演播室中摄像机的运动状态确定方法、装置及演播室系统与流程

本发明涉及视频处理领域，尤其涉及一种演播室中摄像机的运动状态确定方法、装置及演播室系统。

背景技术

目前，演播室中常用到色键抠像技术，通过将前景(通常是主持人)置于特定颜色的背景板前，再将拍摄到画面中特定颜色的背景部分抠掉，用渲染的虚拟背景替换特定颜色的背景来构成输出的合成画面。虚拟背景可以是静止图片、视频序列等，这就要求在实际应用中，当摄像机移动或调焦时，为了使虚拟背景和拍摄前景保持同步移动，必须获得摄像机的运动状态参数，运动状态参数包括摄像机位置及拍摄角度，在此参数基础上计算出虚拟背景应有的空间位置调整。

为了准确获取摄像机的运动状态参数，以使合成画面更生动逼真，目前常采用网格跟踪技术，即，在虚拟演播室的背景色板上绘制特定的特征图案，当摄像机运动时，对摄像机拍摄的特征图案进行识别计算，从而获知摄像机的运动状态。但是这种方法的缺陷在于：1.必须采用特定背景色板；2.背景板需要绘制有特征图案，也就是说，场地受到了限制，只能用于虚拟演播室，不能用于实景演播室，而且场地的准备过程比较复杂，需要制作特定背景色板并绘制有特定识别特征的图案，从而使得人力物力成本较高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述人力物力成本高的缺陷，提供一种演播室中摄像机的运动状态确定方法、装置及演播室系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种演播室中摄像机的运动状态确定方法，包括以下步骤：

步骤s10.获取演播室中摄像机拍摄的每一图像帧，其中，所述摄像机与拍摄对象之间设置有标识件，所述标识件包括支撑架及安装在所述支撑架上的至少两个标识杆，所述标识杆上设置有特征图案，且所述标识杆位于所述摄像机的拍摄范围内且不遮挡拍摄对象；

步骤s20.对每一图像帧进行图像分析，以识别出所述标识杆上的特征图案；

步骤s30.根据多个图像帧中所述特征图案的大小和/或形状的变化，确定所述摄像机的运动状态。

优选地，所述至少两个标识杆包括平行设置的上标识杆及下标识杆。

优选地，所述特征图案为黑白相间设置的方形图案。

优选地，所述摄像机的分辨率大于最终输出视频的分辨率，而且，在所述图像帧中，所述标识杆的位置位于标定区域之外，所述标定区域为根据拍摄对象确定的区域。

优选地，所述步骤s30包括以下步骤：

步骤s31.将当前图像帧中的特征图案与参考特征图案进行大小和/或形状的比较，其中，参考特征图案为所述摄像机在初始位置时拍摄的图像帧中的特征图案；

步骤s32.根据比较结果确定所述摄像机的当前运动状态。

优选地，所述步骤s30包括以下步骤：

步骤s33.将当前图像帧中的特征图案与之前图像帧中的特征图案进行大小和/或形状的比较；

步骤s34.根据比较结果确定所述摄像机的运动状态。

本发明构造一种演播室中摄像机的运动状态确定装置，包括处理器及设置在摄像机与拍摄对象之间的标识件，其中，所述标识件包括支撑架及安装在所述支撑架上的至少两个标识杆，所述标识杆上设置有特征图案，且所述标识杆位于所述摄像机的拍摄范围内且不遮挡拍摄对象；

所述处理器包括：

图像采集及识别单元，用于对摄像机拍摄的每一图像帧进行图像分析，以识别出所述标识杆上的特征图案；

运动确定单元，用于根据多个图像帧中所述特征图案的大小和/或形状的变化，确定所述摄像机的运动状态。

优选地，所述至少两个标识杆包括平行设置的上标识杆及下标识杆，所述特征图案为黑白相间设置的方形图案。

优选地，所述摄像机的分辨率大于最终输出视频的分辨率，而且，在所述图像帧中，所述标识杆的位置位于标定区域之外，所述标定区域为预先根据拍摄对象确定的区域。

本发明还构造一种演播室系统，包括摄像机，还包括以上所述的演播室中摄像机的运动状态确定装置。

实施本发明的技术方案，在正式拍摄前，工作人员要先将标识件放置在摄像机与拍摄对象之间，且通过对其进行位置调整使得标识杆位于摄像机的拍摄范围内且不遮挡拍摄对象，标识件的位置一旦确定便不再移动。然后可开始摄像机的拍摄，在处理拍摄图像时，由于标识杆是固定不动的，所以当摄像机运动时，例如，镜头移动、推拉等，拍摄画面中的特征图案的形状、大小就会发生变化，因此，可根据图像帧中特征图案的形状、大小的变化来确定摄像机的运动状态参数，进而根据摄像机的运动状态参数确定虚拟背景的运动状态参数，以使虚拟背景与前景保持同步移动，再使用色键抠像技术生成合成画面。这种方式不再需要定制特殊的背景板，即，不需要在背景板上绘制特征图案，场地准备过程较简单，大大节省了人力物力成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本发明演播室中摄像机的运动状态确定方法实施例一的流程图；

图2是本发明演播室系统实施例一的结构图；

图3是本发明标识件实施例一的结构图；

图4是本发明拍摄画面中标识杆与标定区域实施例一的位置关系图；

图5a、图5b是摄像机在左摇前后分别所对应的图像帧中的特征图案的示意图；

图6a、图6b是摄像机在右摇前后分别所对应的图像帧中的特征图案的示意图；

图7a、图7b是摄像机在推拉前后分别所对应的图像帧中的特征图案的示意图。

具体实施方式

图1是本发明演播室中摄像机的运动状态确定方法实施例一的流程图，该实施例的方法应用在演播室系统中，在需要获取摄像机的运动状态时，结合图2，在背景板30前，放置有标识件20及摄像机10，而且，标识件20位于摄像机10与拍摄对象(未示出)之间。标识件包括支撑架及安装在支撑架上的至少两个标识杆，每个标识杆上均设置有特征图案，且保证标识杆位于摄像机10的拍摄范围内且不遮挡拍摄对象，拍摄对象(如主持人)所处的位置通常是摄像机10拍摄画面的中央部分。当标识件按以上方式放置好后，就可开始使用摄像机10进行拍摄，然后进行以下步骤：

步骤s10.获取演播室中摄像机拍摄的每一图像帧，其中，所述摄像机与拍摄对象之间设置有标识件，所述标识件包括支撑架及安装在所述支撑架上的至少两个标识杆，所述标识杆上设置有特征图案，且所述标识杆位于所述摄像机的拍摄范围内且不遮挡拍摄对象；

步骤s20.对每一图像帧进行图像分析，以识别出所述标识杆上的特征图案；

步骤s30.根据多个图像帧中所述特征图案的大小和/或形状的变化，确定所述摄像机的运动状态。

实施本发明的技术方案，在正式拍摄前，工作人员要先将标识件放置在摄像机和拍摄对象之间，且通过对其进行位置调整使得标识杆位于摄像机的拍摄范围内且不遮挡有效前景(拍摄对象)，标识件的位置一旦确定便不再移动。然后可开始摄像机的拍摄，在处理拍摄图像时，由于标识杆是固定不动的，所以当摄像机运动时，例如，镜头移动、推拉等，拍摄画面中的特征图案的形状、大小就会发生变化，因此，可根据图像帧中特征图案的形状、大小的变化来确定摄像机的运动状态参数，进而根据摄像机的运动状态参数确定虚拟背景的运动状态参数，以使虚拟背景与前景保持同步移动，再使用色键抠像技术生成合成画面。这种方式不再需要定制特殊的背景板，即，不需要在背景板上绘制特征图案，场地准备过程较简单。

在一个优选实施例中，结合图3所示的标识件，该标识件包括支撑架21及平行设置在支撑架21上的上标识杆22、下标识杆22′，而且，每个标识杆22、22′上均设置有黑白相间的方形图案23。需说明的是，标识件的摆放位置、两标识杆22、22′的长度及间距可根据实际需要来调整。摄像机在进行拍摄前，工作人员要将标识件在镜头前装好，且保证两个标识杆22、22′位于摄像机的拍摄范围内且不遮挡拍摄对象(例如主持人)。优选地，还保证上标识杆22在拍摄画面的顶部，下标识杆22′在拍摄画面的底部。最后需说明的是，这只是本发明的一个优选实施例，两标识杆均水平设置且特征图案为黑白相间设置的方形图案，标识件的这种设置方式可使根据特征图案的变化确定摄像机运动状态参数的算法最简单。当然，在其它实施例中，标识杆的数量也可为更多数量，标识杆间也可为其它位置关系，特征图案也可为其它颜色、形状，这也在本发明的保护范围内。

在一个可选实施例中，摄像机的分辨率大于最终输出视频的分辨率，在这种情况下，可预先在摄像机的取景框中根据拍摄对象确定一标定区域。而且，通过调整标识件的位置，使得在所拍摄的图像帧中，标识杆的位置位于标定区域之外。例如，结合图4，摄像机的分辨率为4096*2160，最终输出的合成画面的分辨率为1920*1080，在摄像机的拍摄画面100中选定标定区域200，例如，所选定的标定区域200略小于拍摄画面。而且，在放置标识件时，保证拍摄画面100中两标识杆的位置在标定区域200之外。在对该图像帧进行处理时，一方面，根据多个图像帧中标识杆上的特征图案的变化确定摄像机的运动状态参数，另一方面，在每个图像帧的标定区域中进行截取，然后可直接输出截取画面，或对截取画面进行色键抠像处理后输出。在该实施例中，由于截取后的画面中没有出现标识杆，所以，该实施例的方案既可用于虚拟演播室，也可用于实景演播室。

在一个可选实施例中，步骤s30包括以下步骤：

步骤s31.将当前图像帧中的特征图案与参考特征图案进行大小和/或形状的比较，其中，参考特征图案为所述摄像机在初始位置时拍摄的图像帧中的特征图案；

步骤s32.根据比较结果计算出所述摄像机的当前运动状态。

在另一可选实施例中，步骤s30包括以下步骤：

步骤s33.将当前图像帧中的特征图案与之前图像帧中的特征图案进行大小和/或形状的比较，需说明的是，之前图像帧可为当前图像帧的前一图像帧，也可为当前图像帧前面的几个图像帧；

步骤s34.根据比较结果计算所述摄像机的运动状态。

在此需说明的是，以上两种确定摄像机的运动状态的方式类似，不同之处仅在于所选的参考图像帧不一样：第一种是以初始位置时拍摄的图像帧为参考，此时所确定的摄像机的运动状态为相对初始位置的运动状态；第二种是以前一时刻拍摄的图像帧为参考，此时所确定的摄像机的运动状态为相对前一时刻的运动状态。下面以第一种为例进行说明：当摄像机的镜头右摇时，结合图5a和图5b，所拍摄的图像帧中，两标识杆的间距会变的左大右小，而且，标识杆上特征图案会由大小一样的方形变成大小不一样的梯形。当摄像机的镜头左摇时，结合图6a和图6b，所拍摄的图像帧中，两标识杆的间距会变的右大左小，而且，标识杆上特征图案会由大小一样的方形变成大小不一样的梯形。当摄像机的镜头推进时，结合图7a和图7b，所拍摄的图像帧中，两标识杆的间距会变大，而且，标识杆上的特征图案也会变大，反之亦然。最后需说明的是，不管哪种方式，均需要预先通过大量样本数据的学习来建立摄像机运动状态的模型。

本发明还构造一种演播室系统，结合图2，该演播室系统包括摄像机10以及摄像机的运动状态确定装置。该运动状态确定装置包括处理器(未示出)及设置在摄像机10与拍摄对象之间的标识件20，其中，标识件包括支撑架及安装在支撑架上的至少两个标识杆，标识杆上设置有特征图案，且标识杆位于摄像机10的拍摄范围内且不遮挡拍摄对象。处理器包括图像采集识别单元和运动确定单元，其中，图像识别单元用于对摄像机10拍摄的每一图像帧进行图像分析，以识别出标识杆上的特征图案；运动确定单元用于根据多个图像帧中所述特征图案的大小和/或形状的变化，确定摄像机10的运动状态。

在一个优选实施例中，支撑架上的标识杆为平行设置的上标识杆及下标识杆，标识杆上的特征图案为黑白相间设置的方形图案。

在一个具体实施例中，摄像机的分辨率大于输出视频的分辨率，而且，在图像帧中，标识杆的位置位于标定区域之外，所述标定区域为预先根据拍摄对象确定的区域。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。