CN105654471B - 应用于互联网视频直播的增强现实ar***及方法 - Google Patents

应用于互联网视频直播的增强现实ar***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了应用于互联网视频直播的增强现实AR***，包括：增强现实AR单元、摄像头、数据库和显示单元；增强现实AR单元分别与摄像头、数据库和显示单元相连，增强现实AR单元包括检测模块、提取模块和叠加模块；检测模块用于检测原始背景是否符合AR处理要求；提取模块与检测模块相连，用于提取视频帧的前景目标图像；叠加模块与提取模块相连，用于将替换图像或视频与前景目标图像进行叠加。本发明可动态更换任意背景，可以有效地提升视频的趣味性、加强视频的视觉冲击力；用户指定替换图像或视频，就可达到更换视频背景的目的，操作简单；同时该方法对计算机的性能要求不高，可以在PC机、手机android***上实现。

Description

应用于互联网视频直播的增强现实AR***及方法
技术领域
本发明涉及视频成像技术领域，尤其涉及应用于互联网视频直播的增强现实AR***及方法。
背景技术
目前，在线娱乐平台众多，主播们宅在家里就可以进行视频直播。由于拍摄环境单调，导致节目缺乏趣味性、吸引力不强，因此需要提供一种操作简单的技术为主播的精彩表现烘托气氛，加强视觉冲击力。目前大多采用图片叠加技术，图片叠加技术是把两张图片按照不同的透明度融合在一起，也可以改变原来图片的气氛；但图片叠加技术带来的效果有限，而且不能任意更换背景。
增强现实(Augmented Reality，简称AR)是近年来国外众多知名大学和研究机构的研究热点之一；增强现实AR技术是近年来发展起来的新兴技术，其核心是将虚拟内容和真实存在的内容进行实时融合，形成虚拟、现实之间的互动，从而创造出全新的体验。虚拟演播室就是典型的增强现实***，它将实拍的人物与电脑绘制的虚拟场景有机地结合起来，以全新的视觉效果展现在观众面前。但虚拟演播室是一套复杂的***，价格昂贵，操作繁琐，且对节目制作人员有技术要求，同时传统的增强现实AR技术对计算机的运算性能要求很高。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供应用于互联网视频直播的增强现实AR***及方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种应用于互联网视频直播的增强现实AR***，包括：增强现实AR单元、摄像头、数据库和显示单元；
所述摄像头用于采集原始背景，和带有前景目标图像和原始背景的视频帧；
所述数据库用于存储替换图像或视频；
所述显示单元用于显示增强现实AR单元的处理结果；
所述增强现实AR单元分别与所述摄像头、数据库和显示单元相连，所述增强现实AR单元包括检测模块、提取模块和叠加模块；
所述检测模块用于检测摄像头采集的原始背景是否符合AR处理要求，当符合要求时，向提取模块内发送提取信号；
所述提取模块与所述检测模块相连，用于根据所述提取信号提取视频帧的前景目标图像；
所述叠加模块与所述提取模块相连，用于将替换图像或视频与前景目标图像进行叠加。
作为本发明的进一步改进，所述增强现实AR单元还包括放大/缩小模块，所述放大/缩小模块设置在所述提取模块与所述叠加模块之间，用于在叠加前对提取的前景目标图像进行放大或缩小。
作为本发明的进一步改进，所述检测模块包括方差检测模块和边缘数目检测模块。
作为本发明的进一步改进，当原始背景不符合AR处理要求时，检测模块向摄像头发送再次采集原始背景的信号。
本发明还公开了一种应用于互联网视频直播的增强现实AR***的使用方法，包括：
步骤一、采集原始背景并检测所述原始背景是否符合AR处理要求，当检测结果为符合时，则进入步骤二；
步骤二、采集带有前景目标图像和所述原始背景的视频帧，并提取视频帧的前景目标图像；
步骤三、将提取的前景目标图像与替换背景进行叠加，形成新的视觉图像，所述替换背景包括：图像或视频。
作为本发明的进一步改进，所述原始背景为纯色背景。
作为本发明的进一步改进，所述步骤一中检测是否符合AR处理要求的依据为：方差检测和边缘数目检测；
所述方差检测的公式为：
其中：D(X)表示方差，X表示原始背景图像，E(X)表示原始背景图像的平均值，xi表示像素值，n表示像素个数；
所述边缘数目检测的方法为：采用Sobel算子检测边缘数目；
当方差和边缘数目均小于其设定的阈值时，则判定为：原始背景符合AR处理要求。
作为本发明的进一步改进，当步骤一中的检测结果为不符合时，调整所述原始背景，并重复步骤一。
作为本发明的进一步改进，所述步骤二中提取视频帧的前景目标图像的方法为：
基于混合高斯模型GMM将视频帧的像素点与混合高斯模型GMM的各个分布进行匹配；
|X-μi|≤λσi
其中：X表示像素值,μi表示高斯分布的均值，σi表示高斯分布的方差，λ表示高斯分布方差的阈值；
当像素点与某个高斯分布满足上式，则该像素点与高斯分布相匹配，为背景点；否则为前景点。
作为本发明的进一步改进，所述步骤二与步骤三之间还包括步骤四；
所述步骤四为将视频帧的前景目标图像根据需要放大或缩小后，将其移动到指定的位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了应用于互联网视频直播的增强现实AR***及方法，包括增强现实AR单元、摄像头、数据库和显示单元；通过上述结构实现原始背景检测、提取前景目标图像、替换背景。本发明解决了在线娱乐平台主播因拍摄环境单调、直播视频缺乏吸引力的问题，用户可动态更换任意背景，可以有效地提升视频的趣味性、加强视频的视觉冲击力；用户指定替换图像或视频，就可达到更换视频背景的目的，操作简单；同时该方法对计算机的性能要求不高，可以在PC机、手机android***上实现。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的应用于互联网视频直播的增强现实AR***的框架图；
图2为本发明一种实施例公开的应用于互联网视频直播的增强现实AR的方法流程图；
图3为本发明一种实施例公开的原始背景图；
图4为本发明一种实施例公开的替换背景；
图5为本发明一种实施例公开的带有前景目标图像的视频帧图；
图6为本发明一种实施例公开的替换图像与前景目标图像进行叠加形成的新图像。
图中：1、增强现实AR单元；1-1、检测模块；1-2、提取模块；1-3、叠加模块；1-4、放大/缩小模块；2、摄像头；3、数据库；4显示单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种应用于互联网视频直播的增强现实AR***，包括：增强现实AR单元、摄像头、数据库和显示单元；摄像头用于采集原始背景，和带有前景目标图像和原始背景的视频帧；数据库用于存储替换图像或视频；显示单元用于显示增强现实AR单元的处理结果；增强现实AR单元分别与摄像头、数据库和显示单元相连，增强现实AR单元包括检测模块、提取模块和叠加模块；检测模块用于检测摄像头采集的原始背景是否符合AR处理要求，当符合要求时，向提取模块内发送提取信号；提取模块与检测模块相连，用于根据提取信号提取视频帧的前景目标图像；叠加模块与提取模块相连，用于将替换图像或视频与前景目标图像进行叠加。本发明还公开了一种应用于互联网视频直播的增强现实AR方法，采集原始背景并检测原始背景是否符合AR处理要求，当检测结果为符合时，则进入下一步；采集带有前景目标图像和原始背景的视频帧，并提取视频帧的前景目标图像；将提取的前景目标图像与替换背景进行叠加，形成新的视觉图像，替换背景包括：图像或视频。本发明解决了在线娱乐平台主播因拍摄环境单调、直播视频缺乏吸引力的问题，用户可动态更换任意背景，可以有效地提升视频的趣味性、加强视频的视觉冲击力；用户指定替换图像或视频，就可达到更换视频背景的目的，操作简单；同时该方法对计算机的性能要求不高，可以在PC机、手机android***上实现。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
实施例1：如图1所示，本发明第一目的在于提供一种应用于互联网视频直播的增强现实AR***，包括：增强现实AR单元1、摄像头2、数据库3和显示单元4；
摄像头2用于采集不带有目标的原始背景，和采集带有前景目标图像和原始背景的视频帧，数据库3用于存储替换图像或视频，显示单元4用于显示增强现实AR单元的处理结果；增强现实AR单元1分别与摄像头2、数据库3和显示单元4相连。
增强现实AR单元1包括检测模块1-1、提取模块1-2、叠加模块1-3和放大/缩小模块1-4。检测模块1-1与摄像头2相连，用于检测摄像头采集的原始背景是否符合AR处理要求，当符合要求时，向提取模块内发送提取信号；检测模块1-1进一步包括方差检测模块和边缘数目检测模块；提取模块1-2与检测模块1-1相连，基于混合高斯模型GMM并根据提取信号提取视频帧的前景目标图像；叠加模块1-3通过放大/缩小模块1-4与提取模块1-2相连，用于将替换背景与经过放大或缩小的前景目标图像进行叠加，替换背景可以为图像或视频。
实施例2：如图2-6所示，本发明第二目的在于提供一种应用于互联网视频直播的增强现实AR***的使用方法，包括：
①、初始化：
在检测模块内设定方差的阈值、边缘数目的阈值，在提取模块内设定高斯分布方差的阈值。
②、摄像头采集不带有目标的原始背景，原始背景为纯色背景，纯色背景为单一颜色的背景(如蓝色或白色)，如图3所示，传入到增强现实AR单元内的检测模块内，并固定摄像头。
③、检测模块检测不带有目标的原始背景图像是否符合AR处理要求，利用方差和边缘数目进行检测：
方差检测的公式为：
其中：D(X)表示方差，X表示原始背景图像，E(X)表示原始背景图像的平均值，xi表示像素值，n表示像素个数；
边缘检测的方法为：采用Sobel算子检测边缘数目。Sobel算子为索贝尔算子，其是计算机视觉领域的一种重要处理方法，主要用于获得数字图像的一阶梯度，常见的应用和物理意义是边缘检测。在技术上，它是一个离散的一阶差分算子，用来计算图像亮度函数的一阶梯度之近似值。在图像的任何一点使用此算子，将会产生该点对应的梯度矢量或是其法矢量；
当方差和边缘数目均小于其设定的阈值时，原始背景符合AR处理要求，则转到步骤④；当不符合AR处理要求时，调整原始背景，并重复步骤②、③。
④、在满足要求的原始背景下，用上述固定不动的摄像头采集带有前景目标图像和原始背景的视频帧，如图5所示，将其传入到增强现实AR单元内的接收模块内；
增强现实AR单元对背景图像建立混合高斯模型GMM；混合高斯建模是基于像素样本统计信息的表示方法，利用像素在较长时间内大量样本值的概率密度等统计信息(如模式数量、每个模式的均值和标准差)表示背景，然后使用统计差分(如3σ原则)进行前景目标图像像素判断。混合高斯模型的数目与计算机的性能有关，本发明使用4个高斯模型来表征图像中各个像素点的特征。
⑤、提取视频帧的前景目标图像：具体提取方法为：
基于混合高斯模型GMM将视频帧的像素点与混合高斯模型GMM的各个分布进行匹配；
|X-μi|≤λσi
其中：X表示像素值,μi表示高斯分布的均值，σi表示高斯分布的方差，λ表示高斯分布方差的阈值；
当像素点与某个高斯分布满足上式，则该像素点与高斯分布相匹配，为背景点；否则为前景点。
⑥、将视频帧的前景目标图像根据需要放大或缩小后，将其移动到指定的位置。
⑦、从数据库内选择替换背景，替换背景为图像或视频，如图4所示，将其传入到增强现实AR单元的替换模块内；在替换模块内将替换图像或视频与视频帧的前景目标图像进行叠加，形成新的视觉图像，如图6所示。
本发明提供了应用于互联网视频直播的增强现实AR***及方法，包括增强现实AR单元、摄像头、数据库和显示单元；通过上述结构实现原始背景检测、提取前景目标图像、替换背景。本发明解决了在线娱乐平台主播因拍摄环境单调、直播视频缺乏吸引力的问题，用户可动态更换任意背景，可以有效地提升视频的趣味性、加强视频的视觉冲击力；用户指定替换图像或视频，就可达到更换视频背景的目的，操作简单；同时该方法对计算机的性能要求不高，可以在PC机、手机android***上实现。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用于互联网视频直播的增强现实AR***，其特征在于，包括：增强现实AR单元、摄像头、数据库和显示单元；
所述摄像头用于采集原始背景，和带有前景目标图像和原始背景的视频帧；
所述数据库用于存储替换图像或视频；
所述显示单元用于显示增强现实AR单元的处理结果；
所述增强现实AR单元分别与所述摄像头、数据库和显示单元相连，所述增强现实AR单元包括检测模块、提取模块和叠加模块；
所述检测模块用于检测摄像头采集的原始背景是否符合AR处理要求，当符合要求时，向提取模块内发送提取信号；所述检测模块包括方差检测模块和边缘数目检测模块，当方差和边缘数目均小于其设定的阈值时，原始背景符合AR处理要求；
所述提取模块与所述检测模块相连，用于根据所述提取信号提取视频帧的前景目标图像；
所述叠加模块与所述提取模块相连，用于将替换图像或视频与前景目标图像进行叠加。
2.如权利要求1所述的应用于互联网视频直播的增强现实AR***，其特征在于，所述增强现实AR单元还包括放大/缩小模块，所述放大/缩小模块设置在所述提取模块与所述叠加模块之间，用于在叠加前对提取的前景目标图像进行放大或缩小。
3.如权利要求1所述的应用于互联网视频直播的增强现实AR***，其特征在于，当原始背景不符合AR处理要求时，检测模块向摄像头发送再次采集原始背景的信号。
4.一种如权利要求1-3中任一项权利要求所述的应用于互联网视频直播的增强现实AR***的使用方法，其特征在于，包括：
步骤一、采集原始背景并检测所述原始背景是否符合AR处理要求，当检测结果为符合时，则进入步骤二；
步骤二、采集带有前景目标图像和所述原始背景的视频帧，并提取视频帧的前景目标图像；
步骤三、将提取的前景目标图像与替换背景进行叠加，形成新的视觉图像，所述替换背景包括：图像或视频。
5.如权利要求4所述的应用于互联网视频直播的增强现实AR***的使用方法，其特征在于，所述原始背景为纯色背景。
6.如权利要求4所述的应用于互联网视频直播的增强现实AR***的使用方法，其特征在于，所述步骤一中检测是否符合AR处理要求的依据为：方差检测和边缘数目检测；
所述方差检测的公式为：
其中：D(X)表示方差，X表示原始背景图像，E(X)表示原始背景图像的平均值，xi表示像素值，n表示像素个数；
所述边缘数目检测的方法为：采用Sobel算子检测边缘数目；
当方差和边缘数目均小于其设定的阈值时，则判定为：原始背景符合AR处理要求。
7.如权利要求4所述的应用于互联网视频直播的增强现实AR***的使用方法，其特征在于，当步骤一中的检测结果为不符合时，调整所述原始背景，并重复步骤一。
8.如权利要求4所述的应用于互联网视频直播的增强现实AR***的使用方法，其特征在于，所述步骤二中提取视频帧的前景目标图像的方法为：
基于混合高斯模型GMM将视频帧的像素点与混合高斯模型GMM的各个分布进行匹配；
|X-μi|≤λσi
其中：X表示像素值,μi表示高斯分布的均值，σi表示高斯分布的方差，λ表示高斯分布方差的阈值；
当像素点与某个高斯分布满足上式，则该像素点与高斯分布相匹配，为背景点；否则为前景点。
9.如权利要求4所述的应用于互联网视频直播的增强现实AR***的使用方法，其特征在于，所述步骤二与步骤三之间还包括步骤四；
所述步骤四为将视频帧的前景目标图像根据需要放大或缩小后，将其移动到指定的位置。
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