虚拟演播室跟踪系统的选型

虚拟演播室跟踪系统要解决的问题就是要确定摄像机、主持人及虚拟背景之间的位置关系，根据这些位置参数，虚拟系统才能正确计算出虚拟背景与演播室前景的透视关系。

一 虚拟演播室需要测量的参数

跟踪系统在工作状态时，要进行大量的测量，并根据测量的结果精确地计算出摄像机的位置。虚拟演播室跟踪系统需要测量的与摄像机及镜头运动相关的参数有八个。

1. 三个摄像机位置参数

* X——水平距离；

* Y——与地面的垂直高度；

* Z——与蓝背景垂直的深度距离。

2. 三个摄像机角度参数

* 摇移（PAN）——沿Y轴旋转；

* 俯仰（TILT）——沿X轴旋转；

* 倾斜（ROLL）——沿Z轴旋转（一般为0度）。

3. 两个摄像机镜头参数

* 变焦（ZOOM）；

* 聚焦（FOCUS）。

以上参数坐标视不同虚拟操作软件而定。并非所有虚拟演播室系统都需要测量这八个参数，二维虚拟系统只需测量摇移（PAN）、俯仰（TILT）和变焦（ZOOM）三个参数即可。三维系统则需要跟踪上述八个参数，但是，一般不使用ROLL参数。

二 常用的跟踪方式

目前常用的跟踪方式有：

* 机械跟踪；

* 网格识别；

* 红外线跟踪；

* 超声波跟踪。

为了提高虚拟演播室系统的跟踪性能，有些演播室将多种跟踪方式结合使用。下面就以上的四种跟踪方式作以简单介绍，并对虚拟演播室跟踪系统的选型进行探讨。

1. 机械跟踪

机械跟踪方式是在摄像机云台的液压摇摆头和镜头上分别安装上精确的传感器，将机械运动转换成电脉冲信号，再经编码器处理，并将处理后的数据，通过串行接口RS232、RS422或音频信号线传递给虚拟演播室机械传感信号处理器。

机械跟踪方式的优势在于延时较短，摄像机运动不用像其他跟踪方式那样受到限制。其不足在于每套摄像机都要配一套控制传感器，传感器上带有几条传感线和电源线，不易维护。另外如需移动机位，必须安装导轨，才能跟踪到摄像机的位置参数。

2. 网格识别

网格识别方式需要将一个精确的网格图案以两种不同的蓝色绘制于蓝背景上，如图1，并将摄像机所拍摄的画面送到数字视频处理器（DVP）中进行处理，通过对该画面中网格各具的不同特征和透视关系进行计算，得出有关摄像机及镜头的运动参数。网格识别的一个突出优点就是，便于维护，无需在演播室添加任何辅助设备。另外，网格识别还可以同时跟踪处理X、Y、Z、PAN、TILT、ROLL、ZOOM和FOCUS八个参数，其中ROLL为0度，X、Y、Z为定位参数。其不足在于要对所拍画面中的网格进行大量的数据计算，会造成较大的延时；由于只有当被摄画面包含一定数量的网格时才能进行测量计算，使主持人的活动范围及摄像机运动范围受到一定的限制，摄像机不能摇出网格范围之外，也无法拍摄特写镜头；由于背景采用深浅两种蓝色，对灯光布置的要求比较严格，要求蓝背景布光必须均匀；另外，网格在色键器中被抠掉，将会影响到画面的细节。




3. 红外跟踪方式

目前较为流行的红外线跟踪方式有两种，一种是反射式，一种是发射式。这两种方式是根据摄像机上安装的LED球所起的作用不同来区别的。反射式红外跟踪方式是把从红外线发射器发射到LED球的红外线反射到顶棚的红外线探测摄像机。而发射式红外跟踪方式可由LED球直接发射红外线，使其发射的红外线直接到达置于顶棚的红外线探测摄像机。以上两种方式，都是由固定在演播室顶棚的红外探测摄像机，通过三角测量，探测到LED球的位置，并由此计算出摄像机的位置和角度。