基于多摄像机视角插值的足球比赛虚拟视角回放

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1、基于多摄像机视角插值的足球比赛虚拟视角回放摘要：本文提出一种新颖的方法来合成虚拟视角,通过在一个体育场安装多个摄像头进行采集图像，使得观众可以观看整个真实的足球场景。本文所提出的方法，是通过被选的视角旁的实际摄像机查看插值，从而生成任意视角的图像。在这种方法中,不需要太强调相机的校准，因为我们将摄像机投影几何学运用于插值覆盖。为了避免复杂和不可靠的3D恢复过程，根据场景的几何属性，对象场景被分割成几个区域。考虑到真实视角之间存在对应关系，因此生成中间视角十分有必要，这个过程是将投影几何学运用到每个区域自动生成的。通过叠加所有区域的中间图像，可以生成整个足球场景的虚拟视角。该方法可以不

2、必强调校准摄像机，也不需要手动调整使其对应匹配。因此，可以很容易地将该方法应用到在一个大范围的动态事件。其中一种应用就是，通过视角合成的算法处理实验结果来观察一场正常足球比赛的回放。这为通过任意一个视角查看整个动态事件提供了一种新方法。关键词：动态事件多相机投影几何足球比赛视觉插值虚拟视角合成1引言信息和通信技术的发展使我们能够欣赏来自世界各地的体育和娱乐活动，除了转播事件外，现今的电视广播也提供了多种视觉效果的娱乐。举个与这些影响相关的例子，视觉系统被CBS用于直播第三十五届超级碗。在这个系统中，使用超过30个摄像头采集多个视频流。然后，用不同视角的视频图像序列来创建一个3D的视觉

3、效果，使得视角在某一暂时固定的时刻可以围绕在对象事件周围。该系统采用简单的视频图像切换的视觉效果，并且计算机基础视觉技术可以提供更具吸引力的视觉效果，如合成任意视角图像的虚拟视角。虚拟现实[1]，这是一个开创性的项目。在这一领域，要实现这样的虚拟运动的动态场景，需要利用计算机视觉技术，从多个视角重建目标场景中对象的三维模型，随后，将真实图像中的色彩用于合成3D模型的纹理；并且使用传统的渲染技术，将会生成带有颜色纹理3D模型视觉图像。在一个大的空间中，为动态事件提供视觉效果的技术最近已被提出[2]、[3]，它们使球员能够从球员周围的视角查看某个特定领域的球员。在[2]中，三维物体的形状

4、由一组平面描述，以便有效地合成物体的一种新的视角。在[3]，一个特殊的3D坐标系统，建立在相机的极线几何，用于无需摄像机标定的3D模型的重建。在这些方法中，目标区域是在一个大的空间，其中一些球员存在某一局部区域。另外，在足球比赛中的任意视角运动的方法已被提出[4]。在这种方法中，球员所代表的简化3D模型，重建使用多个视角，然后虚拟视角图像的球员被呈现在一个虚拟的体育场。虽然观众可以从任意的角度来观看整个足球场景，但所呈现的体育场并不是一个真正的体育场，而是一个计算机生成的虚拟模型。我们的目标是实现对于一整个体育场的实际体育赛事的虚拟视角合成。整个场景，包括球员、球场和体育场都是一个重

5、建的目标，即对象面积大于以前的方法中描述的[1]、[3]。此外，在虚拟视角中体育场也应该使用采集的场景合成，而不是计算机生成的模型。在本文中，对整个足球的场景的虚拟视角生成，我们提出了一种新奇的方法，在真实的球场使用多个未校准相机。如果不使用3D模型，只有相邻相机之间的投影几何是用来合成新的视角图像[5]-[7]。视觉插值[8]可以通过实际的摄像头来从任何中间的视角重建整个足球场景。首先，相邻的相机之间的射影几何从图像序列获得。通过叠加所有区域的中间图像，虚拟视角中整个足球场景的整体外观可以更加容易地以一种逼真的方式合成呈现。此外，我们引入了“看足球比赛录像点播系统”。现有的电视广播

6、只提供预先制作的内容，在生产中手动选择视频摄像机转播体育赛事，这本质上是单向通信。另一方面，互联网有利于广播电台和观众之间的互动交流，内容可以根据观众的需求进行交互修改。如果观众可以选择自己喜欢的视角，他们将从观看这些激动人心的场面中获得极大的乐趣。我们证明了需求系统的视角可以作为互动通信媒体的一个例子。使用所提出的系统，用户可以在观看比赛的同时，自由选择自己的首选视角。他们可以专注于一个特定的球员在特写镜头或可以使用变焦虚拟相机跟踪球运动。本文的结构如下，在第二节中，相关工作的虚拟视角合成，在三种方法中引入了代表性方法。概述所提出的方法是在第三节。第四节解释了如何评估投影几何用于视

7、角插值。随后，在第五节提出将视觉插值技术运用于大型活动的整个场景。第六节展示实验结果，然后在第七节提出关于需求系统的观点。在第八节提出的讨论之后，我们最终在第九节中总结了我们的工作。2相关工作在计算机视觉领域，从一些实际相机图像合成的虚拟视角图像的技术自20世纪90年代就已经开始研究[9]-[11]。这些技术，称为基于图像的绘制（IBR），可以分为三类，基于模型的方法、基于转换的方法、和采用全光函数的方法。通过使用基于模型的方法，它是能够构建3D模型的对象