上的触控笔来跟踪飞向空中的篮球。假设篮球以篮筐为方向飞去，三维模型会理解移动的基线方向及篮球飞向空中而产生的垂直偏移，从而使摄像机能够跟踪到球的飞行路径。在另一种形式中，可将一种图像讯号灯功能存储在软件中。摄像师可通过该图像讯号灯了解视频直播的任何时刻正在使用的摄像机。该图像讯号灯可加亮视频直播摄像机的晕圈或画框。在另一种形式中，一种景观线功能可以储存在软件中，该功能能够在虚拟的三维计算机模型中创建一系列从摄像机的位置起延伸到摄像机图像两边切点的直线。这些直线可能延伸到图像的切线、剖切面或越过图像指定的距离处终止。同样，中心景观线从摄像机所在的位置起延伸到跟踪节点，并可能终止于跟踪节点、剖切面或指定距离处。在另一种形式中，一种指令等级功能可以储存在软件中。上述许多功能相互关联，并且在某些情况下，其中一些功能的重要性要高过其他功能。因此，在系统要求范围内构建了一套指令等级，使一些指令级别高于其他指令。在另一种形式中，一种相对变焦点功能可储存在软件中。该软件功能够选定剖切面上的一个点，即足球球门，当摄像师通过手动控制或预设方式拉近或拉远焦距时，这一点在摄像机视场内的位置保持不变。在系统了解镜头视场后，该软件指令也可使用摄像机的图面。在另一种形式中，一种摇摄点功能可储存在软件中，该功能使摄像师能够选择两个点——一个起始点和一个终止点，这样，指定摄像机就将延一条指定路径在这两点中摇摄。摄像师可调整该指定路径或样条曲线，在一个三维空间内形成任意对准线。可对起始点、终止点及样条曲线上的任意点的变焦设置或重要取景进行指定，以便当摄像机的视野中点延样条曲线摇摄时，镜头在这些点之间的变焦能够均勻推开。可指定时间、变焦设置及摇摄点间的速度。
被纳入本发明并作为本发明组成部分的附图对本发明的实施方式进行了说明，并与说明书及权利要求一同解释本发明的优点和原理。在附图中，
图1是不同视角及目标距离所决定的原始图像和周围晕圈图像的示意图；图2是本发明摄像机控制装置的第一种实施例的示意图3a是图1中原始图像区域及周围晕圈图像的各种配置示意图，举例说明了比赛场地边界周围的碰撞栏；
图北是一个原始图像和多个晕圈图像以及随着其向偏置区域内移动时的交互模式示意图，表明了该交互模式首先是基于跟踪节点在偏置区域内的位置，其次是基于碰撞栏s的位置；
图3c是一个固定大小的原始图像和多个晕圈图像以及随着其向圆形偏置区域内移动时的交互模式示意图3d是一个固定大小的原始图像和可变大小的晕圈图像以及随着其向圆形偏置区域内移动时的交互模式示意图3e是一个晕圈及其组成部分的示意图；图3f是一个晕圈多个实施例的示意图；图3g是一个偏置区域及其组成部分的示意图；图池是一个偏置区域多个实施例的示意图如是图1中的原始图像示意图，举例说明了比赛台面以上垂直屏障的第一个实施
例；
图4b是一个示意图，举例说明了比赛台面以上垂直界限的第二个实施例；图5是一个示意图，举例说明了另一个实施例；
图6是一名球员在整个比赛台面上移动的俯视图，举例说明了第一台摄像机和第二台摄像机捕捉到的图像位置。
具体实施例方式以下说明对许多具体细节进行了解释。但是，从所披露内容来看，熟习此项技术者将理解，在不脱离本发明范围和精神的情况下可以对本发明进行修改和(或)替换。在某些情况下，特定的细节已被省略，以免使本发明难以理解。各参考代码表示全部附图的相应部分。附图提供了更详细的说明，通过列举多个采用本发明原理的方案对一种运动图片捕捉装置10做了说明。如图1所示，运动图片捕捉装置包括用于捕捉一个目标物16动态原始图像14的第一台摄像机12，该原始图像14由第一台摄像机12镜头22的视场18和目标距离20来明确。该装置10还包括用于捕捉包含并延伸在原始图像14周围的动态晕圈图像沈的第二台摄像机M，该晕圈图像由第二台摄像机M镜头32的视场观和目标距离30来明确。至少晕圈图像沈的尺寸和其中原始图像14的位置可以根据目标物16的移动方向和行为而改变。如图2所示，装置10可用于捕捉体育比赛的镜头，如足球比赛。在这此例中，第一台摄像机和第二台摄像机12，M被放置在一个比赛台面——足球场34的周围，该足球场具有边界线36、各种场地标线38和两个对立的球门40，42。第三台摄像机44用于捕捉比赛场地34的图像46。摄像机12，24和44通过通信构件48来收发信号。通信构件48可以硬线或收发器连接到摄像机。通信构件48被连接到一个控制构件50，该控制构件包括一个用于显示图像46的触摸屏52、一个用于控制第一台摄像机和第二台摄像机12，M所捕捉的图像的触控笔M以及一个与广播塔58通信、用于控制电视图像广播的广播切换器56。该广播切换器56包括转换器60，62，用于选择要进行播放的图像。如图2进一步所示，目标物16是一名在场34上踢球66的足球球员64，箭头68表明了其移动方向。移动方向通过操纵杆74传达给装置50。在使用时，球场图像46会显示在触摸屏52上。摄像师使用触控笔M将跟踪节点11定位在足球球员64与足球66之间的中间位置。图像的大小可以通过旋转操纵杆的旋钮75来控制。触控笔M在显示构件52上移动可生成数字信号，这些信号代表摄像机12，24及其镜头22，23的摇摄、倾斜、聚焦和变焦操作，以跟踪平面34上的目标物16。摄像师可以视所需镜头以及足球是否在多个球员之间传递来选择跟踪控球的单个球员或足球。触控笔M在屏幕52上的移动会使摄像机12，24产生相应的移动。然而，应当理解的是，用户手指或跟踪子系统可以替代触控笔M来跟踪目标物16在触摸屏52上的移动。触控笔M用于控制第一台摄像机，原始图像的跟踪节点11与触控笔M在屏幕52所显示的图像46上的位置相对应。在本实施例中，触控笔M的位置能够控制晕圈沈在原始图像14周围的位置。在图2所示的另一种实施例中，第一台摄像机和第二台摄像机12，M所捕捉的图像14，沈显示在屏幕70，72上。借助屏幕70，72，摄像师可以选择用于播出的最佳图像。但是，读者应当理解，显示构件52可以包括摄像机所捕捉的图像，或者该装置可以包括一个单独的分屏，用于显示连接在一起的不同摄像机所捕捉的图像。
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装置10通过操纵杆74老控制移动方向，而在另一种形式中，该操纵杆74可被用于控制图像在跟踪节点11周围的位置。该操纵杆旋钮75也可以被用于控制原始图像和(或)晕圈图像的大小。计算机包括应用软件，用于控制计算机并接受来自屏幕52、触控笔讨和操纵杆74的数据。该软件经过配置后可生成适当的信号来控制伺服协助的摄像机机头及编码镜头，两者可根据来自屏幕52、触控笔M和操纵杆74的信号来控制摄像机12，24的摇摄、倾斜、聚焦和变焦。应用软件可存储在计算机中。可通过生产日期或在已知环境中设置摄像机和镜头并记录不同距离和视场的焦距和变焦设置来校准镜头22，32。编码器会对这些焦距和变焦设置进行识别并进行数据存储，或者会使用镜头的类比设置但不太准确。系统算法利用这些数据来实施自动镜头控制。从而每个镜头都能够通过摄像机所在位置与跟踪节点11之间的距离得到焦距，镜头会通过已知的晕圈14大小及摄像机12与晕圈14之间的距离实现变焦，并应用经过校准的镜头算法来帮助获得正确的视场(变焦)。因为摄像机的伺服驱动摇摄倾斜头也含有编码，故能够使系统具有识别、发出指令并控制摄像机对准方向的功能。摄像机控制系统可以用于录制各种体育活动的图像。如图3a所示，装置10可用于捕捉篮球场76上的篮球比赛球员的镜头，该篮球场有球场标线78、一条边界线80和两个对立的篮筐82和84。在一个实施例中，控制构件50包括比赛台面的一个虚拟示意图。该虚拟示意图包括各个场地标线、边线和篮筐的位置。垂直示意图还包括一个虚拟界线或碰撞栏86，用于限制第一台摄像机和第二台摄像机移动，从而控制所捕捉的图像14，26。读者应该理解，这样可以防止捕捉到不必要的镜头，如在比赛场地外的跑动足迹或者人群或空座位边缘的图像。如图3a所示，当摄像机12和M位于比赛台面上方时，可防止摄像机12，M各自视场的边缘及其所捕捉的图像14，沈越过碰撞栏86。在一种情况下，如事件88所示，当正在被跟踪的目标物16离边线80有一段距离时，摄像师可以控制原始图像14在晕圈图像沈内的位置。但是，如事件90a、90b和90c所示，当目标物接近边线80时，两个图像14，26的关系可通过与碰撞栏86的交互而自动改变。晕圈图像沈和原始图像的大小和方向可能均会改变。这样，碰撞栏86充当了临近场地边线的一个缓冲围栏，以防止捕捉到不必要的镜头。图3b显示了根据跟踪节点11在偏置区域6内的位置及移动方向68(设置为左移50%)，原始图像14与晕圈图像沈之间的可变关系。示意图表明，当移动方向68为向左半边移动50%时，那么在整个偏置区域11，跟踪节点11是晕圈图像沈的位置域的y轴内的第+50个百分位数，直到晕圈图像沈碰撞到碰撞栏100为止，此时晕圈图像沈停止移动，原始图像14得以在晕圈图像沈内向左滑动。图北还表明，当跟踪节点对准在偏置区域80%χ轴31时，那么二次图像位置域的跟踪节点会对准其80% χ轴17a。同样，当跟踪节点对准偏置区域-40% χ轴时，二次位置域的跟踪节点会对准其-40% χ轴。当跟踪节点对准偏置区域-80% χ轴时，二次位置域的跟踪节点会对准其-80% χ轴。图像X轴和Y轴的中心为0%，图像的限制线19为+/-100%。也可以对偏置区域的属性进行修改，包括偏置区域与跟踪节点在位置域内的位置之间的线性和对数关系。可一起使用多个重叠的偏置区域，能够平摊偏置区域对跟踪节点周围图像位置的影响。这使晕圈摄像机对足球球门等地理位置能够有一个特别的偏置。图3c和3d所显示的同心圆偏置区域与前文所讨论的偏置区域的工作方式不同。同心圆偏置区域可通过在跟踪节点11与偏置区域6中心之间创建一条准线来控制晕圈图像在跟踪节点周围的位置，这条线一直延伸到跟踪节点末端，以便平分原始图像，或者该准线可再额外延伸出一定比例的长度或偏移距离。摄像师需要预先设置的选项包括按照图3c设定好二次图像的大小；按照图3d，使二次图像的大小能够扩大和缩小，同时始终将偏置区域和原始图像的中心保持在二次图像的限制线以内；按照图3c，根据典型的偏置区域方法，使原始图像位于二次图像以内；按照图3d，使原始图像总与二次图像的限制线相切。图3c和3d所示的方法适用于多种具有球门的体育赛事，其中电视观众的注意力一般集中在球和球门的方位，此类体育赛事包括足球、无挡板篮球、冰球和篮球。同样，在板球比赛中，整个板球场可作为一部分偏置区域中心，而这一中心和在板球场上打的板球一样，始终位于摄像机晕圈内。图北表明，虽然原始图像确实具备晕圈图像的功能，能让跟踪节点根据移动方向及在偏置区域内的位置在其内发生偏移，但无论跟踪节点的移动方向或节点在偏置区域内的位置如何，跟踪节点都处于原始图像的中心位置。可以对原始图像和晕圈图像的最大和最小尺寸进行预设。图像的轴中心为0%，限制线为+/-100%。移动方向与跟踪节点在位置域内的位置之间的线性和对数关系均可使用。在另一种形式中，偏置区域、图像及图像的位置域都可以是三维空间结构，虽然是三维结构，但工作方法与前文所述类似。所采用的三维结构可以包括球体、圆柱体、圆锥体、或矩形棱柱。在这种情况下，通常会使用一个GPS标签来建立跟踪节点的实时三维位置。如图如和4b所示，存储在控制构件50中的球场76的虚拟示意图是三维的。在本实施例中，虚拟示意图包括一个剖切面92，用于控制图像14，26移动的平面。剖切面92的高度可以改变。触控笔M在剖切面上的位置通常会生成跟踪节点的位置。图如显示了多个摄像机可聚焦的一个区域94或图像。在篮球比赛中，通常在及胸的高度传球，因此迫切面的高度就如图如所示在胸部处。足球比赛中的活动一般发生在地面，因此剖切面92的高度也相应降低。如图如和4b进一步所显示的，虚拟示意图包括一道屏障96，防止视场18 (图1)的垂直移动超过某一特定平面。屏障92既可如图如所示与比赛台面76平行，也可呈任何形式或形状，比如从赛场的中点起向两个篮筐82，84方向向上倾斜，如图4b所示。比赛台面上方的屏障92相当于一个虚拟的屋顶，以免捕捉到不需要的镜头，如空荡的观众看台。当目标呈准确的锐聚焦时，镜头焦点与目标之间的距离即为目标距离20。目标距离的终点可与目标物16或晕圈图像14，26的中心相连接。如图5所示，晕圈图像沈的平面可以从原始图像14的平面偏移，这种情况可能是由于偏置区域的交互，但仅对晕圈图像26有影响。图像沈的位置可使篮筐82和球员64位于镜头中，并使焦点尽可能的清晰。在另一种形式中，原始图像和晕圈图像可以是分开的，一个晕圈图像可以跟踪一个球等目标物，同时另一个晕圈图像可利用上文所述的方式来瞄准通过球的轨迹而计算出来的球的着地区域。该功能可以是自动的，也可由摄像师激活。可利用多台摄像机从不同角度来捕捉原始图像14和晕圈图像沈。如图2所示，摄像机12、1 和12b被用于捕捉各自的原始图像14，摄像机M和2 被用于捕捉各自的晕圈图像26。应当指出的是，每台摄像机可以有自己的晕圈图像和偏置区域，所以只有摄像机的数量可以限制任何时刻的不同尺寸的晕圈数量。因此，在选择适于播放的图像时，这一点赋予了摄像师更大的灵活性。如图6所示，装置10可用于提供在足球场地34上进行的一场足球比赛的镜头。此例包括球路94和96，这两个例子将用于解释原始图像14和晕圈图像沈之间的关系。第一个球路94始于从中场开球，此时足球位于中心点。原始图像14位于晕圈图像沈的中心点，如事件98所示。这意味着附近的所有球员都将被包含在晕圈图像沈中。随着比赛的进行，球员64在场上跑动，如事件100所示，原始图像14的位置朝向晕圈图像沈的后缘。这意味着晕圈图像向球员64前方延伸，即使当球员如事件102所示改变方向。当足球越过边线36时，如事件104所示，晕圈图像沈被阻挡，无法向碰撞栏86外延伸。第二个球路96是开角球，如事件106所示，其中晕圈图像沈被放大，以捕捉更大面积的比赛场地。虽然并没有进行说明，但读者应该理解，晕圈图像沈可以足够大，以便捕捉球门84前的球员。如事件108所示，足球随后被踢向球门前正中位置并被直接打进球门84。由于足球改变了方向，摄像机M所捕捉的晕圈图像沈也改变了方向，以将球门和守门员包含其中。熟习技术的收件人现在会充分理解所述发明的众多优点。在一种形式中，本发明提供了一种用于控制多台摄像机来捕捉一场体育活动或舞台事件的装置和方法。使用至少第一台摄像机捕捉符合目标物的一个原始图像以及使用视场更广的第二台摄像机捕捉一个晕圈图像，这意味着仅需一名摄像师就能够简单而有效地控制电视广播的构成。使用一个中心控制单元能够使摄像师仅需通过在一台用于显示比赛现场直播镜头的触摸屏滑动触控笔就能够控制多台摄像机。本发明的各种功能已结合所列举的实施例进行了特别展示和说明，但是必须理解的是，这些特别安排仅作说明之用且本发明并不限于此。因此，本发明可以包括属于本发明精神和范围内的各种修改。此外，还应当理解的是，为规范用词，“包含”一词指“包括但不限于”。
权利要求
1.一种获取移动物体的运动图片镜头的方法，包括以下步骤使用第一台运动图片摄像机捕捉该目标物的一个动态原始图像；以及使用第二台运动图片摄像机捕捉在该原始图像四周大量延伸的一个动态晕圈图像，上述第一台和第二台运动图片摄像机受控，使其中晕圈图像相对于原始图像的位置可以改变。
2.根据权利要求1的方法，其中第一台和第二台运动图片摄像机受控时能够使原始图像保留一部分晕圈图像，且晕圈图像相对于原始图像的位置可以改变。
3.根据权利要求1或2的方法，其中经过配置，用于捕捉原始图像和晕圈图像的第一台和第二台运动图片摄像机具有各自的视场和目标距离，可相对于或根据其他运动图片摄像机进行改变。
4.根据权利要求1-3任意一项的方法，其中该目标物是一个动态目标，如运动员、球或舞台表演者，其中原始图像和晕圈图像至少包括该动态目标的运动图片镜头。
5.根据权利要求4的方法，其中原始图像和晕圈图像进一步包括参与体育比赛个人或群体、球门、板球三柱门、相关标线或舞台布景的运动图片镜头。
6.根据权利要求1-5任意一项的方法，其中可以使用一种跟踪设备来跟踪目标物，其中至少使用上述第一台摄像机或第二台摄像机之中的一台来跟踪该目标物。
7.根据权利要求6的方法，其中跟踪设备包括与一种控制构件相互通信的一个RF或GPS标签，用于控制第一台和第二台摄像机捕捉原始图像和晕圈图像。
8.根据此前任意一项权利要求的方法，其中动态晕圈图像可与动态原始图像相接，通常位于动态原始图像周围，因此第二台运动图片摄像机的移动取决于第一台运动图片摄像机的移动。
9.根据权利要求1-7任意一项的方法，其中动态晕圈图像可与动态原始图像脱离，因此用于捕捉动态原始图像的第一台运动图片摄像机可跟踪球的轨迹，用于捕捉动态晕圈图像的第二台运动图片摄像机可捕捉根据球的轨迹而计算出的预期着陆区域的镜头。
10.根据此前任意一项权利要求的方法，其中原始图像周围可有多个晕圈图像。
11.根据此前任意一项权利要求的方法，其中可以确定跟踪节点X和y在一个剖切面上的位置，该剖切面有一个预定的ζ值，可由摄像师手动设置或跟踪系统自动设置。
12.根据此前任意一项权利要求的方法，其中原始图像和晕圈图像距离舞台或比赛场地地面的高度可以改变。
13.根据此前任意一项权利要求的方法，其中摄像机的视场中心可与原始图像和晕圈图像的中心存在一个角度或距离偏移。
14.根据此前任意一项权利要求的方法，其中一个跟踪节点可分配给一个跟踪目标，而且跟踪节点距离比赛场地地面的高度可以改变。
15.根据此前任意一项权利要求的方法，其中跟踪节点在一个偏置区域内的位置可影响跟踪节点与周围原始图像和晕圈图像间的空间关系。
16.根据此前任意一项权利要求的方法，其中原始图像与晕圈图像的移动可受到限制，不能越过水平与垂直平面上指定的对准线。
17.根据此前任意一项权利要求的方法，其中方法步骤通过使用指定的软件和硬件来进行。
18.—种运动图片捕捉装置，包括用于捕捉一个移动目标物的动态原始图像的第一台摄像机、至少还有一台用于捕捉在原始图像周围延伸很广的晕圈图像的第二台摄像机、以及一台用于控制上述动态原始图像周围的上述动态晕圈图像位置的控制构件。
19.根据权利要求18的运动图片捕捉装置，其中第一台摄像机和至少一台其他摄像机由经过配置的伺服摇摄倾斜头和伺服镜头控制第一台和至少一台其他摄像机的焦距、变焦及方向，其中可使用上述包含一个用户界面的控制构件来至少改变摄像机的焦距、变焦和方向，其中晕圈图像相对于原始图像的位置可以改变。
20.根据权利要求18或19的运动图片捕捉装置，其中用户界面包括一个至少显示一个运动图片镜头和一块指定区域的一个同步模式的触摸屏，该指定区域选自一组区域，这包括体育场馆、比赛场地、比赛场、舞台、房间、场地和看台。
21.根据权利要求19或20的运动图片捕捉装置，其中原始图像可与晕圈图像脱离，当目标物位于球门区等一个预定空间内时，晕圈图像从原始图像的脱离可以通过电脑软件来自动进行，或者用户能够使用用户界面将原始图像与晕圈图像分离。
全文摘要
本发明的一个方面提供了一种装置和方法，用于控制多台摄像机来捕捉一场体育比赛的镜头。这种获取一个移动目标物运动图片镜头的方法包括以下步骤使用第一台运动图片摄像机捕捉该目标物的一个动态原始图像，以及使用第二台运动图片摄像机捕捉在该原始图像四周延伸出的一个动态晕圈图像，其中该动态原始图像在该动态晕圈图像中的位置可以改变。使用至少第一台摄像机捕捉符合目标物的一个原始图像以及使用视场更广的第二台摄像机捕捉一个晕圈图像，这意味着仅需一名摄像师就能够简单而有效地控制电视广播的构成。
文档编号H04N5/225GK102598658SQ201080038605
公开日2012年7月18日 申请日期2010年7月13日 优先权日2009年8月31日
发明者J.安德森 申请人:扫痕光学股份有限公司