專利名稱：三維模型的投影變換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，特別是涉及一種三維模型的投影變換方法 及一種三維模型的投影變換裝置。
背景技術(shù)：
虛擬演播室是近年發(fā)展起來的一種獨特的電視節(jié)目制作技術(shù)。它的實質(zhì)是將計算 機制作的虛擬三維模型與攝像機現(xiàn)場拍攝的物體活動圖像進行數(shù)字化的實時合成，使物體 圖像與虛擬背景能夠同步變化，從而實現(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，充分利用了計算機三維圖形技術(shù)和視頻合成技術(shù)， 根據(jù)攝像機的位置與參數(shù)，使三維虛擬場景的透視關(guān)系與前景保持一致，經(jīng)過色鍵合成后， 使得前景中的圖像看起來完全處于計算機所產(chǎn)生的三維虛擬場景中，而且能在其中運動， 從而創(chuàng)造出逼真的、立體感很強的電視演播室效果。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)前攝像機的姿 態(tài)投影到二維圖像中去，從而實現(xiàn)虛實的結(jié)合。對于攝像機的姿態(tài)，一般都是基于機器視覺 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。然而，實際上真實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，真實的鏡頭往往會把現(xiàn)實場景中的直線投影成圖像上的一條帶弧度的曲線。此時， 若直接把虛擬的三維模型投影到圖像上去，直線仍是直線，就會顯得跟圖像中的場景不協(xié) 調(diào)，缺少真實感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種三維模型的投影變換方法，以使三維模型 與圖像中的真實場景相匹配，實現(xiàn)更真實、自然的虛實結(jié)合。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例公開了一種三維模型的投影變換方法，包 括步驟Si、將三維模型按針孔成像模型投影到像平面上，獲得圖像坐標系下的圖像 坐標(U, ν)；步驟S2、獲取圖像坐標的變換關(guān)系，并依據(jù)所述變換關(guān)系計算圖像坐標(u，ν)對 應(yīng)的攝像機坐標系下的歸一化圖像坐標(X，y)；步驟S3、根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(X，y)，計算畸變后的圖像坐標；步驟S4、將三維模型經(jīng)過投影所述畸變后的圖像坐標后，疊加到真實的二維 圖像中。優(yōu)選的，所述步驟S3包括如下子步驟子步驟S311、構(gòu)造當(dāng)前圖像的徑向畸變模型；子步驟S312、將所述歸一化的圖像坐標(X，y)代入徑向畸變模型中，獲得畸變后
5的圖像坐標(仏^)。優(yōu)選的，所述步驟S3包括如下子步驟子步驟S321、根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(X，y)計算畸變后的歸一化圖像坐標 (無，亍).子步驟S322、將所述畸變后的歸一化圖像坐標(f，J5)投影到像平面上，獲得畸變 后的圖像坐標(仏巧。優(yōu)選的，所述步驟S2包括如下子步驟子步驟S21、生成攝像機內(nèi)參數(shù)投影矩陣為生成攝像機內(nèi)參數(shù)投影矩陣為

權(quán)利要求
1.一種三維模型的投影變換方法，其特征在于，包括步驟Si、將三維模型按針孔成像模型投影到像平面上，獲得圖像坐標系下的圖像坐標(U, ν)；步驟S2、獲取圖像坐標的變換關(guān)系，并依據(jù)所述變換關(guān)系計算圖像坐標(u，ν)對應(yīng)的 攝像機坐標系下的歸一化圖像坐標(χ，y)；步驟S3、根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(X，y)，計算畸變后的圖像坐標(O)； 步驟S4、將三維模型經(jīng)過投影所述畸變后的圖像坐標(仏巧后，疊加到真實的二維圖像中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3包括如下子步驟 子步驟S311、構(gòu)造當(dāng)前圖像的徑向畸變模型；子步驟S312、將所述歸一化的圖像坐標(X，y)代入徑向畸變模型中，獲得畸變后的圖 像坐標(i ，f)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3包括如下子步驟子步驟S321、根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(x，y)計算畸變后的歸一化圖像坐標(元刃； 子步驟S322、將所述畸變后的歸一化圖像坐標(無，JO投影到像平面上，獲得畸變后的 圖像坐標飯，巧。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2包括如下子步驟子步驟S21、 生成攝像機內(nèi)參數(shù)投影矩陣為生成攝像機內(nèi)參數(shù)投影矩陣為
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述徑向畸變模型為
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述畸變后的歸一化圖像坐標( ,Ρ)通過以 下公式計算獲得；
7.—種三維模型的投影變換裝置，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，獲得圖像坐標系下 的圖像坐標(U，V)；坐標變換單元，用于獲取圖像坐標的變換關(guān)系，并依據(jù)所述變換關(guān)系計算圖像坐標(U， ν)對應(yīng)的攝像機坐標系下的歸一化圖像坐標(X，y)；畸變計算單元，用于根據(jù)所述歸一化的圖像坐標0^，7)，計算畸變后的圖像坐標(&,巧丨虛實疊加單元，用于將三維模型經(jīng)過投影所述畸變后的圖像坐標(仏乃后，疊加到真實 的二維圖像中。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述畸變計算單元包括畸變模型構(gòu)造子單元，用于構(gòu)造當(dāng)前圖像的徑向畸變模型；畸變坐標計算子單元，用于將所述歸一化的圖像坐標(χ，y)代入徑向畸變模型中，獲 得畸變后的圖像坐標(仏巧。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述畸變計算單元包括畸變坐標預(yù)計算子單元，用于根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(χ，y)計算畸變后的歸一化 圖像坐標(無；畸變坐標投影子單元，用于將所述畸變后的歸一化圖像坐標(無,3 )投影到像平面上， 獲得畸變后的圖像坐標(仏巧。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述坐標變換單元包括矩陣生成子單元，用于生成所述攝像機內(nèi)參數(shù)投影矩陣為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維模型的投影變換方法，包括步驟S 1、將三維模型按針孔成像模型投影到像平面上，獲得圖像坐標系下的圖像坐標(u，v)；步驟S2、獲取圖像坐標的變換關(guān)系，并依據(jù)所述變換關(guān)系計算圖像坐標(u，v)對應(yīng)的攝像機坐標系下的歸一化圖像坐標(x，y)；步驟S3、根據(jù)所述歸一化的圖像坐標(x，y)，計算畸變后的圖像坐標步驟S4、將三維模型經(jīng)過投影所述畸變后的圖像坐標后，疊加到真實的二維圖像中。本發(fā)明可以使三維模型與圖像中的真實場景相匹配，實現(xiàn)更真實、自然的虛實結(jié)合。
文檔編號G06T15/00GK102111562SQ200910243929
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者謝宏 申請人:新奧特(北京)視頻技術(shù)有限公司