專利名稱：模擬鏡頭畸變的三維模型投影方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電視節(jié)目制作的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種模擬鏡頭畸變的三維模型 投影方法及一種模擬鏡頭畸變的三維模型投影裝置。
背景技術(shù)：
虛擬演播室是近年發(fā)展起來(lái)的一種獨(dú)特的電視節(jié)目制作技術(shù)。它的實(shí)質(zhì)是將計(jì)算 機(jī)制作的虛擬三維模型與攝像機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拍攝的物體活動(dòng)圖像進(jìn)行數(shù)字化的實(shí)時(shí)合成，使物體 圖像與虛擬背景能夠同步變化，從而實(shí)現(xiàn)兩者的融合，以獲得完美的合成畫面。虛擬演播室 技術(shù)是在傳統(tǒng)色鍵摳像技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用了計(jì)算機(jī)三維圖形技術(shù)和視頻合成技術(shù)， 根據(jù)攝像機(jī)的位置與參數(shù)，使三維虛擬場(chǎng)景的透視關(guān)系與前景保持一致，經(jīng)過(guò)色鍵合成后， 使得前景中的圖像看起來(lái)完全處于計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的三維虛擬場(chǎng)景中，而且能在其中運(yùn)動(dòng)， 從而創(chuàng)造出逼真的、立體感很強(qiáng)的電視演播室效果。相應(yīng)地，在虛擬演播室系統(tǒng)中，我們需要把虛擬的三維模型按照當(dāng)前攝像機(jī)的姿 態(tài)投影到二維圖像中去，從而實(shí)現(xiàn)虛實(shí)的結(jié)合。對(duì)于攝像機(jī)的姿態(tài)，一般都是基于機(jī)器視覺(jué) 中針孔成像模型的透視投影成像原理確定，公知的是，它具有把直線映射成直線的特點(diǎn)。然而，實(shí)際上真實(shí)的鏡頭并非理想的針孔成像模型，往往還帶有微小的畸變，如圖 1所示，真實(shí)的鏡頭往往會(huì)把現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的直線投影成圖像上的一條帶弧度的曲線。此時(shí)， 若直接把虛擬的三維模型投影到圖像上去，直線仍是直線，就會(huì)顯得跟圖像中的場(chǎng)景不協(xié) 調(diào)，缺少真實(shí)感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種模擬鏡頭畸變的三維模型投影方法，以使 三維模型與圖像中的真實(shí)場(chǎng)景相匹配，實(shí)現(xiàn)更真實(shí)、自然的虛實(shí)結(jié)合。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種模擬鏡頭畸變的三維模型投影 方法，包括將三維模型按針孔成像模型投影到像平面上，獲得圖像坐標(biāo)系下的圖像坐標(biāo)
(U, ν)；獲取圖像坐標(biāo)的變換關(guān)系，并依據(jù)所述變換關(guān)系計(jì)算圖像坐標(biāo)(u，ν)對(duì)應(yīng)的攝像 機(jī)坐標(biāo)系下的歸一化圖像坐標(biāo)(X，y)；根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(X，y)計(jì)算畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(無(wú)刃.
，將所述畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(無(wú)，JO投影到像平面上，獲得畸變后的圖像坐標(biāo) ( ,ν).將三維模型經(jīng)過(guò)投影所述畸變后的圖像坐標(biāo)(&，▽)后，疊加到真實(shí)的二維圖像中。優(yōu)選的，所述獲取圖像坐標(biāo)變換關(guān)系的步驟包括生成攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)投影矩陣為
權(quán)利要求
1.一種模擬鏡頭畸變的三維模型投影方法，其特征在于，包括將三維模型按針孔成像模型投影到像平面上，獲得圖像坐標(biāo)系下的圖像坐標(biāo)(u，ν)； 獲取圖像坐標(biāo)的變換關(guān)系，并依據(jù)所述變換關(guān)系計(jì)算圖像坐標(biāo)(U，V)對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)坐 標(biāo)系下的歸一化圖像坐標(biāo)(X，y)；根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(x，y)計(jì)算畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(兄50.將所述畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(無(wú)投影到像平面上，獲得畸變后的圖像坐標(biāo) ( ,ν).將三維模型經(jīng)過(guò)投影所述畸變后的圖像坐標(biāo)伊,^)后，疊加到真實(shí)的二維圖像中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取圖像坐標(biāo)變換關(guān)系的步驟包括 生成攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)投影矩陣為
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)通過(guò)以 下公式計(jì)算獲得；
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述畸變后的圖像坐標(biāo)通過(guò)所述攝像 機(jī)內(nèi)參數(shù)投影矩陣，按以下公式計(jì)算獲得；
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述k”k2、fx、fy、u0, v0均采用張正友 攝像機(jī)標(biāo)定方法獲得。
6.一種模擬鏡頭畸變的三維模型投影裝置，其特征在于，包括針孔投影單元，用于將三維模型按針孔成像模型投影到像平面上，獲得圖像坐標(biāo)系下 的圖像坐標(biāo)(U，ν)；坐標(biāo)變換單元，用于獲取圖像坐標(biāo)的變換關(guān)系，并依據(jù)所述變換關(guān)系計(jì)算圖像坐標(biāo)(u， ν)對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)坐標(biāo)系下的歸一化圖像坐標(biāo)(X，y)；畸變坐標(biāo)預(yù)計(jì)算單元，用于根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(χ，y)計(jì)算畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(無(wú)刃· >畸變坐標(biāo)投影單元，用于將所述畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(瓦投影到像平面上，獲 得畸變后的圖像坐標(biāo)飯，巧；虛實(shí)疊加單元，用于將三維模型經(jīng)過(guò)投影所述畸變后的圖像坐標(biāo)(O)后，疊加到真實(shí) 的二維圖像中。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述坐標(biāo)變換單元包括 矩陣生成子單元，用于生成所述攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)投影矩陣為
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述畸變坐標(biāo)預(yù)計(jì)算單元包括公式調(diào)用子單元，用于調(diào)用以下公式計(jì)算畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)(瓦J5);
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述畸變坐標(biāo)投影單元包括矩陣調(diào)用子單 元，用于調(diào)用所述攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)投影矩陣按以下公式獲得所述畸變后的圖像坐標(biāo):
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述裝置位于GPU中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模擬鏡頭畸變的三維模型投影方法，包括將三維模型按針孔成像模型投影到像平面上，獲得圖像坐標(biāo)系下的圖像坐標(biāo)(u，v)；獲取圖像坐標(biāo)的變換關(guān)系，并依據(jù)所述變換關(guān)系計(jì)算圖像坐標(biāo)(u，v)對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)坐標(biāo)系下的歸一化圖像坐標(biāo)(x，y)；根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(biāo)(x，y)計(jì)算畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)將所述畸變后的歸一化圖像坐標(biāo)投影到像平面上，獲得畸變后的圖像坐標(biāo)將三維模型經(jīng)過(guò)投影所述畸變后的圖像坐標(biāo)后，疊加到真實(shí)的二維圖像中。本發(fā)明可以使三維模型與圖像中的真實(shí)場(chǎng)景相匹配，實(shí)現(xiàn)更真實(shí)、自然的虛實(shí)結(jié)合。
文檔編號(hào)H04N5/262GK102110300SQ20091024393
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者謝宏 申請(qǐng)人:新奧特(北京)視頻技術(shù)有限公司