专利名称：在三维模型中应用畸变的投影方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电视节目制作的技术领域，特别是涉及一种在三维模型中应用畸变的 投影方法及一种在三维模型中应用畸变的投影装置。
背景技术：
虚拟演播室是近年发展起来的一种独特的电视节目制作技术。它的实质是将计算 机制作的虚拟三维模型与摄像机现场拍摄的物体活动图像进行数字化的实时合成，使物体 图像与虚拟背景能够同步变化，从而实现两者的融合，以获得完美的合成画面。虚拟演播室 技术是在传统色键抠像技术的基础上，充分利用了计算机三维图形技术和视频合成技术， 根据摄像机的位置与参数，使三维虚拟场景的透视关系与前景保持一致，经过色键合成后， 使得前景中的图像看起来完全处于计算机所产生的三维虚拟场景中，而且能在其中运动， 从而创造出逼真的、立体感很强的电视演播室效果。相应地，在虚拟演播室系统中，我们需要把虚拟的三维模型按照当前摄像机的姿 态投影到二维图像中去，从而实现虚实的结合。对于摄像机的姿态，一般都是基于机器视觉 中针孔成像模型的透视投影成像原理确定，公知的是，它具有把直线映射成直线的特点。然而，实际上真实的镜头并非理想的针孔成像模型，往往还带有微小的畸变，如图 1所示，真实的镜头往往会把现实场景中的直线投影成图像上的一条带弧度的曲线。此时， 若直接把虚拟的三维模型投影到图像上去，直线仍是直线，就会显得跟图像中的场景不协 调，缺少真实感。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在三维模型中应用畸变的投影方法，以使 三维模型与图像中的真实场景相匹配，实现更真实、自然的虚实结合。为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种在三维模型中应用畸变的投影 方法，包括确定当前图像摄像机坐标系下的归一化图像坐标(X，y)；根据所述归一化的图像坐标(X，y)，计算畸变后的图像坐标(仏P)；将三维模型经过投影所述畸变后的图像坐标(仏“ )后，叠加到真实的二维图像中。优选的，所述确定当前图像摄像机坐标系下的归一化图像坐标(X，y)的步骤包 括将三维模型在世界坐标系中的坐标点变换为摄像机坐标系中的坐标点；对所述变换的坐标点进行归一化，获得归一化的图像坐标(X，y)。优选的，所述确定当前图像摄像机坐标系下的归一化图像坐标(X，y)的步骤包 括将三维模型按针孔成像模型投影到像平面上，获得图像坐标系下的图像坐标(U， ν)；
获取图像坐标的变换关系，并依据所述变换关系计算图像坐标(u，ν)对应的摄像 机坐标系下的归一化图像坐标(X，y)。优选的，所述根据所述归一化的图像坐标(x，y)计算畸变后的图像坐标(仏“ )的步 骤包括根据所述归一化的图像坐标(X，y)计算畸变后的归一化图像坐标(无；将所述畸变后的归一化图像坐标(无，JO投影到像平面上，获得畸变后的图像坐标 ( ,ν)。优选的，所述根据所述归一化的图像坐标(x，y)计算畸变后的图像坐标(&，▽)的步 骤包括构造当前图像的径向畸变模型；将所述归一化的图像坐标(X，y)代入径向畸变模型中，获得畸变后的图像坐标 器。
优选的，所述根据所述归一化的图像坐标(x，y)计算畸变后的图像坐标O ,的步 骤包括根据所述归一化的图像坐标(X，y)计算畸变后的归一化图像坐标(无歹).
9将所述畸变后的归一化图像坐标(兄JO投影到像平面上，获得畸变后的图像坐标 ,V)。优选的，所述获取图像坐标的变换关系的步骤包括生成摄像机内参数投影矩阵为
权利要求
1.一种在三维模型中应用畸变的投影方法，其特征在于，包括确定当前图像摄像机 坐标系下的归一化图像坐标(X，y)；根据所述归一化的图像坐标(χ，y)，计算畸变后的图像坐标(O);将三维模型经过投影所述畸变后的图像坐标(&，▽)后，叠加到真实的二维图像中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定当前图像摄像机坐标系下的归一 化图像坐标(χ，y)的步骤包括将三维模型在世界坐标系中的坐标点变换为摄像机坐标系中的坐标点； 对所述变换的坐标点进行归一化，获得归一化的图像坐标(χ，y)。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定当前图像摄像机坐标系下的归一 化图像坐标(χ，y)的步骤包括将三维模型按针孔成像模型投影到像平面上，获得图像坐标系下的图像坐标(u，ν)； 获取图像坐标的变换关系，并依据所述变换关系计算图像坐标(u，ν)对应的摄像机坐 标系下的归一化图像坐标(χ，y)。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述归一化的图像坐标(χ，y)计 算畸变后的图像坐标(仏“ )的步骤包括根据所述归一化的图像坐标(x，y)计算畸变后的归一化图像坐标(元夕). 将所述畸变后的归一化图像坐标(无，投影到像平面上，获得畸变后的图像坐标 (u,v)。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述归一化的图像坐标(X，y)计 算畸变后的图像坐标(辽，乃的步骤包括构造当前图像的径向畸变模型；将所述归一化的图像坐标(x，y)代入径向畸变模型中，获得畸变后的图像坐标(仏巧。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述归一化的图像坐标(X，y)计 算畸变后的图像坐标(仏的步骤包括根据所述归一化的图像坐标(x，y)计算畸变后的归一化图像坐标(兄50.将所述畸变后的归一化图像坐标(元投影到像平面上，获得畸变后的图像坐标 (u,v)。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取图像坐标的变换关系的步骤包括 生成摄像机内参数投影矩阵为ΛOMcK =OΛvCO01通过如下公式把归一化坐标变换为图像坐标
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述径向畸变模型为
9.如权利要求4或6所述的方法，其特征在于，所述畸变后的归一化图像坐标(元予)通 过以下公式计算获得；
10. 一种在三维模型中应用畸变的投影装置，其特征在于，包括归一化图像坐标确定单元，用于确定当前图像摄像机坐标系下的归一化图像坐标(X，y)；畸变后的图像坐标计算单元，用于根据所述归一化的图像坐标(x，y)，计算畸变后的图 像坐标(仏巧；虚实叠加单元，用于将三维模型经过投影所述畸变后的图像坐标(仏巧后，叠加到真实 的二维图像中。
全文摘要
本发明公开了一种在三维模型中应用畸变的投影方法，包括确定当前图像摄像机坐标系下的归一化图像坐标(x，y)；根据所述归一化的图像坐标(x，y)，计算畸变后的图像坐标将三维模型经过投影所述畸变后的图像坐标后，叠加到真实的二维图像中。本发明可以使三维模型与图像中的真实场景相匹配，实现更真实、自然的虚实结合。
文档编号G06T11/00GK102110299SQ200910243930
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者谢宏 申请人:新奥特(北京)视频技术有限公司