專利名稱：適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像二值化方法，尤其是涉及一種適用于電視臺虛擬演 播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方法。
背景技術：
自從電視開播以來，電視節目中主持人身后的場景總是簡單而且色彩單 調。這些實景的搭建通常采用木料、紙板和油漆等材料。隨著時間的推移， 在節目中為電視觀眾提供更豐富的視覺效果變得越來越重要，這就需要突破 早期傳統場景制作方式的局限性。鍵技術是第一個獲得突破的技術，在黑白 電視時代，采用的是亮鍵技術，后來隨著彩色電視的出現，出現了色鍵技術 并得到應用。通過鍵技術，前景標志圖像中的某一部分可以被計算機中一幅 靜態標志圖像替代，也可以被事先錄制好的視頻、直播的視頻或者任何其他 的視頻標志圖像源所替代。但是要實現豐富的節目效果，僅依靠亮鍵或色鍵 技術還是不夠的，因為在攝像機運動拍攝時，合成視頻輸出中的前景信號和 背景信號之間沒有同步變化的關系。拍攝主持人的前景攝像機發生推、拉、 搖、移等運動時，觀眾立刻會發現背景存在明顯的虛假現象。虛擬演播室技 術的誕生就是為了解決節目拍攝中使用色鍵簡單摳像存在的諸多限制。虛擬 演播室技術是在傳統色鍵摳像技術的基礎上，利用計算機三維圖形技術和視 頻合成技術，根據前景攝像機的位置焦距等參數，使三維虛擬場景的透視關 系與前景保持一致，經過色鍵合成后，使得前景中的人物道具看起來完全沉 浸于計算機所產生的三維虛擬場景中，從而創造出逼真的、立體感很強的演 播室效果。
虛擬演播室中的一個關鍵技術是攝像機標定技術，該技術也是跟蹤技術 的重要基礎。攝像機標定技術能夠測定攝像機的內部參數，初始定位技術能 夠獲得攝像機的初始外部參數，而傳感器的平搖、俯仰角度的變化可以修改 外部參數，變焦、聚焦脈沖的變化可以修改內部參數，在內外參數的共同作用下來完成跟蹤。攝像機標定過程中，需要采集許多標志圖像并對它們做一 系列的處理，其中對標志圖像進行二值化處理是一個必不可少的過程。所謂 標志圖像是指在白紙或白色背景上畫出的回字形黑色矩形邊框，邊框寬度一
般大于等于20mm,邊框數量可取大于等于兩圈，最內側邊框可以是實心，也 可以是空心。
在現有的標志圖像二值化方法中，有非零元素取一法(所有非零像素取 為255 )、固定閾值法(小于給定閾值T的像素置為零，大于T的像素置為 255 )、雙固定閾值法(給定兩個閾值T1〈T2，小于Tl和大于T2均置為零， 大于Tl且小于T2置為255 )等。其中，第一種方法判定規則過于絕對，不 能有效地保留標志信息，二值化效果最差；第二種方法二值化效果和閾值選 定有密切關系，閾值越大殘留噪聲越多，閾值越小標志信息越少，不易找到 一個契合點，因而二值化效果不穩定；第三種方法不易確定雙闊值區間，因 而也不能保證二值化效果持續穩定。
發明內容
針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種適用于電視臺虛 擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方法，即四方向灰度閾值掃描法， 該方法能夠有效地濾除標志圖像的背景噪聲，并且效果穩定。
為達到以上目的，本發明采用的技術方案是 一種適用于虛擬演播室攝 像機標定系統的標志圖像二值化方法，包括以下步驟 (1 )設定灰度閾值T;
(2 )將標志圖像邊緣上的像素點的像素值修改為T; (3)對標志圖像中除邊緣之外的所有像素值為T的像素點進行修改，使 其像素值小于T;
(4 )從標志圖像次邊緣的四個角點開始分別對除邊緣之外的標志圖像進 行四次掃描，將除邊緣之外的標志圖像中所有像素點的像素值與閾值T進行 比較，根據比較結果對像素點的像素值進行修改，最終將標志圖像中所有像 素點的像素值確定為Q或255。
5如上所述的一種適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方
法，步驟(l)中所述的灰度閾值T為128。
如上所述的 一種適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方 法，步驟(3 )將除邊緣之外的標志圖像中所有像素值為T的點的像素值修改 為T-1。
如上所述的一種適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方 法，步驟(4)的具體實現過程包括以下步驟
① 從標志圖像次邊緣的 一個角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像；
② 判斷當前像素點的像素值是否大于T,如果大于T,將當前像素點的像 素值修改為255,并轉至步驟⑤；否則
③ 判斷與當前像素點相鄰的八個像素點中是否有像素值為T的像素點， 如果有，將當前像素點的像素值修改為T，并轉至步驟 ;否則
④ 判斷當前像素點的像素值是否小于T，如果小于T，將當前像素點的像 素值修改為0，否則將當前像素點的像素值修改為255;
⑤ 判斷下一個像素點，重復步驟②至④；直到判斷完除邊緣之外的標志 圖像中所有的像素點；
從標志圖像次邊緣的第二個角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像，重 復步驟②至⑤；
⑦ 從標志圖像次邊緣的第三個角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像，重 復步驟②至⑤；
⑧ 從標志圖像次邊緣的第四個角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像，重 復步驟②至⑤；
⑨ 將標志圖像中所有像素值為T的像素點的像素值修改為255。
如上所述的一種適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方 法，從標志圖像次邊緣的左上角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像的順序為 從左到右、從上到下；從右下角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像的順序為 從右到左、從下到上；從左下角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像的順序為從左到右、從下到上；當從右上角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像的順序 為從右到左、從上到下。
如上所述的 一 種適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方 法，步驟③中所述的與當前像素點相鄰的八個像素點分別為當前像素點的左 上像素點、左前像素點、左下像素點、正上像素點、正下像素點、右上像素 點、右前像素點和右下像素點。
本發明所述的方法通過從四個方向對標志圖像進行二值化處理，使邊緣 灰色區域得到擴散，盡可能多的濾出了背景噪聲，而且由于標志圖像具有局 部白色背景，所以擴散不會破壞標志信息，因此總能保持二值化效果持續穩定。
圖1是本發明所述的方法流程圖2是具體實施方式
中從標志圖像次邊緣左上角點開始掃描除邊緣之外 的標志圖像并進行二值化處理的流程圖3是具體實施方式
中未經二值化處理的原始標志圖像；
圖4是具體實施方式
中從標志圖像次邊緣的左上角點開始掃描除邊緣之 外的標志圖像并進行二值化處理后的效果圖5是具體實施方式
中在圖4的基礎上再從標志圖像次邊緣的右下角點 開始掃描除邊緣之外的標志圖像并進行二值化處理后的效果圖6是具體實施方式
中在圖5的基礎上再從標志圖像次邊緣的左下角點 開始掃描除邊緣之外的標志圖像并進行二值化處理后的效果圖7是具體實施方式
中的最終效果圖8是與像素點相鄰的八個像素點示意圖。
具體實施例方式
下面以對圖3所示的原始標志圖像進行二值化為例對本發明所述的方法 進4亍詳細4笛述。
7如圖l所示， 一種適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化 方法，即四方向灰度閾值掃描法，包括以下步驟。
(1 )設定灰度閾值T。灰度閾值T理論上可以取0到255之間的任何值， 但選擇與0和255的中間值相近的值二值化效果較好，本實施方式中灰度閾 值取128。
(2)將標志圖像邊緣上的像素點的像素值修改為T; (3 )對標志圖像中除邊緣之外的所有像素值為T的像素點進行修改，使 其像素值小于T;本實施方式中將像素值為T的像素點的像素值修改為T-l。 (4 )從標志圖像次邊緣的四個角點開始分別對除邊緣之外的標志圖像進 行四次掃描，將除邊緣之外的標志圖像中所有像素點的像素值與閾值T進行 比較，根據比較結果對像素點的像素值進行修改，最終將標志圖像中所有像 素點的^f象素值確定為0或255。
從標志圖像次邊緣的左上角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像的順序為 從左到右、從上到下；從右下角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像的順序為 從右到左、從下到上；從左下角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像的順序為 從左到右、從下到上；從右上角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像的順序為 從右到左、從上到下。
從次邊緣上的四個角點掃描標志圖像的順序可以任意組合，只要進行四 次掃描即可。
上述步驟(4)的具體實現過程包括以下步驟，其中從標志圖像次邊緣上 的一個角點開始對標志圖像進行二值化處理的過程如圖2所示。
① 從標志圖像次邊緣的一個角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像；
② 判斷當前像素點的像素值是否大于T，如果大于T，將當前像素點的像 素值修改為255，并轉至步驟⑤；否則
③ 判斷與當前像素點相鄰的八個像素點中是否有像素值為T的像素點， 如果有，將當前像素點的像素值修改為T,并轉至步驟⑤；否則
④ 判斷當前像素點的像素值是否小于T,如果小于T,將當前像素點的像 素值修改為0,否則將當前像素點的像素值修改為255;
⑤ 判斷下一個像素點，重復步驟②至④；直到判斷完除邊緣之外的標志 圖像中所有的像素點；⑥ 從標志圖像次邊緣的第二個角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像，重
復步驟②至⑤；
⑦ 從標志圖像次邊緣的第三個角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像，重 復步驟②至⑤；
⑧ 從標志圖像次邊緣的第四個角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像，重 復步驟②至⑤；
⑨ 將標志圖像中所有像素值為T的像素點的像素值修改為255。
其中，步驟③中所述的與當前像素點相鄰的八個像素點如圖8所示，假 設點1為當前像素點，則與當前像素點1相鄰的八個像素點分別為左上像素 點2、左前像素點6、左下像素點7、正上像素點3、正下像素點8、右上像 素點4、右前像素點5和右下像素點9。
本實施方式中，原始圖像經過從標志圖像次邊緣的左上角點開始掃描并 進行二值化處理后的效果如圖4所示；在圖4的基礎上再從右下角點開始掃 描并進行二值化處理后的效果如圖5所示；在圖5的基礎上再從左下角點開 始掃描并進行二值化處理后的效果如圖6所示；在圖6的基礎上再從右上角 點開始掃描并進行二值化處理后，再將所有像素值為T的像素點的像素值修 改為255,得到最終的效果如圖7所示。
從最終的效果可以看出，采用本發明所述的方法濾除標志圖像的噪聲效 果較好，并且利用該方法能夠保證對標志圖像進行二值化處理后的效果持續 穩定。
人員根據本發明的技術方案得出其他的實施方式，同樣屬于本發明的技術創 新范圍。
權利要求
1.一種適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方法，包括以下步驟(1)設定灰度閾值T；(2)將標志圖像邊緣上的像素點的像素值修改為T；(3)對標志圖像中除邊緣之外的所有像素值為T的像素點進行修改，使其像素值小于T；(4)從標志圖像次邊緣的四個角點開始分別對除邊緣之外的標志圖像進行四次掃描，將除邊緣之外的標志圖像中所有像素點的像素值與T進行比較，根據比較結果對像素點的像素值進行修改，最終將標志圖像中所有像素點的像素值確定為0或255。
2. 如權利要求1所述的一種適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方法，其特征在于步驟(1)中所述的灰度閾值T為128。
3. 如權利要求1所述的一種適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方法，其特征在于步驟(3)將除邊緣之外的標志圖像中所有像素值為T的像素點的像素值修改為T-l。
4. 如權利要求1、 2或3所述的一種適用于虛擬演播室才i/f象機標定系統的標志圖像二值化方法，其特征在于步驟(4)的具體實現過程包括以下步驟① 從標志圖像次邊緣的 一個角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像；② 判斷當前像素點的像素值是否大于T，如果大于T，將當前像素點的像素值修改為255,并轉至步驟⑤；否則③ 判斷與當前像素點相鄰的八個像素點中是否有像素值為T的像素點，如果有，將當前像素點的像素值修改為T,并轉至步驟⑤；否則④ 判斷當前像素點的像素值是否小于T,如果小于T，將當前像素點的像素值修改為0,否則將該點像素值修改為255;⑤ 判斷下一個像素點，重復步驟②至④；直到判斷完除邊緣之外的標志圖像中所有的像素點； 從標志圖像次邊緣的第二個角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像，重復步驟②至⑤；⑦ 從標志圖像次邊緣的第三個角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像，重復步驟②至⑤；⑧ 從標志圖像次邊緣的第四個角點開始掃描除邊緣之外的標志圖像，重復步驟②至⑤；⑨ 將標志圖像中所有像素值為T的像素點的像素值修改為255。
5. 如權利要求4所述的一種適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方法，其特征在于步驟(4)中從標志圖像次邊緣的左上角點開始掃描標志圖像的順序為從左到右、從上到下。
6. 如權利要求4所述的一種適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方法，其特征在于步驟(4)中從標志圖像次邊緣的右下角點開始掃描標志圖像的順序為從右到左、從下到上。
7. 如權利要求4所述的一種適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方法，其特征在于步驟(4)中從標志圖像次邊緣的左下角點開始掃描標志圖像的順序為從左到右、從下到上。
8. 如權利要求4所述的一種適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方法，其特征在于步驟(4)中從標志圖像次邊緣的右上角點開始掃描標志圖像的順序為從右到左、從上到下。
9. 如權利要求4所述的一種適用于虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方法，其特征在于步驟③中所述的與當前像素點相鄰的八個像素點分別為當前像素點的左上像素點、左前像素點、左下像素點、正上像素點、正下像素點、右上像素點、右前像素點和右下像素點。
全文摘要
本發明公開了一種圖像二值化方法，尤其是公開了一種適用于電視臺虛擬演播室攝像機標定系統的標志圖像二值化方法。現有的圖像二值化方法在處理標志圖像時，存在二值化效果差或者二值化效果不夠穩定的缺陷。本發明所述的方法通過設定合適的灰度閾值，從標志圖像次邊緣的四個角點開始分別對除邊緣之外的標志圖像進行四次掃描，將除邊緣之外的標志圖像中所有像素點的像素值與T進行比較，根據比較結果對像素點的像素值進行修改，最終將標志圖像中所有像素點的像素值確定為0或255。從而有效的濾除了標志圖像的噪聲，二值化后效果好且穩定。
文檔編號H04N13/00GK101668218SQ200810119510
公開日2010年3月10日 申請日期2008年9月2日 優先權日2008年9月2日
發明者濤 李, 坤 羅 申請人:新奧特(北京)視頻技術有限公司