CN101668218B - 适用于虚拟演播室摄像机标定***的标志图像二值化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图像二值化方法，尤其是公开了一种适用于电视台虚拟演播室摄像机标定***的标志图像二值化方法。现有的图像二值化方法在处理标志图像时，存在二值化效果差或者二值化效果不够稳定的缺陷。本发明所述的方法通过设定合适的灰度阈值，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。从而有效的滤除了标志图像的噪声，二值化后效果好且稳定。

Description

适用于虚拟演播室摄像机标定***的标志图像二值化方法
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***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***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***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***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***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***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
③判断与当前像素点相邻的八个像素点中是否有像素值为T的像素点，如果有，将当前像素点的像素值修改为T，并转至步骤⑤；否则
④判断当前像素点的像素值是否小于T，如果小于T，将当前像素点的像素值修改为0，否则将当前像素点的像素值修改为255；
⑤判断下一个像素点，重复步骤②至④；直到判断完除边缘之外的标志图像中所有的像素点；
⑥从标志图像次边缘的第二个角点开始扫描除边缘之外的标志图像，重复步骤②至⑤；
⑦从标志图像次边缘的第三个角点开始扫描除边缘之外的标志图像，重复步骤②至⑤；
⑧从标志图像次边缘的第四个角点开始扫描除边缘之外的标志图像，重复步骤②至⑤；
⑨将标志图像中所有像素值为T的像素点的像素值修改为255。
如上所述的一种适用于虚拟演播室摄像机标定***的标志图像二值化方法，从标志图像次边缘的左上角点开始扫描除边缘之外的标志图像的顺序为从左到右、从上到下；从右下角点开始扫描除边缘之外的标志图像的顺序为从右到左、从下到上；从左下角点开始扫描除边缘之外的标志图像的顺序为从左到右、从下到上；当从右上角点开始扫描除边缘之外的标志图像的顺序为从右到左、从上到下。
如上所述的一种适用于虚拟演播室摄像机标定***的标志图像二值化方法，步骤③中所述的与当前像素点相邻的八个像素点分别为当前像素点的左上像素点、左前像素点、左下像素点、正上像素点、正下像素点、右上像素点、右前像素点和右下像素点。
本发明所述的方法通过从四个方向对标志图像进行二值化处理，使边缘灰色区域得到扩散，尽可能多的滤出了背景噪声，而且由于标志图像具有局部白色背景，所以扩散不会破坏标志信息，因此总能保持二值化效果持续稳定。
附图说明
图1是本发明所述的方法流程图；
图2是具体实施方式中从标志图像次边缘左上角点开始扫描除边缘之外的标志图像并进行二值化处理的流程图；
图3是具体实施方式中未经二值化处理的原始标志图像；
图4是具体实施方式中从标志图像次边缘的左上角点开始扫描除边缘之外的标志图像并进行二值化处理后的效果图；
图5是具体实施方式中在图4的基础上再从标志图像次边缘的右下角点开始扫描除边缘之外的标志图像并进行二值化处理后的效果图；
图6是具体实施方式中在图5的基础上再从标志图像次边缘的左下角点开始扫描除边缘之外的标志图像并进行二值化处理后的效果图；
图7是具体实施方式中的最终效果图；
图8是与像素点相邻的八个像素点示意图。
具体实施方式
下面以对图3所示的原始标志图像进行二值化为例对本发明所述的方法进行详细描述。
如图1所示，一种适用于虚拟演播室摄像机标定***的标志图像二值化方法，即四方向灰度阈值扫描法，包括以下步骤。
（1）设定灰度阈值T。灰度阈值T理论上可以取0到255之间的任何值，但选择与0和255的中间值相近的值二值化效果较好，本实施方式中灰度阈值取128。
（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；本实施方式中将像素值为T的像素点的像素值修改为T-1。
（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。
从标志图像次边缘的左上角点开始扫描除边缘之外的标志图像的顺序为从左到右、从上到下；从右下角点开始扫描除边缘之外的标志图像的顺序为从右到左、从下到上；从左下角点开始扫描除边缘之外的标志图像的顺序为从左到右、从下到上；从右上角点开始扫描除边缘之外的标志图像的顺序为从右到左、从上到下。
从次边缘上的四个角点扫描标志图像的顺序可以任意组合，只要进行四次扫描即可。
上述步骤（4）的具体实现过程包括以下步骤，其中从标志图像次边缘上的一个角点开始对标志图像进行二值化处理的过程如图2所示。
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
③判断与当前像素点相邻的八个像素点中是否有像素值为T的像素点，如果有，将当前像素点的像素值修改为T，并转至步骤⑤；否则
④判断当前像素点的像素值是否小于T，如果小于T，将当前像素点的像素值修改为0，否则将当前像素点的像素值修改为255；
⑤判断下一个像素点，重复步骤②至④；直到判断完除边缘之外的标志图像中所有的像素点；
⑥从标志图像次边缘的第二个角点开始扫描除边缘之外的标志图像，重复步骤②至⑤；
⑦从标志图像次边缘的第三个角点开始扫描除边缘之外的标志图像，重复步骤②至⑤；
⑧从标志图像次边缘的第四个角点开始扫描除边缘之外的标志图像，重复步骤②至⑤；
⑨将标志图像中所有像素值为T的像素点的像素值修改为255。
其中，步骤③中所述的与当前像素点相邻的八个像素点如图8所示，假设点1为当前像素点，则与当前像素点1相邻的八个像素点分别为左上像素点2、左前像素点6、左下像素点7、正上像素点3、正下像素点8、右上像素点4、右前像素点5和右下像素点9。
本实施方式中，原始图像经过从标志图像次边缘的左上角点开始扫描并进行二值化处理后的效果如图4所示；在图4的基础上再从右下角点开始扫描并进行二值化处理后的效果如图5所示；在图5的基础上再从左下角点开始扫描并进行二值化处理后的效果如图6所示；在图6的基础上再从右上角点开始扫描并进行二值化处理后，再将所有像素值为T的像素点的像素值修改为255，得到最终的效果如图7所示。
从最终的效果可以看出，采用本发明所述的方法滤除标志图像的噪声效果较好，并且利用该方法能够保证对标志图像进行二值化处理后的效果持续稳定。
本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (8)

1.一种适用于虚拟演播室摄像机标定***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，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
③判断与当前像素点相邻的八个像素点中是否有像素值为T的像素点，如果有，将当前像素点的像素值修改为T，并转至步骤⑤；否则
④判断当前像素点的像素值是否小于T，如果小于T，将当前像素点的像素值修改为0，否则将该点像素值修改为255；
⑤判断下一个像素点，重复步骤②至④；直到判断完除边缘之外的标志图像中所有的像素点；
⑥从标志图像次边缘的第二个角点开始扫描除边缘之外的标志图像，重复步骤②至⑤；
⑦从标志图像次边缘的第三个角点开始扫描除边缘之外的标志图像，重复步骤②至⑤；
⑧从标志图像次边缘的第四个角点开始扫描除边缘之外的标志图像，重复步骤②至⑤；
⑨将标志图像中所有像素值为T的像素点的像素值修改为255。
2.如权利要求1所述的一种适用于虚拟演播室摄像机标定***的标志图像二值化方法，其特征在于：步骤（1）中所述的灰度阈值T为128。
3.如权利要求1所述的一种适用于虚拟演播室摄像机标定***的标志图像二值化方法，其特征在于：步骤（3）将除边缘之外的标志图像中所有像素值为T的像素点的像素值修改为T-1。
4.如权利要求1所述的一种适用于虚拟演播室摄像机标定***的标志图像二值化方法，其特征在于：步骤（4）中从标志图像次边缘的左上角点开始扫描标志图像的顺序为从左到右、从上到下。
5.如权利要求1所述的一种适用于虚拟演播室摄像机标定***的标志图像二值化方法，其特征在于：步骤（4）中从标志图像次边缘的右下角点开始扫描标志图像的顺序为从右到左、从下到上。
6.如权利要求1所述的一种适用于虚拟演播室摄像机标定***的标志图像二值化方法，其特征在于：步骤（4）中从标志图像次边缘的左下角点开始扫描标志图像的顺序为从左到右、从下到上。
7.如权利要求1所述的一种适用于虚拟演播室摄像机标定***的标志图像二值化方法，其特征在于：步骤（4）中从标志图像次边缘的右上角点开始扫描标志图像的顺序为从右到左、从上到下。
8.如权利要求1所述的一种适用于虚拟演播室摄像机标定***的标志图像二值化方法，其特征在于：步骤③中所述的与当前像素点相邻的八个像素点分别为当前像素点的左上像素点、左前像素点、左下像素点、正上像素点、正下像素点、右上像素点、右前像素点和右下像素点。
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