[发明专利]适用于虚拟演播室摄像机标定系统的标志图像二值化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像二值化方法，尤其是涉及一种适用于电视台虚拟演 播室摄像机标定系统的标志图像二值化方法。

背景技术

自从电视开播以来，电视节目中主持人身后的场景总是简单而且色彩单 调。这些实景的搭建通常采用木料、纸板和油漆等材料。随着时间的推移， 在节目中为电视观众提供更丰富的视觉效果变得越来越重要，这就需要突破 早期传统场景制作方式的局限性。键技术是第一个获得突破的技术，在黑白 电视时代，采用的是亮键技术，后来随着彩色电视的出现，出现了色键技术 并得到应用。通过键技术，前景标志图像中的某一部分可以被计算机中一幅 静态标志图像替代，也可以被事先录制好的视频、直播的视频或者任何其他 的视频标志图像源所替代。但是要实现丰富的节目效果，仅依靠亮键或色键 技术还是不够的，因为在摄像机运动拍摄时，合成视频输出中的前景信号和 背景信号之间没有同步变化的关系。拍摄主持人的前景摄像机发生推、拉、 摇、移等运动时，观众立刻会发现背景存在明显的虚假现象。虚拟演播室技 术的诞生就是为了解决节目拍摄中使用色键简单抠像存在的诸多限制。虚拟 演播室技术是在传统色键抠像技术的基础上，利用计算机三维图形技术和视 频合成技术，根据前景摄像机的位置焦距等参数，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，使得前景中的人物道具看起来完全沉 浸于计算机所产生的三维虚拟场景中，从而创造出逼真的、立体感很强的演 播室效果。

虚拟演播室中的一个关键技术是摄像机标定技术，该技术也是跟踪技术 的重要基础。摄像机标定技术能够测定摄像机的内部参数，初始定位技术能 够获得摄像机的初始外部参数，而传感器的平摇、俯仰角度的变化可以修改 外部参数，变焦、聚焦脉冲的变化可以修改内部参数，在内外参数的共同作 用下来完成跟踪。摄像机标定过程中，需要采集许多标志图像并对它们做一 系列的处理，其中对标志图像进行二值化处理是一个必不可少的过程。所谓 标志图像是指在白纸或白色背景上画出的回字形黑色矩形边框，边框宽度一 般大于等于20mm，边框数量可取大于等于两圈，最内侧边框可以是实心，也 可以是空心。

在现有的标志图像二值化方法中，有非零元素取一法（所有非零像素取 为255）、固定阈值法（小于给定阈值T的像素置为零，大于T的像素置为 255）、双固定阈值法（给定两个阈值T1<T2，小于T1和大于T2均置为零， 大于T1且小于T2置为255）等。其中，第一种方法判定规则过于绝对，不 能有效地保留标志信息，二值化效果最差；第二种方法二值化效果和阈值选 定有密切关系，阈值越大残留噪声越多，阈值越小标志信息越少，不易找到 一个契合点，因而二值化效果不稳定；第三种方法不易确定双阈值区间，因 而也不能保证二值化效果持续稳定。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于电视台虚 拟演播室摄像机标定系统的标志图像二值化方法，即四方向灰度阈值扫描法， 该方法能够有效地滤除标志图像的背景噪声，并且效果稳定。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于虚拟演播室摄 像机标定系统的标志图像二值化方法，包括以下步骤：

（1）设定灰度阈值T；

（2）将标志图像边缘上的像素点的像素值修改为T；

（3）对标志图像中除边缘之外的所有像素值为T的像素点进行修改，使 其像素值小于T；

（4）从标志图像次边缘的四个角点开始分别对除边缘之外的标志图像进 行四次扫描，将除边缘之外的标志图像中所有像素点的像素值与阈值T进行 比较，根据比较结果对像素点的像素值进行修改，最终将标志图像中所有像 素点的像素值确定为0或255。

如上所述的一种适用于虚拟演播室摄像机标定系统的标志图像二值化方 法，步骤（1）中所述的灰度阈值T为128。

如上所述的一种适用于虚拟演播室摄像机标定系统的标志图像二值化方 法，步骤（3）将除边缘之外的标志图像中所有像素值为T的点的像素值修改 为T-1。

如上所述的一种适用于虚拟演播室摄像机标定系统的标志图像二值化方 法，步骤（4）的具体实现过程包括以下步骤：

①从标志图像次边缘的一个角点开始扫描除边缘之外的标志图像；

②判断当前像素点的像素值是否大于T，如果大于T，将当前像素点的像 素值修改为255，并转至步骤⑤；否则