[发明专利]图像数据处理方法及摄像系统

说明书

本发明涉及一种图像数据处理方法，这种方法将图像数组中在显示图像前景的目标数据与显示图像背景的数组分开，本发明还涉及一种尤其适用于实现这种方法的摄像系统。

在电视技术中，已知有所谓的兰盒方法(Blue-Box-Verfahren)，在这种方法中，将形成有待拍摄的调节背景的一个表面设计成单色的、特别是兰色的背景。在这种背景前对目标一般是用第一电视摄像机以每秒50至60半帧的图像频率摄像，而同时用第二电视摄像机对替代第一图像的兰色背景的替代背景，例如气象图进行摄像。两个并行拍摄的图像序列在混合器中被同步叠加，兰色背景区域被第二电视摄像机所拍摄的图像替代。    

在所谓的兰盒方法中，有两种不同的基本方法，其中，第一种方法基于对颜色值的定义(背景显示色被定义为透明的)，而在第二种工业上特别是由Ultimatte公司实现的方法中，通过恒定的背景亮度和/或色域饱和度来定义背景。

已知方法的优点是，对模拟图像数据的处理相对简单，并能实时进行。而其缺点是，在大多数情况下须对兰色，经常也须对绿色背景作非常好的照明，因为颜色及颜色的亮度和/或饱和度在高质量的拍摄图像序列中必须非常均匀，而这只能通过对显示背景的彩色表面非常好的照明实现。但这种照明的费用却很大，因为对摄影室来说典型的照明时间约为一周，通常甚至更长。不算与之相关的人力，也需要耗费很多电力，并且对参与摄制的人来说会产生令人不适的高温。其缺点还在于，必须避免阴影和/或反射，这又增加了照明的难度。用已知的方法不能解决反射的问题，对阴影的纠正也很有限。

本发明提供了一种与之不同的、具有权利要求1特征的图像数据处理方法，以及具有权利要求13特征的摄像系统。

本发明出于这样的考虑，以一个与摄像机的摄像频率相调协的频率改变背景。这里对“调协”理解为，背景变化的频率与摄像频率之间的的比例已知。这里它可以是整数也可以是摄像频率的任意倍数。摄像频率优选是重现频率的若干倍，例如为通常电视图像频率的两倍，即约为每秒100至120半帧。如下面将要描述的，本发明的方法基本上可以在达到每秒数千帧的任意摄像频率下，以及据此调协的背景变化频率下工作。前提是，两个前后相接摄制的帧的内容(前景)不能改变或者至少没有明显的改变，因为图像序列中的每个第二帧被作为参考帧使用。

本发明的方法使数码相机的使用成为可能，并利用其技术上的优点。用双倍频率拍摄图像序列，以及用根据此频率确定的相应的频率改变背景，导致一个图像对序列，其中，构成图像对的两个图像(以常规运动速度拍摄的目标)，除了从一次拍摄到下一次拍摄按规定变化的背景外，相互间没有或几乎没有不同。因此图像对中的一幅图像可以作为另一幅图像的参考图像。

利用数字摄像技术的优点，即，可以将每个被拍摄的图像的图像点(像素)直接与接续其后的图像的相应的图像点进行比较，对图像对中的两个图像进行比较，其中例如将参考图像的每个图像点从另一幅图像中的相应图像点减去。对构成拍摄前景的目标的比较结果在没有变化的情况下(非运动或缓慢运动物体)为零或接近于零，在轻微变化的情况下(快速运动的物体)为非零的不同的任意值，而对背景平面的比较结果为预先确定的值，因为一幅拍摄的图像的背景与下一幅图像的背景间的变化是按规定进行的。背景的变化可以通过两种状态间的转换或在两种状态间逐渐连续地，例如正弦振荡的形式实现。

为了将构成摄像前景的目标与其背景分开，即所谓的“截取”，将所有在比较构成图像对的两个图像时具有一定内容的图像点删除，并在必要时用并行拍摄的图像内容(例如气象图)替代之。第二帧图像的来源是任意的。除了所述并行拍摄的图像，还可以用单一图像(固定图像)作为背景，或者还可以例如用计算机产生的图像或图像序列。

在本发明的优选实施方式中，为了确定将摄像图像数组的元素分配给目标数组还是背景数组，对以重现频率拍摄的摄像图像在不同时刻的数组进行比较。摄像频率可以例如是之后重现频率的三倍，因此，在重现频率内，即在一个重现频率的相应周期内，可以拍摄三幅图像。为了识别摄像图像中的任意元素是目标还是背景，将这三幅图像进行比较。所述比较是以有利的方式成对进行的。例如将该三幅图像序列中的第一幅摄像图像首先与第二幅图像进行比较，然后与第三幅图像进行比较，最后将第二幅图像与第三幅图像进行比较。为了经济地实施所述方法，可以分步骤进行比较，其中，只有当前面的步骤没有得出明确结果时，即不能明确分辨出摄像图像元素是目标元素还是背景元素时，才实施后面的比较步骤。