影视后期合成跟踪技术

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  影视后期合成主要包括抠像、调色和跟踪三个重要的技术,在这里我们主要研究跟踪技术在影视后期编辑合成中的应用。在 一个图片场景中,我们可以使用Photoshop平面合成工具通过抠像和调色完成合成;而在一个视频场景中,背景经常是运动的,这样我们就需要使用跟踪技术跟随背景运动。跟踪技术,顾名思义,就是对画面上的内容进行跟随操作。跟踪是这样一个过程:选择画面上的一个特征区域(有时称为跟踪点),由计算机自动地分析在一系列图像上,这个特征区随时间推进发生位置变化。跟踪得到的结果是一系列的位移数据。一般来说,软件会让使用者指定一个矩形的区域,作为特征区。这个区域应该满足这样一些条件:区域内的画面有明显的颜色或亮度差异,区域内物体形状没有明显的变化,区域内的物体不会长时间被其它物体遮盖。这样的特征区便于软件搜索查找,同时不会因为被遮挡而使软件失去其踪迹。软件还会让用户指定一个搜索区域,这个区域比特征区大,应该包含特征区在下一帧画面上出现的范围。在下一帧,软件就会在搜索区内查找特征区的位置,计算出位移量,并根据特征区的新位置,自动设置新的搜索区,以便在下一帧的查找。利用这个搜索区,可以让软件把搜索局限在一个较小的范围,而不用在整个画面上搜索。这样既提高搜索速度,又减少出错的可能。不过搜索区的范围必须设得合适,太大会降低搜索效率,太小则特征区有可能移出搜索区之外,从而使跟踪失败。

  我们使用这些位移数据最常见的用法是,把另外一个画面中的物体按照这个不断变化的位置贴到刚才跟踪的画面上;也可以利用这些数据,例如在一座大楼上增加一个光点。我们把跟踪画面向反方向移动相应距离,就可以抵消原来镜头的运动,使特征区域在画面上保持在原来位置上,就好像摄影机固定的一样。这就叫稳定。只利用一个特征区的跟踪和稳定,称为一点跟踪,是跟踪最简单的情形,因为这种跟踪只能得到位移信息。但摄影机镜头的运动方式远非如此简单:镜头的推拉和变焦会产生图像的放大缩小,镜头的转动会造成画面旋转。一点跟踪无法得到这类信息。但如果同时跟踪画面上相对位置不变的两个特征区,得到两个位置点,就可以从两点间距离的变化推知画面的放大和缩小,从两点间连线的角度变化,得到画面的旋转,所以两点跟踪比一点跟踪更进一步,通过它可以得到画面放缩和旋转的信息。镜头的运动还常会造成画面透视的变化,例如摄影机围着一台电脑显示器转动,显示器屏幕的透视就会改变。如果我们同时跟踪屏幕的4个点,就可以模拟这种透视变化,把一幅画面准确地贴在显示器屏幕上,这就是四点跟踪。当然,摄影机运动造成的画面变化远不止这些,目前较新的软件都引入了多点跟踪,它们通过对大量跟踪点的运动进行分析,可以准确地得出摄影机实际运动的轨迹。对于二维的画面而言,要重现摄影机复杂运动造成的各种变化几乎是不可能的,但对于三维软件而言,这种摄影机轨迹可以用来控制虚拟摄影机,使三维生成的图像与实拍镜头的摄影机运动相吻合,这样就可以方便地进行合成了。

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