虚拟演播室(Virtual Studio) 是虚拟现实技术在电视制作领域中的一项崭新应用,是视频技术与计算机技术相结合的产物,它可以广泛应用于制作新闻、访谈、教育、专题报道、电视广告、音乐电视、天气预报等节目。虚拟演播室是在传统色键抠像技术的基础上,克服其背景不能移动、令节目的真实性和运动效果难以体现的局限性,充分应用了计算机三维图形和虚拟现实技术而产生的。它可以自动跟踪摄像机的位置、高度、摇移、俯仰以及镜头的聚焦和变焦等参数变化,计算机根据这些参数的变化,实时地改变虚拟三维场景,使虚拟背景的变化与摄像机的运动保持同步和一致,因此保证了前景和背景的正确透视关系,前景中的主持人看起来完全沉浸于计算机所产生的虚拟三维场景中,具有逼真的电视演播室效果。
虚拟演播室中演员的表演都在蓝箱中进行,色键(Chroma key) 合成系统用背景图像的相应部分作为背景填充蓝色部分,形成一幅天衣无缝的合成画面。但在实际演播中,由于实际场地的限制,蓝箱的天花板可能较低或对于宽角度拍摄来说太窄,当摄像机进行推拉摇移等运动时,拍摄的图像中会有蓝箱以外的景物,图像输入到视频合成系统与虚拟场景抠像合成时,这些景物也会出现在输出的视频中,影响输出的最终效果。无限蓝箱(Unlimited Blue box) 技术通过外部生成的键信号,将前景视频图像中非蓝箱内的景物滤除,满足虚拟演播的要求。一般实现方法如下:首先,对实际蓝箱进行建模,并建立统一的世界坐标系;然后根据实时获取的摄像机运动参数,实时生成前景垃圾键信号(Garbage Key) ;将此键信号输入到视频合成系统,与前景、背景一起合成时,遮挡前景中不需要的区域。
传统无限蓝箱技术考虑蓝箱结构为长方体,限定摄像机为固定机位,并只有平摇和俯仰两个转动自由度,生成键信号采用包围盒的方式,丢弃了一部分蓝箱区域,并且不能满足摄像机任意自由度运动和任意结构蓝箱模型的要求。本文针对任意形状的蓝箱结构和摄像机的任意自由度运动,提出了虚拟演播室系统中通用的无限蓝箱算法,该算法根据蓝箱实际的透视投影变换过程,精确提取蓝箱区域,生成色键信号。
