【摘要】NCAM圖像識(shí)別跟蹤系統(tǒng)作為主流的演播室追蹤系統(tǒng)，在演播室得到了越來越多的應(yīng)用，提升了節(jié)目的視覺效果。首先，本文介紹了NCAM圖像識(shí)別跟蹤系統(tǒng)的使用；其次，介紹了NCAM在演播室的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；最后，介紹了NCAM在演播室的應(yīng)用。

　　【關(guān)鍵詞】 NCAM 圖像識(shí)別跟蹤 虛擬跟蹤

一．引言

　　傳統(tǒng)的電視節(jié)目比較單一，由主持人在實(shí)景前講述口播，承前啟后。隨著科技的發(fā)展，電視圖像跟蹤系統(tǒng)將圖像識(shí)別、處理、跟蹤技術(shù)結(jié)合，把虛擬的物體形象、實(shí)時(shí)地在演播室表現(xiàn)出來，使節(jié)目?jī)?nèi)容更加直觀、豐富。電視圖像跟蹤系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，預(yù)處理數(shù)據(jù)量大，為了保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，一般采用DSP芯片+FPGA結(jié)構(gòu)協(xié)作處理。

　　蘇州廣播電視總臺(tái)作為全國(guó)首個(gè)實(shí)現(xiàn)高清整體轉(zhuǎn)換的城市臺(tái)，采用了主流的演播室追蹤系統(tǒng)——NCAM圖像識(shí)別跟蹤系統(tǒng)，NCAM的魚眼模擬人眼具有的圖像識(shí)別能力，再通過計(jì)算機(jī)識(shí)別、處理獲得的信息，實(shí)現(xiàn)了圖像目標(biāo)的跟蹤。目前，NCAM圖像識(shí)別跟蹤系統(tǒng)在全媒體新聞中心的《社會(huì)傳真》、《姑蘇警方》、《天網(wǎng)》等欄目使用，關(guān)注政治、民生，例如C919大型客機(jī)在上海圓滿首飛、重現(xiàn)警方破案現(xiàn)場(chǎng)、枇杷上市價(jià)格分析等等，直觀形象的虛擬場(chǎng)景提高了收視率，使新聞?lì)惞?jié)目豐富有趣，讓觀眾了解到政治、經(jīng)濟(jì)、生活等各個(gè)方面的情況。

二．NCAM圖像識(shí)別跟蹤系統(tǒng)介紹

　　NCAM主機(jī)默認(rèn)系統(tǒng)為L(zhǎng)inux圖形界面，該系統(tǒng)具有可靠的安全性和良好的穩(wěn)定性。如圖1所見，打開NcamReality軟件，軟件界面上的左右畫面為兩個(gè)Fisheyes虛擬鏡頭的跟蹤點(diǎn)位，紫色點(diǎn)越多說明有效跟蹤數(shù)據(jù)越大。默認(rèn)情況下系統(tǒng)開始跟蹤時(shí)，魚眼鏡頭的第一對(duì)圖像將自動(dòng)顯示在此處，當(dāng)相機(jī)在環(huán)境中移動(dòng)通過時(shí)，會(huì)自動(dòng)在底部欄中生成其他圖像。右側(cè)是系統(tǒng)狀態(tài)選項(xiàng)，用于調(diào)整跟蹤有關(guān)的各種設(shè)置，可以看到系統(tǒng)跟蹤情況以及一些參數(shù)，調(diào)整魚眼環(huán)境的增益、曝光量和Gamma。跟蹤數(shù)據(jù)正常傳輸后，右側(cè)系統(tǒng)狀態(tài)選項(xiàng)中所有數(shù)據(jù)應(yīng)均為綠色狀態(tài)。在對(duì)應(yīng)VisualTracking目錄下有一個(gè)可變值“PixelError”，在不同鏡頭場(chǎng)景環(huán)境下，該值會(huì)不斷變化。該值位于0-0.25之間說明虛擬跟蹤數(shù)據(jù)的質(zhì)量最好，可正常使用。

圖1　NCAM的主機(jī)界面

　　視圖是由兩個(gè)不同的屏幕，2D和3D視圖組成，如圖2所示。當(dāng)正在跟蹤以及系統(tǒng)正在被使用時(shí)，應(yīng)該把2D視圖作為當(dāng)前活動(dòng)屏。2D跟蹤視圖是從魚眼虛擬鏡頭得到的實(shí)時(shí)視圖，在系統(tǒng)啟動(dòng)跟蹤時(shí)，當(dāng)前使用的點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)，彩色的點(diǎn)代表規(guī)模和精度，紫色是最大點(diǎn)黃色是最小點(diǎn)，紫色點(diǎn)越多說明有效跟蹤數(shù)據(jù)越大。在跟蹤開始前就應(yīng)當(dāng)用2D視圖來確保魚眼鏡頭能在當(dāng)前的環(huán)境下合適地曝光并匹配。3D跟蹤視圖是用3D方式展現(xiàn)的當(dāng)前環(huán)境、測(cè)試立方體和對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)位置和方向，2D視圖中看到的彩點(diǎn)在3D視圖中以藍(lán)色和紫色的光線形式表示每個(gè)點(diǎn)是如何由攝像機(jī)捕捉到的。

圖2　NCAM的2D和3D跟蹤視圖

　　點(diǎn)擊開關(guān)按鈕，顯示為StartingTracking，開始傳送虛擬跟蹤數(shù)據(jù)。根據(jù)固定虛擬點(diǎn)位設(shè)定虛擬物件位置及演播室欄目燈光全部開啟后，點(diǎn)擊“√”按鈕初始化跟蹤數(shù)據(jù)。選擇基準(zhǔn)面，前兩個(gè)關(guān)鍵位置圖像會(huì)自動(dòng)顯示，如果需要不同的視圖，可以從下方時(shí)間軸中選取，拖動(dòng)圖像到主窗口。選取基準(zhǔn)點(diǎn)后，可以通過旋轉(zhuǎn)軸來重新定位軸，如圖3所示，左圖用于定位和操作NCAM世界坐標(biāo)系（原點(diǎn)）的方向。當(dāng)系統(tǒng)跟蹤增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)時(shí)，NCAM立方體也將在這里合成，用作故障排除和測(cè)試。

　　　確認(rèn)跟蹤好后，點(diǎn)擊“ONAIR”按鈕，確保在直播環(huán)境中沒有人為干涉虛擬數(shù)據(jù)的變化，關(guān)閉不必要的過程并提高性能。

圖3　NCAM選擇基準(zhǔn)面和定位軸

三．NCAM在演播室的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　NCAM在演播室的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。演播室的搖臂攝像機(jī)，將魚眼虛擬鏡頭得到的實(shí)時(shí)視圖、Zoom、Focus等數(shù)據(jù)，通過RJ45接口傳送到NCAM主機(jī)。CCU輸出一路SDI數(shù)據(jù)到NCAM主機(jī)，再加上同步信號(hào)REF后，NCAM主機(jī)經(jīng)過處理，輸出串行虛擬數(shù)據(jù)（Free-D協(xié)議）到互為主備的兩臺(tái)虛擬Engine的MOXA卡。XNEngine的Matrox卡，In1是FG前景信號(hào)，In2是Input開窗信號(hào)，Out1是XN1/2V。

圖4　NCAM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　系統(tǒng)中的兩臺(tái)同步機(jī)互為主備，經(jīng)過導(dǎo)換器輸出同步信號(hào)，再由周邊機(jī)箱的DA分配放大，得到分配的同步信號(hào)REF，其中一路輸出到NCAM主機(jī)，與系統(tǒng)的其它設(shè)備同步。

　　鏡頭的Zoom、Focus等數(shù)據(jù)由魚眼獲得后，在長(zhǎng)時(shí)間的不同場(chǎng)景環(huán)境、燈光數(shù)據(jù)變化下，有時(shí)候會(huì)需要使用Homing功能，將虛擬鏡頭的Zoom、Focus的量程校準(zhǔn)。這種情況下，點(diǎn)擊菜單欄Devices-CameraBar-StartHoming，開始做Homing的校準(zhǔn)，軟件界面上的右側(cè)系統(tǒng)狀態(tài)選項(xiàng)中Inputs-LensEncoder會(huì)顯示橙色的HomingNotDone，此時(shí)將搖臂進(jìn)行推拉和聚焦的往復(fù)操作，獲得Zoom、Focus的量程，操作完后，點(diǎn)擊菜單欄Devices-CameraBar-StopHoming，結(jié)束Homing，校準(zhǔn)完成，虛擬恢復(fù)到穩(wěn)定的跟蹤狀態(tài)。

　　系統(tǒng)采用虛擬演播室設(shè)置VizStudio_setup和VizContentPilot模板制作與播出系統(tǒng)(VCP)，利用設(shè)置系統(tǒng)的Viz_IO軟件中的FreeD跟蹤協(xié)議快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬演播室進(jìn)行虛擬跟蹤定位和校正，在Viz_IO的狀態(tài)選項(xiàng)中設(shè)置從XN1和XN2虛擬渲染引擎以及具體的物理端口來獲取跟蹤數(shù)據(jù)值，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換狀態(tài)。播出前在VCP編制串聯(lián)單，在播出中可以按照節(jié)目串聯(lián)單的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)更新和替換文字、圖片和三維物體等。

四．NCAM在演播室的應(yīng)用

　　NCAM結(jié)合了搖臂，使畫面增添了縱深感，營(yíng)造的立體空間使人有身臨其境的感覺，使虛擬場(chǎng)景更加形象，增加了信息量。

　　使用NCAM跟蹤系統(tǒng)，成功在演播室完成了一些虛擬場(chǎng)景的制作和播出。如圖5所示，我國(guó)自主研制的C919大型客機(jī)在上海圓滿首飛，社會(huì)傳真欄目制作虛擬背景，運(yùn)動(dòng)著的虛擬飛機(jī)和變化的數(shù)據(jù)展示，將這一個(gè)航空工業(yè)的歷史時(shí)刻更好得表現(xiàn)出來。由這些虛擬數(shù)據(jù)，再聯(lián)系首飛現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)況畫面，使觀眾能全方位的了解C919的首飛情況。

圖5　NCAM在C919首飛時(shí)的虛擬場(chǎng)景圖

　　NCAM跟蹤系統(tǒng)不僅在時(shí)事新聞中成功得拉近了和觀眾的距離，在講述警方破案過程、表現(xiàn)法律公平正義的時(shí)候，NCAM的虛擬場(chǎng)景也為事實(shí)本身增加了直觀的描繪，模擬犯罪現(xiàn)場(chǎng)、揭露犯罪活動(dòng)真相，使觀眾有更真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)感。如圖6所示，NCAM在姑蘇警方時(shí)的虛擬場(chǎng)景圖，科學(xué)手段的運(yùn)用，給觀眾直觀的、可信度高的結(jié)論。

圖6　NCAM在姑蘇警方時(shí)的虛擬場(chǎng)景圖

五．總結(jié)與展望

　　NCAM圖像識(shí)別跟蹤系統(tǒng)，結(jié)合了搖臂特有的畫面特點(diǎn)，使節(jié)目制作團(tuán)隊(duì)發(fā)揮了更多的創(chuàng)造力，為傳統(tǒng)媒體增添了新的更富有表現(xiàn)力的虛擬場(chǎng)景，使演播室的視覺效果得到了提升。在類似的重大事件、時(shí)事新聞、民生新聞等節(jié)目中，根據(jù)真實(shí)情景不斷改換虛擬背景，豐富立體的場(chǎng)景更好地服務(wù)于不斷提高的觀眾審美，增添了藝術(shù)性。 

參考文獻(xiàn)

　　[1]第曉菊.基于FPGA的電視圖像識(shí)別跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].硅谷,2011(11):87-87.

　　[2]劉廣華.電視跟蹤系統(tǒng)的技術(shù)研究[D].南京理工大學(xué),2013.

　　[3]孫威.淺談虛擬跟蹤技術(shù)及其應(yīng)用[J].影視制作,2014,20(6):60-63.

　　[4]劉亞男.搖臂拍攝技術(shù)在電視領(lǐng)域中的作用及運(yùn)用[J].西部廣播電視,2017(11):197,201.