色键技术是电视节目制作中常用的技术。站在蓝色幕布前面的演播室主持人由前景摄像机拍摄，在特技机的色键电路中，由主持人的画面产生键信号，在主持人画面与背景画面进行叠加时，由键信号挖去背景中蓝色以外的画面，而把主持人的图像嵌插在背景画面中，形成了主持人置身于背景画面的图像，这种技术俗称为“抠像”，在普通的色键技术中，背景画面往往是已经录制好的节目。
虚拟演播室技术与色键技术十分相像，它也是由前景的主持人为主的画面和背景画面，采用色键的方法构成一体，产生人物置身于背景的组合画面。然而，在真正的虚拟演播室技术中，背景是由计算机产生的，计算机接受摄像机的控制，随着摄像机的推拉摇移，改变俯仰角度，计算机相应改变画面的大小和角度，并且为了正确再现前景与背景的空间透视关系，还需对前景和背景实施空间锁定， 这种空间锁定是通过精确测定摄像机的所有定位参数(包括镜头调整参数)来实现的。
二、虚拟演播室的原理
虚拟演播室的原理如图(1)所示，主持人一般是在呈“U”型或“L”型的蓝箱里做着各种表演，实际的、或“真实”的前景摄像机对其进行拍摄，背景图像(画面装饰、道具和风光布景)大都是三维立体图，由制作人员预先用计算机生成(即预先着色好)，前景与背景图像在传输或录制过程中混合。这种合成图像的制作方式即被称为“虚拟”。故此，这种图像摄录系统也被称为“虚拟摄像机”，与传统的蓝幕色键技术截然不同的是，虚拟演播室技术中的真实摄像机(前景图像)与虚拟摄像机(产生背景图像)始终保持同步互锁，为此，必须对真实摄像机的以下参数进行确定：
(1)蓝幕背景的X、Y、Z坐标值。
(2)摄像机的俯仰、摇移以及可旋转角度的数值。
(3)镜头的焦距和聚焦。
然后，真实摄像机的所有上述参数都送入计算机分析，系统对与前景图像相关的虚拟背景图像发出控制指令。最后，录有表演者和真实道具的前景图像与计算机生成的背景图像在色键控制器里合成为一幅画面，传送至视频切换台输出。
由此可见，虚拟演播室系统可分解为三个部分：摄像机跟踪部分、计算机虚拟场景生成部分及视频合成部分。
1.摄像机跟踪部分。
摄像机在拍摄过程中有平移X、纵移Y、高度移Z、水平角、俯仰角、镜头变焦Z00M，聚焦FOCUS等变化，这些参数的改变会引起所摄图像视野与视角的改变，为了模拟人物所在的三维环境，计算机必须根据这些参数不断调整三维视图。而摄像机跟踪部分的作用正是收取摄像机的位置信息和运动数据，实时的跟踪真实摄像机，以保证前景与计算机背景“联动”。由于这种“联动”是以高速计算机运算的结果，而这种运算永远是存在着一个运算时间，所以这种“联动”是有时间差的。只是设计者保证使这种时间差在一个人眼不易察觉的范围之内，因此要求前景摄象机只能在一个有限的速率内改变位置参数。 目前虚拟演播室的摄像机跟踪系统主要有以下几种方式。
(1) 基于传感器的系统。 该系统通过安装在摄像机各部分的机械传感器来获取各种信号参数， 平面X、Y位移传感器，一般有光电式、机械式和导轨式等几种，光电式属非接触型，误码率低，连续性好，且摄像机移动不受限制，但必须在摄像机移动通道地面画上格点，以便识别。机械式属接触型，由一个与地面相摩擦的圆球带动水平、垂直两个方向的光电码盘，光电码盘送出X、Y数据，此方式摄像机移动也不受限制，但使用时间长了易产生误差。导轨式误码率低，且必须铺设轨道，使摄像机的移运受到一定的限制。 高度位移Z传感器，一般安装在升降机上，随升降机的运动检测Z信号。 水平角度和俯仰角度传感器安装在摄像机云台上，并分别与云台的水平转轴和垂直转轴连动。 聚焦Focus和变焦Z00M传感器，则附于镜头的聚焦齿轮和变焦齿轮处。 该系统速度很快，方法较为简便直接，是目前虚拟演播室最常用的摄像机 跟踪方式，但该方式有其固有的缺点，比如得到的摄像机参数精度不高，限制了摄像机的运动，系统的标定很麻烦等等。
(2)基于图形分析系统 该方式需要把一个精确的网络图案以两种不同的蓝色形状绘制于蓝背景上，通过摄像机识别这种图案并与计算机跟踪软件及硬件，预先确定的模型进行对比，以确定物体与虚拟背景的透视关系及距离。 该系统精度较高，无需镜头校准，同时摄像机可以不同轨道进行运动，但该系统在对蓝色网格图案制作色键过程中的阴影很难处理，很难保持良好的键的质量，摄像机拍摄不能垂直于蓝色网格图案，必须偏离30度角以上，否则不能准确定位，而且摄像机必须同时观察4个网格点以保持跟踪，这就不可能对人物进行特写镜头的拍摄，摄像机必须缓慢移动以避免跟踪混淆引起跳帧。还有一点，此系统需要额外的工作站把网格坐标信息转换为摇移，俯仰及变焦坐标信息供图形计算机使用，这样图案辨识的延时有时高达8至12帧。鉴于上述须待解决的若干问题，网格识别方案在目前的虚拟演播室系统中使用的不多。
2.计算机虚拟场景生成部分
虚拟演播室的场景是计算机绘制的图形，计算机绘图有二维和三维之分，因而虚拟场景也有二维和三维之分，二维场景没有厚度，只是一个平面图形，所以二维虚拟场景只能作为背景平面，出现在真实人物的后面，而三维虚拟场景中的景物具有Z方向的厚度，是立体的，以背景中的一个长方体为例，长方体是一种六面体，其底面和背面一般是看不见的。然而随拍摄角度的不同，有可能看见其正面，侧面和顶面。在计算机中应保存其正面、侧面和顶面的图像，实际上，在计算机内，其正面、侧面和顶面的图像都分解为像素的形式，保存在存储器中，当摄像机处于任意的角度位置时，计算机即进行计算，获得相应的画面。同时，三维的场景中，虚拟景物既能作为真实人物的前景出现，也能作为背景出现如图(2)所示: 并且真实人物还能围绕虚拟景物运动如图(3)所示：
这样在视觉效果上更具纵深感，更加真实。显然对于计算机的运算能力、运算速度提出了很高的要求。当然还必然进一步考虑许多细节问题，比如灯光和阴影的问题，当摄像机改变其取向位置时，根据照明条件，阴影部分将发生相应的变化，背景画面应该能够反映出这种变化。
3.视频合成部分
虚拟演播室系统视频合成的基本技术是色键器抠像，摄像机拍摄的蓝幕布前的真实景物：通过色键器进行抠像处理，与计算机生成的虚拟场景合成一个画面。
(1)深度合成技术
虚拟演播室的一个基础就是前景和背景合成的时候，前景的演员可以被背景的内容覆盖，为了做到这一点，一般都采用深度合成技术。所谓深度就是前后关系，这一种技术要考虑两路键信号的深度信息，就可以让背景的内容在演员前面。这不同于二维图像的层技术。因为是三维图像的各像素都带有深度信息，而且各像素还有与摄像机的距离的信息，由这两部分的信息决定前景和背景的像素的可见性。在实时生成的时候，高性能的终端通常使用一个深度缓冲区来贮存像素的深度值，但是在常规演播室里面，实际信号是没有深度信息的。而且也没有一个方法能够实时的赋予前景信号以深度信息，可以采用一个估计值，即估计摄像机与演员之间的距离，前景信号通过色键抠像得到演员部分的信号，先与背景作常规意义上的合成，得到色键序列值，这一部分确定了前景在背景中的位置，再由深度值来进行前后关系的调整，最后输出的深度键值序列就确定了前景和背景的可见性，能够按常规方法合成。
(2)同步技术
要使前景和背景天衣无缝的合成，既要让两个摄像机的参数保持一致，还要让两个摄像机同步，因为当进行实时合成时，前景信号的每一帧是与背景信号的对应帧合成。背景信号因为摄像机跟踪系统和实时生成都要耗费时间，所以要让前景信号延时来保证与背景信号的同步合成。
三、系统的实现
从上面的原理分析可以发现，虚拟演播室每生成一帧图像，就要处理相当多的数据，在实拍时还要求处理速度，达到实时的电视速率，即一秒钟就有25帧图像，如果按常规的处理方法，一切由计算机串行处理，是绝对不可能完成的，这就对虚拟演播室的软硬件设计提出了较高的要求：
1.硬件工作平台
为了使虚拟背景画面与摄像机摄取的前景画面相配合，系统至少要工作在配置有视频处理板的SGI高性能工作站，同时为了完成实时的图像序列生成，必须把这个任务按处理内容分类进行并行处理；实时的完成摄像机跟踪运算，完成人工背景和实际信号深度，支持三维自动建摸的多重处理，对于预处理结果的描述和图像处理的工作，每一个任务要有一个专门的硬件来完成。
2.软件系统
软件系统设计的思想是根据硬件的并行处理的特点，一般采用自适应并行处理的计算。这个处理在实际上就是由一系列的处理器组成的服务器盒，这个服务器盒能完成虚拟演播室所需的各种处理，另外，自适应并行处理模式将运行和编程分开。不需要在编写程序时作并行处理的考虑，因此该种设计方法，因为处理问题较为灵活而成为虚拟演播室软件设计思想的主流。
四、虚拟演播室的现状与未来
自从1994年第一套虚拟演播室在国际广播电视会议上展示以来，世界上有很多厂家推出了自己的虚拟演播室系列，但主要的有四个厂家即：
(1)以色列的ORAD公司以其独有的模式识别技术和图像处理技术开发出高性能Cyberset O及入门级Cyberset Et系列产品。
(2)离散逻辑公司的Vapour是采用高性能终端，全功能的实时虚拟演播室系统。
(3)E S公司的Mindset是基于NT平台，采用Orad公司的摄像机跟踪系统，能够接多个摄像机。
(4)RTSET公司的Larus Otus采用传感器跟踪技术，速度快，提供了灵活的合成能力。
另外还有ACCOM的ELSET自动生成特征，让用户能很方便的根据自己的意愿来建模和灯光设计；Digmedia的Brainstorm Estuio产品是采用模式识别方法定出摄像机的参数，在建模上功能比较强；For-A的Didi Wmp采用了Orad公司的视频处理和延时设备，采用多通道结构，能实时处理等。
因为高性能产品整套系统的价格比较高，难以普及，所以各厂家又推出了入门级产品，如Orad的Cyberset E以满足众多的电视台和影视制作单位，采用性能较低的终端如：SGIO2采用WINDOWS NT作为平台，进行非实时的图像合成，系统采用开放式结构可以扩充到高性能的实时系统。
就目前情况看，虚拟演播室相对于传统演播室的优势是不言而喻的，但就其未来的发展，虚拟演播室还需要解决其自身的若干缺限：
·蓝景区中主持人及演员的活动范围及定位。
·为抑制噪声边缘需要在实施键控时格外小心。
·普遍使用的槽置单调光、柔光。
·演员投在虚拟地面、墙面和人工景物上真实阴影的保存。
·自动Z键(深度信息)控制。
1 . 按键源的性质分
内键 键源与填充（前景）信号是同一个图像信号，即用要填的图像信号一路经过键控信号处理器产生抠像电视信号，另一路作为“填充信号”填入被抠掉的部分。内键也称自键。内键特技以前常用于黑白字幕插入，键源信号通常是在黑底上的白色字符或图形，它的电平只有高低两种，且对应白色部分的电平高，如果填充信号记作a，背景信号记作b，则内键可简述为a抠b填a。这种技术现广泛地 应用 于色键特技。将叠加的全电视信号经消色电路和放大整形处理后，形成抠像键控信号，从而进行混合叠加。
（2）外键
相对于内键特技而言，外键特技的键信号不是由填充（前景）信号或背景信号形成的，而是由第三路视频信号作为键源所形成的，外键的键源信号也是由黑底上的白色字符或图形，填充信号通常为单一色调的彩色信号，因此外键特技通常用于彩色字幕的插入。如果填充信号记作a，背景信号记作b，键源信号记作c，则外键可简述为c抠b填a。
2 . 按产生键信号的键源图象成分分
（1）亮度键
它是利用键源图像中亮度成分来形成键信号，亮度键要求键源图像要有较高的亮度反差，即要求键源中作前景的图像部分要亮，其余部分要暗（黑），要形成明显的黑白反差，亮度键又称黑白键。图3为亮度键原理示意图。
（2）色度键
又称色键，它是利用彩色幕布的前景图像（填充信号）的色度成分（主要是色度中的色调，也就是图像的颜色）与其后的彩色幕布的色调（幕布的颜色）差别来形成键信号，用键信号去抠背景图像，再填入彩色幕布的前景图像。色键也是内键的一种形式，所不同的是键信号的形成方式，内键是利用键源信号的黑底和白字符之间的亮度差别来形成键信号，而色键是利用键源信号的彩底（即彩色幕布）和前景图像（如演员图像）之间的色调差别来形成键信号，同时键源信号又作为填充信号。色键要求键源图像信号有较高的色度反差，即要求键源信号中作前景的图像不能含有其后作幕布（背景）的彩色色调相同或相近的色调，也就是要求键源信号的前景和背景的色调尽量分开，最好是补色关系，以保证两者之间的色调差别。
在电视制作中为了获得最佳视觉效果，使用色度键时应尽量满足下列要求：
. 背景应平坦，照明条件要好，颜色要均匀。
. 拍摄物体的照明要好，不能带有被键出的颜色。
. 视频必须以分量格式拍摄。
图4为色键原理示意图。
3 . 按键信号波形分
硬色键 键信号波形是前后沿很陡的矩形脉冲信号，硬色键合成输出图像的前景和背景的分界处有抖动和突变现象，使人感到生硬和不 自然 ，还存在分界处彩色闪烁和有幕布色镶边等现象。另外，对于自然景物中的半透明物体作为合成图像前景图像时，其后面的背景图像应该是部分地透明，但是硬色键在任何瞬间其键信号所控制的视频切换开关不是接通就是断开，键信号只有两种取值，不是高电平就是低电平，因此硬色键合成图像中前景图像不是全透过就是全不透过其后的背景图像，这与我们日常见到的自然景观是不同的，所以硬色键特技给人缺乏真实效果的感觉。在硬色键中，键信号为高电平时视频开关接通，前景图像全透过其后的背景图像，键信号为低电平时视频开关切断，前景图像全不透过其后的背景图像。
（2）软色键
键信号波形是与前景图像透明度相关的斜坡形（梯形）信号，键信号在上升和下降期间有一定的斜率，软色键能够在很大程度上克服硬色键的上述缺点，软色键中将用于硬色键的脉冲门控混合电路改成了线性混合电路。
目前 ，在软色键的基础上发展了线性键控特技（也称透明键或alpha键），线性键合成图像能线性地与前景图像的透明度成比例地透过背景图像。软色键和线性键扩大了色键特技的应用范围。线性键是具有半透明混合效果的键控特技，其键信号决定合成图像中前景图像（填充信号）后背景图像以什么样的透明度可见，即键信号根据前景图像的透明度而线性地成比例地决定前景信号与背景信号的合成比例或混合程度。线性键的数学模型可用下式表示：
vout= vf* k + vb*（1 - k）
其中vout为前景（填充）信号和背景信号合成后的输出信号，vf为前景信号，vb背景信号，k为键信号，k值取值范围为大于等于0而小于等于1，从该式可知，当k=1时，vout= vf，此时线性键的合成输出就是前景（填充）信号，这种情况称为完全叠加。当k=0时，vout= vb，此时线性键的合成输出就是背景信号，这种情况称为完全不叠加。当大于0而小于1时，线性键的合成输出为前景（填充）信号vf和背景信号vb按照k值所决定的比例进行合成以后的图像，合成图像看上去是半透明的效果，透过前景可以看到背景，透明度的大小取决于键信号k的值。实际上，当k=0或k=1时，线性键就工作在硬色键方式，但反过来硬色键却不能达到线性键的效果，因为硬色键的键信号k的值只有0（低电平）和1（高电平）两个值，所以硬色键合成输出要么是前景信号，要么是背景信号，不可能出现半透明的混合效果。
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论文出处(作者):未知 图5给出了线性键（alpha键）原理示意图。
二 .色键技术 应用 于虚拟演播室
随着数字电视 . 计算 机和多媒体技术的 发展 ，色键已从二维特技发展到三维特技，近几年出现的虚拟演播室技术就是三维色键视频特技的典型应用，它将活动的演播人员图象通过色键方式键入到三维立体动画背景之中。做到真实的演员能深入到虚拟的三维场景中，并能够与其中的虚拟对象实时交互。在虚拟演播室中在一间兰色屏幕代替的真实背景里进行现场表演，三维计算机图形发生器实时产生一个逼真的虚拟环境，并按照以下程序工作：摄象机采集前景视频信号，同时摄象机上的跟踪定位系统实时提供摄象机移动的信息。这些数据被送至一个实时图形计算机。从计算机的镜头视角再产生一个虚拟环境。以兰色屏幕为背景拍摄的摄象机图象，经延时后与选自计算机的虚拟背景以相同时码进行工作，并通过数字视频切换台“联合”在一起，实时产生一个组合图象。
图6给出了色键技术应用于虚拟演播室的原理示意图。
传统的色键技术与计算机技术相结合应用于虚拟演播室，成功解决了前景与背景之间的透视关系 . 比例关系，使合成的图像有了极佳的立体效果，可以达到以假乱真的地步。
三 . 键控技术应用于电视播出系统
目前 键控技术已广泛地应用于各级电视台的播出系统，主要用于台标时钟和字幕信息的叠加，所采用的方式多为并联方式，即只将实现键控特技功能的键控混合器串接于电视播出系统视频通道中，而将台标时钟机与字幕机并接于键混合器，如图7所示。其优点在于简化了电视播出系统视频通道，提高了电视播出系统的可靠性和安全性，降低了故障率和人为差错率，因为播出节目视频信号经过键混合器而不经过台标时钟机和字幕机，而且即使键控混合器出现故障，也因为其具有掉电旁路直通功能而不 影响 播出节目视频信号的传输。同时，采用键控混合器并接方式也方便了播出设备的维护和检修，当台标时钟机或字幕机出现故障时，可以方便地将其拆下检修，而不会影响视频通道的节目播出，只是暂时无法叠加台标时钟或字幕信息而已。
图8给出了键控混合器的原理示意。作为播出通道的关键设备，其必须具备以下功能：
主信号断电直通功能（by pass ）。 采用两路外键处理方式，可同时进行底行字幕游动和台标叠加处理。 视频信号通道指标满足规定的要求。 具备各种检测功能。包括主信号在线检测，填充信号与主信号的同步检测。 通过对键控信号的处理，使得键控特技的混合层次灵活可选。 具备手动/遥控功能，作为播出设备，通过相应的遥控接口很容易接入自动播出系统。 键控混合器从使用上说分为两种，即开关键和alpha键。开关键即前文提到的硬色键，其核心部分是一高速开关，开关的速度很快，一般在15ns以下，主信号和叠加信号经钳位后分别到达二选一开关一端，键信号产生的控制信号用来控制开关。
四 . 键控特技应用于电视后期制作
在电视节目的后期制作中怎样利用传统的键控技术创造出意想不到的效果，我一直在进行一些尝试。我台成立于1997年，目前台里除了拥有传统的卷编设备外，还拥有avid及新奥特的非线编设备各一套。由于这两套设备均不是以字幕作为设计目标，因此在节目制作过程中，我们发现字幕的特技和动画一直是困扰我们的一个难点。要想做出字幕的拖尾，碎玻璃，水波纹，双字同时游动，马赛克等效果几乎不可能。通过长期的实践和摸索，我们利用键控特技和现有设备，却可以成功地实现这些效果，大大提高了制作人员的创作热情，增加了节目的可视性。
关键词：虚拟演播室；色键；摄像机；跟踪技术
作者简介：周永彬，1981年，男，黑龙江密山，硕士，助教，数字媒体技术方向。
[中图分类号]：G22[文献标识码]：A
[文章编号]：1002-2139(2011)-20-0214-01
虚拟演播室（Virtual Studio）技术，又称虚拟布景技术，它区别于传统色键抠像的电视节目制作技术。传统色键抠像技术，是当摄像机做任何运动时，背景不发生变化，播音员好像浮在背景上，效果失真。而虚拟演播室技术能够在摄像机的位置发生变化时，使背景与摄像机同步运动，实现前景与背景的完美结合。利用虚拟演播室技术的显著优点是能够在有限的空间内实现大场景的搭建与转换，如此一来可节约大量资金和时间，提高电视节目制作效率。
一、虚拟演播室工作原理
虚拟演播室技术源于传统的色键抠像技术（Chromaey），但与色键抠像技术相比又有本质的区别。色键抠像技术先在蓝色的背景下进行前景拍摄，然后用另一路背景视频图像代替当前视频中的蓝色背景，把前景简单地键入背景中。这一技术的局限性是当前景摄像机的位置角度和焦距发生改变时，背景视频图像不能随之而变化，使得合成图像缺乏立体感和真实性。虚拟演播室技术则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。
二、虚拟演播室的核心技术
虚拟演播室系统关键在于如何产生虚拟背景并将其与前景相融合，它通常包括，三维虚拟场景的制作、摄像机的跟踪、虚拟背景的生成、图像的合成4个组成部分，其中三维虚拟场景的制作、摄像机跟踪技术和图像的合成是这项技术的关键。
1、三维虚拟场景的制作
虚拟演播室中的背景图像可以是动态的，也可以是静止的，利用最多的是虚拟场景，也就是由计算机创作的三维图形。在虚拟演播室中，首先要对场景中的所有物体进行建模，这与计算机辅助设计相似。在建立一个模型的同时，计算机将它们分解成许多个多边形，一般是三角形，然后定义一个轮廓，在每个多边形上施加材质，可以是简单的颜色，也可以是材料。再把图像或照片施加在多边形上，以产生更逼真的效果。场景中所包含的多边形的数目越多，场景的复杂程度越高，对系统的三维渲染能力的要求也越高。
2、摄像机跟踪技术
摄像机跟踪技术是指在节目拍摄过程中，实时获取摄像机在演播室中的实际位置参数和动作参数。其中摄像机镜头参数ZOOM、FOCUS，云台运动参数PAN、TILT以及描述摄像机空间位置和角度的参数ROLL、X、Y、Z。获得这组参数就有可能把摄像机和镜头与一台高性能的计算机连接（该计算机可以生成背景的每一场），背景制作的应用软件根据这些参数来调整虚拟摄像机的位置、方向和镜头参数，使虚拟场景产生对应的变化。
3、图像的合成
一般来说虚拟摄像机和实际摄像机的数量是相同的，但虚拟背景信号源的数量与实际摄像机数量并不一定相同。用两个背景生成器，两个色键器就可以完成任何两个摄像机之间叠化效果制作，硬切只需要一个虚拟背景信号源。为了完成叠化效果制作，计算机通过编辑接口监视切换器的状态或从预演母线上了解下一个切换的摄像机，并对其进行切换。当虚拟摄像机切换之后，切换器就做好了叠化的准备。
三、虚拟演播室技术的广泛应用
相对于传统的使用实景演播室，虚拟演播室有其无法比拟的巨大优势。由于采用了计算机图形技术，虚拟场景的设计可以无限丰富，不仅可以实现与现实完全相同的布景，更可设计出现实中无法见到的场景。在降低布景设计与场景搭建成本的同时，也拓宽节目制作的创作空间，满足了电视观众对艺术效果越来越高的要求。因此，从资金、人力和时间的角度看，使用虚拟演播室可以有效地节约节目制作成本，发挥创造人员的想象力，制作出精美的电视节目。
虚拟演播室技术从应用角度来讲，大多数电视台都将其应用在中小规模演播室制作新闻访谈、体育、天气预报和节目预告等类型的栏目。受到灯光、演播室场地等多种条件的制约，一般不用于大型演播室和人物众多的综艺类节目，在我国只有少数电视台，如中央电视台在2008年北京奥运会中采用Orad公司的三维虚拟演播室系统对奥运会进行了直播。一般的地方性电视台都采用大洋、索贝等国产品牌的虚拟演播室，如福建电视台新闻频道使用大洋VRset系统制作《娱乐新闻网》、《时事前哨》、《体育新闻网》、《正午时光》和《探索在线》五个栏目。
从传达信息角度来看，虚拟演播室能够更有效地表达信息，增强感染力，利于信息的传递。由于虚拟演播室的背景是合乎比例的立体设计，摄像机移动时，虚拟的背景和前景能够相应变化，从而增强了节目的动感和美感，更大程度上满足了人们在信息接收时的要求。
四、小结
在计算机不断发展的今天，虚拟演播室系统也将会有更大的发展空间。虽然目前还不太可能完全代替传统演播室，但是成本的不断降低，技术的日臻完善，越来越多的用户会选择虚拟演播室技术。根据自己的实际情况，选择最适合自己的系统和技术，才能使其发挥最大的优势，创造出最理想的效果。而在虚拟演播室逐渐深入人心的同时，他的工作也对节目制作人员也提出了新的要求。因为虚拟演播室从虚拟场景的设计、制作，到演播室的灯光布置、摄像机操作等，都不同于一般的演播室，因此要求制作人员不仅要精通影视技术，具有前期拍摄和后期编辑的能力，而且要求制作人员懂得计算机，能熟练地使用计算机进行三维场景的设计，且具有很强的创作能力。
参考文献：
[1]王爱华，浅谈虚拟演播室技术及其应用[J]，山西科技.2010年02期。
随着经济的不断的发展，虚拟技术也得到了很大的发展。目前虚拟演播室系统能够真实的再现前景图像中各个细节。抠像质量也有了很大的提高，能获得更加逼真的合成图像。影响虚拟演播室系统的因素有摄像机、蓝箱以及色键等，其中蓝箱和色键在安装好后无需过多的调试。灯光系统和摄像机对虚拟演播室的影响最大，需要经过很多次的调试，笔者阐述灯光场景的布置和摄像机的选购。
1 虚拟演播室的的灯光与场景
虚拟演播室图像合成的关键在于灯光的合理布置，不合理的布置灯光会造成图像失真，造成色键器无法正常工作。
1.1 前景物体的灯光布置
第一，保持前景物体和背景图像光照的一致。虽然前景图像中只有一个人物，但也不能简单使用平面布光。在布置前景灯光时之前应该仔细的分析背景照明状况，以保证合成图像的真实效果。光线在背景物体上产生的效果应该在前景物体上得以体现。第二，再现背景图像光照射在前景物体上的效果。通常比较明亮的背景图像会或多或少的照射到前景物体上，因此要在前景物体上打上逆光和测光，对于蓝幕反射在前景物体上的蓝光，在使用时无需用有颜色的灯光来消除，因为色键控制中本身就安装有蓝色消除电路。之所以要布设逆光和侧光，是因为背景图像在真实的场景中也会一定程度的照射在前景物体上。合理的布设逆光和侧光能够让前景物体和背景物体在光照下看起来更加的协调。第三，消除前景物体黑色边缘。蓝幕较亮的话会照射到前景物体的边缘上，使前景物体的边缘看起来很亮，但色键控制的蓝色消除电路会将这些照射在蓝幕光消除掉，这样就会导致前景物体上出现黑色边缘。施加少量的测光在前景物体上能够消除进行图像合成时背景图像边缘上出现的黑边。第四，调整主光源和幕光灯的顺序。假如演播室的空间很小就要先布置前景物体的灯光，因为这时布置前景物体的灯光可以投射到蓝幕上面。布置好前景物体的灯光以后，再加一些灯光以均匀照射到蓝幕并使蓝幕有合适的亮度。
1.2 蓝幕的灯光布置
第一，等光强原则。要想达到理想的合成效果，应该使蓝幕和前景物体上的灯光强度保持一致。简单的说就是用测光表测到的前景物体上的值和测到的蓝幕上的值是相等的，或者是在前景物体和蓝幕处放上灰色的反光板，在摄像机上会看到相同的输出电平。第二，均匀照射原则。也就是说保证灯光均匀照射到蓝幕上，在布置蓝幕的灯光时，要将它想象成布置合成图像中背景图像的灯光。这样蓝幕上的暗区会反射到合成图像的背景部分，使背景部分也产生一个暗区，要利用蓝幕上物体的亮度来控制合成图像的背景亮度，这样可以重现色键控制中的阴影。第三，色温恒定的原则。要保证蓝幕灯光色温的均匀，不均匀的色温会使合成图像上前景物体边缘的色调不一致，造成蓝幕上灯光色温不一致原因主要是调光设备的使用，在使用调光设备时虽然能使灯光的强度减小，但是却让灯光上的电压也降低了，从而导致了灯光色温的降低。还有一个原因造成了蓝幕色温的不均匀，那就是演播室里有很多的大的有色物体，这些物体的反射光使蓝幕上的局部色调发生了变化。第四，先布前景光，后布蓝箱光。因为三基色柔光灯有很大的发光面积，要想使灯光的布置满足计算机抠蓝的效果，先布设前景光，前景光会一定程度的照射在蓝箱上，前景照度满足要求后再适当的对蓝箱进行补光。第五，立体布光。传统的演播室为了满足电视灯光的要求，都是采用三点式的布光原理，而虚拟演播室则在处理抠蓝上运用的是色键器消除技术。所以要想避免蓝光影响到前景物体，产生阴影，就应该树立起立体布光的意识，因为蓝光反射光会对阴影产生作用，这块阴影经过虚拟演播室的模块处理以后会被色键器的蓝消除电路消除。
1.3 杂散光的处理
蓝幕上出现的杂散光可能会导致图像的背景产生雾状影像，合理的布置灯光能够有效的消除杂散光，比如说在设置灯光时，可以让头顶的灯光稍微的偏向蓝幕的那边，避免让头顶的灯光直接照射到地面。
2 虚拟演播室用数字摄像机的技术分析和选型
2.1 数字摄像机的技术特点
半导体技术和集成电路的飞速发展使摄像机技术面临着新的发展机遇，摄像机由最开始的黑白摄像管发展为现在的彩色CCD，摄像机的电信号处理类型也经历了几个阶段，从最开始的模拟复合、模拟分量，到部分数字处理、全数字处理，发展到后来多路SDI数字信号的直接输出。摄像机由两个部分组成：光学系统和电路处理系统，连接这两个系统的是十分重要的光电转换器件CCD。摄像机的作用是可以实现光电转换。光学系统也是由两部分组成：镜头和滤色片。镜头的由很多部分组成，比如伺服控制、聚焦镜组、变焦镜组等等。CCD作为光电转换器，具有体积小、灵敏度高、信噪比高以及省电耗的优点。使得数字摄像机也同样具有功耗低、质量强和体积小的优点。CCD的类型有很多，如果按照它的制造工艺和电荷转移方式分的话，可以分为三种：FT型、IT型和FIT型。
FIT型CCD是FT型和 FIT型CCD的加强版，集合了这两者的优点，避免了图像出现水平和垂直拖尾，在高档的广播级摄像机中用的比较多，事实上电路系统是处理和控制CCD转换成的电信号的系统。相对于模拟摄像机而言，数字摄像机的特别之处就在于它在处理的过程当中应用比模拟信息的处理更加优秀的全数字技术。
2.2 数字摄像机的选型
在选择摄像机时，要想使它的性能价格比都比较好，就要深入的了解摄像机的技术特点和指标。可以从这几个方面来判断；CCD像素数、A/D 转换器量化比特数、CCD类型、DSP处理能力以及使用场景、销售价格、消耗功率以及售后技术指导等。技术指标中包括分解力、信噪比、灵敏度以及调制深度、最低照度等等。其中，最低照度和灵敏度有关，也和信噪比有关，照度越低，视频的信号越低，画面的质量就越差。使用环境不同，对摄像机的性能要求也不同。所以在选购摄像机时，不但要对技术指标进行测评，还要对它的使用环境、调整控制功能、可靠性、价格以及售后服务做全面的评价。尤其是要注意高亮度和低照度两个 极端条件下的信噪比、清晰度以及色彩、层次等项目。除了这些客观的评价以外，对摄像机输出图像的主观评价也十分重要。
总而言之，灯光系统和摄像机对演播室系统有着巨大的影响。所以我们在布置灯光场景以及选购摄像机时要尽量的满足各项标准，熟悉数字摄像机的特点，以便进一步提高节目质量，使虚拟演播室系统发挥出更大的作用。
参考文献
1 . 按键源的性质分
内键
键源与填充（前景）信号是同一个图像信号，即用要填的图像信号一路经过键控信号处理器产生抠像电视信号，另一路作为“填充信号”填入被抠掉的部分。内键也称自键。内键特技以前常用于黑白字幕插入，键源信号通常是在黑底上的白色字符或图形，它的电平只有高低两种，且对应白色部分的电平高，如果填充信号记作a，背景信号记作b，则内键可简述为a抠b填a。这种技术现广泛地应用于色键特技。将叠加的全电视信号经消色电路和放大整形处理后，形成抠像键控信号，从而进行混合叠加。
（2）外键
相对于内键特技而言，外键特技的键信号不是由填充（前景）信号或背景信号形成的，而是由第三路视频信号作为键源所形成的，外键的键源信号也是由黑底上的白色字符或图形，填充信号通常为单一色调的彩色信号，因此外键特技通常用于彩色字幕的插入。如果填充信号记作a，背景信号记作b，键源信号记作c，则外键可简述为c抠b填a。
在计算机显示像素时，其rgb像素，一路通过电平合成得到抠像信号，另一路经过d/a变换，编码器编码产生填充信号，如图 2所示。其中存储器输出为数字rgb信号（各8位），经d/a变换成模拟rgb，然后经编码器合成成为填充信号，另一路经求和电平处理器产生抠像信号。图2的键控信号叠加器输出为0和1两种状态的电平信号，随着字幕机技术的发展，现已有利用另一8位信号通道产生具有256级电平变化的alpha键，从而产生具有半透明渐变的效果（后文详述）。
2 . 按产生键信号的键源图象成分分
（1）亮度键
它是利用键源图像中亮度成分来形成键信号，亮度键要求键源图像要有较高的亮度反差，即要求键源中作前景的图像部分要亮，其余部分要暗（黑），要形成明显的黑白反差，亮度键又称黑白键。图3为亮度键原理示意图。
（2）色度键
又称色键，它是利用彩色幕布的前景图像（填充信号）的色度成分（主要是色度中的色调，也就是图像的颜色）与其后的彩色幕布的色调（幕布的颜色）差别来形成键信号，用键信号去抠背景图像，再填入彩色幕布的前景图像。色键也是内键的一种形式，所不同的是键信号的形成方式，内键是利用键源信号的黑底和白字符之间的亮度差别来形成键信号，而色键是利用键源信号的彩底（即彩色幕布）和前景图像（如演员图像）之间的色调差别来形成键信号，同时键源信号又作为填充信号。色键要求键源图像信号有较高的色度反差，即要求键源信号中作前景的图像不能含有其后作幕布（背景）的彩调相同或相近的色调，也就是要求键源信号的前景和背景的色调尽量分开，最好是补色关系，以保证两者之间的色调差别。
在电视制作中为了获得最佳视觉效果，使用色度键时应尽量满足下列要求：
. 背景应平坦，照明条件要好，颜色要均匀。
. 拍摄物体的照明要好，不能带有被键出的颜色。
. 视频必须以分量格式拍摄。
图4为色键原理示意图。
3 . 按键信号波形分
硬色键
键信号波形是前后沿很陡的矩形脉冲信号，硬色键合成输出图像的前景和背景的分界处有抖动和突变现象，使人感到生硬和不自然，还存在分界处彩色闪烁和有幕布色镶边等现象。另外，对于自然景物中的半透明物体作为合成图像前景图像时，其后面的背景图像应该是部分地透明，但是硬色键在任何瞬间其键信号所控制的视频切换开关不是接通就是断开，键信号只有两种取值，不是高电平就是低电平，因此硬色键合成图像中前景图像不是全透过就是全不透过其后的背景图像，这与我们日常见到的自然景观是不同的，所以硬色键特技给人缺乏真实效果的感觉。在硬色键中，键信号为高电平时视频开关接通，前景图像全透过其后的背景图像，键信号为低电平时视频开关切断，前景图像全不透过其后的背景图像。
（2）软色键
键信号波形是与前景图像透明度相关的斜坡形（梯形）信号，键信号在上升和下降期间有一定的斜率，软色键能够在很大程度上克服硬色键的上述缺点，软色键中将用于硬色键的脉冲门控混合电路改成了线性混合电路。
目前，在软色键的基础上发展了线性键控特技（也称透明键或alpha键），线性键合成图像能线性地与前景图像的透明度成比例地透过背景图像。软色键和线性键扩大了色键特技的应用范围。线性键是具有半透明混合效果的键控特技，其键信号决定合成图像中前景图像（填充信号）后背景图像以什么样的透明度可见，即键信号根据前景图像的透明度而线性地成比例地决定前景信号与背景信号的合成比例或混合程度。线性键的数学模型可用下式表示：
vout= vf* k + vb*（1 - k）
其中vout为前景（填充）信号和背景信号合成后的输出信号，vf为前景信号，vb背景信号，k为键信号，k值取值范围为大于等于0而小于等于1，从该式可知，当k=1时，vout= vf，此时线性键的合成输出就是前景（填充）信号，这种情况称为完全叠加。当k=0时，vout= vb，此时线性键的合成输出就是背景信号，这种情况称为完全不叠加。当大于0而小于1时，线性键的合成输出为前景（填充）信号vf和背景信号vb按照k值所决定的比例进行合成以后的图像，合成图像看上去是半透明的效果，透过前景可以看到背景，透明度的大小取决于键信号k的值。实际上，当k=0或k=1时，线性键就工作在硬色键方式，但反过来硬色键却不能达到线性键的效果，因为硬色键的键信号k的值只有0（低电平）和1（高电平）两个值，所以硬色键合成输出要么是前景信号，要么是背景信号，不可能出现半透明的混合效果。
图5给出了线性键（alpha键）原理示意图。
二 .色键技术应用于虚拟演播室
随着数字电视 . 计算机和多媒体技术的发展，色键已从二维特技发展到三维特技，近几年出现的虚拟演播室技术就是三维色键视频特技的典型应用，它将活动的演播人员图象通过色键方式键入到三维立体动画背景之中。做到真实的演员能深入到虚拟的三维场景中，并能够与其中的虚拟对象实时交互。在虚拟演播室中在一间兰色屏幕代替的真实背景里进行现场表演，三维计算机图形发生器实时产生一个逼真的虚拟环境，并按照以下程序工作：摄象机采集前景视频信号，同时摄象机上的跟踪定位系统实时提供摄象机移动的信息。这些数据被送至一个实时图形计算机。从计算机的镜头视角再产生一个虚拟环境。以兰色屏幕为背景拍摄的摄象机图象，经延时后与选自计算机的虚拟背景以相同时码进行工作，并通过数字视频切换台“联合”在一起，实时产生一个组合图象。
图6给出了色键技术应用于虚拟演播室的原理示意图。
传统的色键技术与计算机技术相结合应用于虚拟演播室，成功解决了前景与背景之间的透视关系 . 比例关系，使合成的图像有了极佳的立体效果，可以达到以假乱真的地步。
三 . 键控技术应用于电视播出系统
目前键控技术已广泛地应用于各级电视台的播出系统，主要用于台标时钟和字幕信息的叠加，所采用的方式多为并联方式，即只将实现键控特技功能的键控混合器串接于电视播出系统视频通道中，而将台标时钟机与字幕机并接于键混合器，如图7所示。其优点在于简化了电视播出系统视频通道，提高了电视播出系统的可靠性和安全性，降低了故障率和人为差错率，因为播出节目视频信号经过键混合器而不经过台标时钟机和字幕机，而且即使键控混合器出现故障，也因为其具有掉电旁路直通功能而不影响播出节目视频信号的传输。同时，采用键控混合器并接方式也方便了播出设备的维护和检修，当台标时钟机或字幕机出现故障时，可以方便地将其拆下检修，而不会影响视频通道的节目播出，只是暂时无法叠加台标时钟或字幕信息而已。
图8给出了键控混合器的原理示意。作为播出通道的关键设备，其必须具备以下功能：
主信号断电直通功能（by pass ）。
采用两路外键处理方式，可同时进行底行字幕游动和台标叠加处理。
视频信号通道指标满足规定的要求。
具备各种检测功能。包括主信号在线检测，填充信号与主信号的同步检测。
通过对键控信号的处理，使得键控特技的混合层次灵活可选。
具备手动/遥控功能，作为播出设备，通过相应的遥控接口很容易接入自动播出系统。 键控混合器从使用上说分为两种，即开关键和alpha键。开关键即前文提到的硬色键，其核心部分是一高速开关，开关的速度很快，一般在15ns以下，主信号和叠加信号经钳位后分别到达二选一开关一端，键信号产生的控制信号用来控制开关。
自1998年6月中央电视台率先采用半透明台标以来，已有许多地市电视台都选用了新型具有256级透明效果的alpha键代替了传统的开关键，使字幕和台标能出现半透明或浮雕等效果。
四 . 键控特技应用于电视后期制作
一 . 键控特技的分类
1 . 按键源的性质分
内键
键源与填充（前景）信号是同一个图像信号，即用要填的图像信号一路经过键控信号处理器产生抠像电视信号，另一路作为“填充信号”填入被抠掉的部分。内键也称自键。内键特技以前常用于黑白字幕插入，键源信号通常是在黑底上的白色字符或图形，它的电平只有高低两种，且对应白色部分的电平高，如果填充信号记作A，背景信号记作B，则内键可简述为A抠B填A。这种技术现广泛地应用于色键特技。将叠加的全电视信号经消色电路和放大整形处理后，形成抠像键控信号，从而进行混合叠加。
（2）外键
相对于内键特技而言，外键特技的键信号不是由填充（前景）信号或背景信号形成的，而是由第三路视频信号作为键源所形成的，外键的键源信号也是由黑底上的白色字符或图形，填充信号通常为单一色调的彩色信号，因此外键特技通常用于彩色字幕的插入。如果填充信号记作A，背景信号记作B，键源信号记作C，则外键可简述为C抠B填A。
在计算机显示像素时，其RGB像素，一路通过电平合成得到抠像信号，另一路经过D/A变换，编码器编码产生填充信号，如图 2所示。其中存储器输出为数字RGB信号（各8位），经D/A变换成模拟RGB，然后经编码器合成成为填充信号，另一路经求和电平处理器产生抠像信号。图2的键控信号叠加器输出为0和1两种状态的电平信号，随着字幕机技术的发展，现已有利用另一8位信号通道产生具有256级电平变化的ALPHA键，从而产生具有半透明渐变的效果（后文详述）。
2 . 按产生键信号的键源图象成分分
（1）亮度键
它是利用键源图像中亮度成分来形成键信号，亮度键要求键源图像要有较高的亮度反差，即要求键源中作前景的图像部分要亮，其余部分要暗（黑），要形成明显的黑白反差，亮度键又称黑白键。图3为亮度键原理示意图。
（2）色度键
又称色键，它是利用彩色幕布的前景图像（填充信号）的色度成分（主要是色度中的色调，也就是图像的颜色）与其后的彩色幕布的色调（幕布的颜色）差别来形成键信号，用键信号去抠背景图像，再填入彩色幕布的前景图像。色键也是内键的一种形式，所不同的是键信号的形成方式，内键是利用键源信号的黑底和白字符之间的亮度差别来形成键信号，而色键是利用键源信号的彩底（即彩色幕布）和前景图像（如演员图像）之间的色调差别来形成键信号，同时键源信号又作为填充信号。色键要求键源图像信号有较高的色度反差，即要求键源信号中作前景的图像不能含有其后作幕布（背景）的彩色色调相同或相近的色调，也就是要求键源信号的前景和背景的色调尽量分开，最好是补色关系，以保证两者之间的色调差别。
在电视制作中为了获得最佳视觉效果，使用色度键时应尽量满足下列要求：
. 背景应平坦，照明条件要好，颜色要均匀。
. 拍摄物体的照明要好，不能带有被键出的颜色。
. 视频必须以分量格式拍摄。
图4为色键原理示意图。
3 . 按键信号波形分
硬色键
键信号波形是前后沿很陡的矩形脉冲信号，硬色键合成输出图像的前景和背景的分界处有抖动和突变现象，使人感到生硬和不自然，还存在分界处彩色闪烁和有幕布色镶边等现象。另外，对于自然景物中的半透明物体作为合成图像前景图像时，其后面的背景图像应该是部分地透明，但是硬色键在任何瞬间其键信号所控制的视频切换开关不是接通就是断开，键信号只有两种取值，不是高电平就是低电平，因此硬色键合成图像中前景图像不是全透过就是全不透过其后的背景图像，这与我们日常见到的自然景观是不同的，所以硬色键特技给人缺乏真实效果的感觉。在硬色键中，键信号为高电平时视频开关接通，前景图像全透过其后的背景图像，键信号为低电平时视频开关切断，前景图像全不透过其后的背景图像。
（2）软色键
键信号波形是与前景图像透明度相关的斜坡形（梯形）信号，键信号在上升和下降期间有一定的斜率，软色键能够在很大程度上克服硬色键的上述缺点，软色键中将用于硬色键的脉冲门控混合电路改成了线性混合电路。
目前，在软色键的基础上发展了线性键控特技（也称透明键或ALPHA键），线性键合成图像能线性地与前景图像的透明度成比例地透过背景图像。软色键和线性键扩大了色键特技的应用范围。线性键是具有半透明混合效果的键控特技，其键信号决定合成图像中前景图像（填充信号）后背景图像以什么样的透明度可见，即键信号根据前景图像的透明度而线性地成比例地决定前景信号与背景信号的合成比例或混合程度。线性键的数学模型可用下式表示：
VOUT= VF* K + VB*（1 - K）
其中VOUT为前景（填充）信号和背景信号合成后的输出信号，VF为前景信号，VB背景信号，K为键信号，K值取值范围为大于等于0而小于等于1，从该式可知，当K=1时，VOUT= VF，此时线性键的合成输出就是前景（填充）信号，这种情况称为完全叠加。当K=0时，VOUT= VB，此时线性键的合成输出就是背景信号，这种情况称为完全不叠加。当大于0而小于1时，线性键的合成输出为前景（填充）信号VF和背景信号VB按照K值所决定的比例进行合成以后的图像，合成图像看上去是半透明的效果，透过前景可以看到背景，透明度的大小取决于键信号K的值。实际上，当K=0或K=1时，线性键就工作在硬色键方式，但反过来硬色键却不能达到线性键的效果，因为硬色键的键信号K的值只有0（低电平）和1（高电平）两个值，所以硬色键合成输出要么是前景信号，要么是背景信号，不可能出现半透明的混合效果。
图5给出了线性键（ALPHA键）原理示意图。
二 .色键技术应用于虚拟演播室
随着数字电视 . 计算机和多媒体技术的发展，色键已从二维特技发展到三维特技，近几年出现的虚拟演播室技术就是三维色键视频特技的典型应用，它将活动的演播人员图象通过色键方式键入到三维立体动画背景之中。做到真实的演员能深入到虚拟的三维场景中，并能够与其中的虚拟对象实时交互。在虚拟演播室中在一间兰色屏幕代替的真实背景里进行现场表演，三维计算机图形发生器实时产生一个逼真的虚拟环境，并按照以下程序工作：摄象机采集前景视频信号，同时摄象机上的跟踪定位系统实时提供摄象机移动的信息。这些数据被送至一个实时图形计算机。从计算机的镜头视角再产生一个虚拟环境。以兰色屏幕为背景拍摄的摄象机图象，经延时后与选自计算机的虚拟背景以相同时码进行工作，并通过数字视频切换台“联合”在一起，实时产生一个组合图象。
图6给出了色键技术应用于虚拟演播室的原理示意图。
传统的色键技术与计算机技术相结合应用于虚拟演播室，成功解决了前景与背景之间的透视关系 . 比例关系，使合成的图像有了极佳的立体效果，可以达到以假乱真的地步。
三 . 键控技术应用于电视播出系统
目前键控技术已广泛地应用于各级电视台的播出系统，主要用于台标时钟和字幕信息的叠加，所采用的方式多为并联方式，即只将实现键控特技功能的键控混合器串接于电视播出系统视频通道中，而将台标时钟机与字幕机并接于键混合器，如图7所示。其优点在于简化了电视播出系统视频通道，提高了电视播出系统的可靠性和安全性，降低了故障率和人为差错率，因为播出节目视频信号经过键混合器而不经过台标时钟机和字幕机，而且即使键控混合器出现故障，也因为其具有掉电旁路直通功能而不影响播出节目视频信号的传输。同时，采用键控混合器并接方式也方便了播出设备的维护和检修，当台标时钟机或字幕机出现故障时，可以方便地将其拆下检修，而不会影响视频通道的节目播出，只是暂时无法叠加台标时钟或字幕信息而已。
图8给出了键控混合器的原理示意。作为播出通道的关键设备，其必须具备以下功能：
主信号断电直通功能（BY PASS ）。
采用两路外键处理方式，可同时进行底行字幕游动和台标叠加处理。
视频信号通道指标满足规定的要求。
具备各种检测功能。包括主信号在线检测，填充信号与主信号的同步检测。
通过对键控信号的处理，使得键控特技的混合层次灵活可选。
具备手动/遥控功能，作为播出设备，通过相应的遥控接口很容易接入自动播出系统。 键控混合器从使用上说分为两种，即开关键和ALPHA键。开关键即前文提到的硬色键，其核心部分是一高速开关，开关的速度很快，一般在15ns以下，主信号和叠加信号经钳位后分别到达二选一开关一端，键信号产生的控制信号用来控制开关。
自1998年6月中央电视台率先采用半透明台标以来，已有许多地市电视台都选用了新型具有256级透明效果的ALPHA键代替了传统的开关键，使字幕和台标能出现半透明或浮雕等效果。
四 . 键控特技应用于电视后期制作
在电视节目的后期制作中怎样利用传统的键控技术创造出意想不到的效果，我一直在进行一些尝试。我台成立于1997年，目前台里除了拥有传统的卷编设备外，还拥有Avid及新奥特的非线编设备各一套。由于这两套设备均不是以字幕作为设计目标，因此在节目制作过程中，我们发现字幕的特技和动画一直是困扰我们的一个难点。要想做出字幕的拖尾，碎玻璃，水波纹，双字同时游动，马赛克等效果几乎不可能。通过长期的实践和摸索，我们利用键控特技和现有设备，却可以成功地实现这些效果，大大提高了制作人员的创作热情，增加了节目的可视性。
一、虚拟演播室内灯光布设的重要性
在虚拟演播室中，拍摄主体在以蓝色幕布为背景的全空空间里表演，前台摄像机负责拍摄表演图像，并用色键技术将拍摄主体形象与蓝色背景分割开来，从而得到前景图像。在这里，灯光的合理布局，是影响拍摄主体与虚拟背景相结合的重要因素。在通常情况下，针对虚拟演播室多机位的特点，为了使各个角度抠出的图像都不会出现“抠透”或者有“蓝边”现象，蓝箱需要被照得非常均匀。特别要注意的是蓝箱的地板和地面，防止抠像后的场景在蓝箱地面与背景部分的颜色深浅不一。而且主持人以坐姿出现时，要特别注意灯光在人身上和道具桌椅上的均匀照射，避免由于人腿部弯曲、衣服皱褶或道具局部无光照带来的“抠透”现象。因此，虚拟演播室的布光照射越全面、越均匀，抠像效果越好，人物在场景中的感觉越真实。
二、布光的总体思路
虚拟演播室的灯光系统是建立在新型的三基色柔光灯的基础之上的，我们对这种灯的要求是发光均匀、阴影小、色温恒定而均匀，光布在拍摄主体（主持人）脸上要自然而逼真，俗话说就是面部无阴影，整体抠像轮廓清晰无黑边，头顶、肩部明而不亮，三基色柔光灯满足了虚拟演播室的基本要求。
为了增强节目的真实性，活泼性，拍摄主体（主持人）都要有一定的活动区域，因此，对前景（主持人）的布光不能象新闻类那样进行定位的点布光，必须进行区域布光。
通常，传统的新闻演播室一般运用三点式布光原理即可满足电视灯光的要求，而虚拟演播室技术采用的是色键消蓝技术进行抠像处理，因此，要消除蓝色对前景（主持人）的影响就必须要有立体布光的理念。具体说来，就是先前景布光，后蓝箱布光，因为三基色柔光灯发光面积大，对前景（主持人）布好光后，必然对后面的蓝箱产生影响，即在蓝箱上产生一定的光照度。因此，前景照度符合要求后，再对蓝箱进行适当的补光就可以满足计算机抠蓝的要求。这也是前景与计算机的背景完美结合的关键所在。
灯光照度的要求也是影响拍摄主体与电子背景结合的重要因素，虚拟演播室的照度不同于传统的演播室，它要求前景与蓝箱背景照度相匹配，追求的是光照的一致性。另外，虚拟演播室栏目的灵活性，电子背景的多样性也是要求照度满足不同栏目、不同电子背景的需要。
三、在实际运用灯光的过程中，要注意以下几个方面
1、面光。虚拟演播室的面光一般布的比较低平，这是为了尽量避免在主持人身上产生初级投影。因为蓝箱的反射光直接作用在阴影上，因为通过计算机处理，此阴影将会被色键器的蓝消除电路消除，从而影响输出的前景（主持人）的图像质量。虚拟演播室不建议加主光源，因为如果使用不当，可能会出现投影环境的逻辑错误，而出现实际光源与虚拟光源的不一致性。另外，主光源在蓝箱上产生的次级投影也会影响计算机的图像处理效果。
2、逆光。传统的布光原则是逆光强于主光，从而凸显主持人鲜明的轮廓，增强空间立体感。虚拟演播室也必须注意逆光的合理使用，太强的逆光，使得蓝箱表面显得格外亮白而破坏蓝色调的一致性，直接影响计算机抠像效果；前景在蓝箱表面上的次级投影也会影响计算机的抠像；而不用逆光或者逆光很弱，在计算机处理时，前景（主持人）则像是贴在背景上，让人感觉死板，所以逆光的合理使用能更好的体现人和场景之间的关系，使纵深感加深，增强三维立体效果。
3、测光。虚拟演播室必须加测光，因为虚拟演播室系统中的色键器采用蓝色消除电路，由于蓝箱反射光的作用，主持人衣物边缘上的蓝色调将被蓝色消除器所消除，主持人衣物边缘会变成黑色。因此，在虚拟演播室中，必须要加测光以消除主持人衣物边缘上的蓝色成分。
虚拟演播室是一种全新的电视节目制作工具，近几年，以抠像为主的传统演播室已不再为大众所喜欢，代替它的是虚拟演播室，随着科技的发展，高清设备走入人类的生活，高清的虚拟演播室系统也很快成为电视节目制作的首选。摄像机跟踪、三维场景生成、色键是虚拟演播室系统中关键的三大技术，灯光的选择和布置是另一大重要的技术，这些技术决定了虚拟演播室的质量和性能。根据这四大技术及海洋预报节目的特点，结合本单位的资金、设备、场地等情况，经广泛而详细的调研，充分的系统比较，最终本单位选择了杭州高清维斯双机位、单通道高清虚拟演播室，主要用于日常的海洋预报电视节目和电视访谈节目的制作。本文将以本单位的实际情况为基础，从五个方面来探讨虚拟演播室的选择。
一、从视频格式来选择虚拟演播室
按视频格式来分，虚拟演播室系统可分为模拟、数字和数字高清。随着科技的发展，数字电视机的普及，数字摄录机的市场占有率的提升，电视制作、播出设备的数字化，模拟的设备已慢慢淡出人们的视线。近几年，许多电视台主推1-2个频道的高清数字节目，并把它作为一个试点，逐步向所有频道推广。作为省级海洋预报节目制作的承担单位，电视频道的播出信号变化关系到海洋预报节目输出信号的变化。根据《广电总局关于促进高清电视发展的通知》要求，数字高清已成为未来电视行业发展的必然趋势，高清虚拟演播室也必然成为我们的首选。
二、从虚拟演播室系统关键的三大技术方面来选择虚拟演播室
虚拟演播室是近几年来随着计算机技术的飞速发展和色键技术不断改进而出现的一种新型的电视节目制作系统，是一种只有演员和道具，不需要实际场景的演播室系统，是由传统演播室扣像技术上发展起来的系统。它摈弃了传统扣像前景和背景不能同步变化，画面合成生硬的弊端，将背景画面的变化与前景的变化同步，甚至前景人物能自由穿插游走于背景物体中，两者紧密融合在一起，成为一个有机的整体。
典型的虚拟演播室是由摄像设备、摄像机跟踪系统（获取摄像机的位置和动作参数）、计算机图形工作站（用于生成虚拟场景）、色键合成器（用于将摄像机前景和虚拟场景合成一个图像）四部分组成。决定合成图像的质量和画面美观度最重要的因素是摄像机跟踪，三维场景生成和色键。
（一）摄像机跟踪
摄像机跟踪技术是前景和背景画面同步变化的一个关键技术。它可以帮助我们自动获取摄像机在演播室中的空间位置（x，y，z），运动参数（摇移、俯仰），镜头参数（变焦、聚焦）等，来判断摄像机、主持人、虚拟场景间的相对位置关系，实现真实摄像机和虚拟场景中的虚拟摄像机的绑定，真实摄像机参数的变化带动虚拟摄像机参数的变化，从而使虚拟场景能和主持人这个前景有机的融合在一起，增强画面的真实感和立体感。目前摄像机跟踪技术有机械传感器跟踪、图像识别跟踪、红外线跟踪、超声波跟踪、辅助摄像机跟踪技术等，其中最常用的是机械传感器跟踪和图像识别跟踪技术。
机械传感器跟踪是指在摄像机镜头和云台上安装传感器和相关电子装置，通过托架与镜头上变焦环和聚焦环的齿轮紧密咬合，把摄像机的运动和镜头等参数通过串行接口传送到计算机。图像识别跟踪也称网格跟踪，是将一个精确的网格图案以不同的蓝色绘制于蓝箱的正面，通过摄像机识别这种图案并与计算机跟踪软件及硬件预先确定的模型进行对比，以确定物体与虚拟场景的透视关系及距离。下面是两种跟踪方式具体项目比较（如表1）。
从表一可看出，两种跟踪方式各有优缺点。事实上，并不存在适合任何场所的完美解决方案，只有根据实际情况，选择对己方较有利的方案。本单位用于演播室的房间大小为9.8×5.8m，面积不是很大。一方面鉴于在机械传感器跟踪技术下，能摆脱网格的限制，可快速的进行镜头的移动，跟踪精度较高；另一方面在摄录过程中，很小的空间范围内，不需要摄像机机位的移动。所以综合考虑各种因素，决定采用机械传感器跟踪技术。
（二）三维场景生成
目前，能满足各种需求、适应各个阶层的演播室类型有二维虚拟演播室、二维半虚拟演播室、三维虚拟演播室。二维虚拟演播室的虚拟背景一般采用图形图像处理卡，生成二维背景图像；二维半虚拟演播室的虚拟背景必须在3dsmax等三维动画编辑软件中设计制作成三维模型的场景，并事先渲染成大尺寸高质量的位图，作为合成场景中的背景使用，是一个假三维的虚拟场景。三维虚拟演播室的特点是可以创建真正三维的虚拟场景，虚拟摄像机和真实摄像机运动参数的同步变化，可以得到与前景图像成正确透视关系的三维虚拟场景，与二维和二维半演播室相比，场景更逼真、空间感更强，具有较大的发展优势和广泛的发展空间。维斯Viz Virtual Studio虚拟演播室是一个三维的虚拟演播室，它的虚拟场景制作软件是viz Artist，是一款用于制作绚丽图像先进的实时动画图像创作系统，能轻松、迅速地制作出大量的实时三维动画，软件界面友好，操作简单，兼容性强。除此之外，它丰富的标准特效插件库和众多高级特效插件库，能实现许多意想不到的效果，另一方面，viz Artist还允许用户自建材质、纹理、模型、粒子等效果模块，给了用户一定的创作空间，既适合初级水平的人员使用，又给了高级水平制作人员的一个创作舞台。这一点非常适合在我们单位使用。
（三）色键
色键是对背景画面的某一种颜色分量进行键出覆盖，使主持人、实物道具和虚拟背景之间可以相互动态遮挡，实现主持人在虚拟或实物后方或前方行走的效果。因此，键信号的质量关系到合成后的画面质量。实时高清色键器Ultimatte11是最高等级的色键，也是目前用的最多，客户反映效果最好的色键，它能产生自然的边缘过渡效果，能快速处理阴影、头发丝、透明体和烟雾，并具有以下三大特点，一是与其他色键相比，它采用前景和背景分别处理后再相加混合的方式，这种方法能提高画面清晰度；二是使用特有算法产生遮罩信号，可以更好地从前景物体中区分出背景；三是Ultimatte含有专门用来抑制由蓝屏溢出的光引起的色污染，同时允许在前景上再现蓝色阴影。在虚拟演播室中，这些特点都能保证图像合成的最终质量。
三、虚拟演播室的灯光选择
本中心由于环境条件的限制，用来建设演播室的房间高度低、空间小，使用传统的演播室灯光，灯光设备体积大，布光困难，容易造成布光不匀的现象。经过比较，选择了一套能适合于层高较低演播室的灯光设备和可移动的补光设备，这套设备中，灯具均采用新型LED光源。led灯体积小，发光率高，寿命长、节能，且是冷光源，产生热量较小，非常适合在层高较低的演播室中使用。
四、从系统的特点方面来选择
系统的特点包括系统的先进性、成熟性、稳定性、兼容性等方面。很多用户在购买产品时由于过分追求功能而忽略了产品的稳定性和兼容性，其实稳定性有时比功能还要重要。就如本中心的工作来说，系统运行的不稳定，会直接导致预报产品不能按时送出，电视节目不能按时播出的情况，这种情况，对于我们来说无疑是致命的，所以系统必须在稳定性方面经得起考验。
中心除了要购置的高清虚拟演播室外，还有一批在使用的标清设备。目前除一档节目是高标清同步播出外，其他两档节目都是标清播出，所以为了配合电视频道播出的视频格式要求，需要所有设备必须要高标清兼容。
经过调研，高清公司提供的产品在先进性、成熟性、稳定性、兼容性方面满足了我们的需求。
五、其他软件的选择
除了虚拟演播室的软件外，本单位在制作预报模板过程中，与一般节目不同的是还需要大量高清晰度、高分辨率的地图、地形图等素材，以及上屏数据字幕处理软件，帮助提升海洋预报制作的水平和效率，以期获得良好的视觉效果。Viz天气包装系统满足了我们的需求，不仅能免费提供大量的高分辨率的地图、地形图的素材，而且由于它的最大限度的基于模板的方案，使用轻松、方便，通过程序的数值转化功能，直接生成上屏字幕，不需要手动修改数据字幕，整个制作过程全程数字化，在海洋预报节目制作过程中，能提高工作效率，提升数值的精确度。
六、厂家实力
选择虚拟演播室系统时，产商、产品的信誉也很重要，最好选用那些国内外知名度较高的，信誉度较好的，在市场上有一定份额的产品，电视媒体部门选择的产品必须要达到广播级的要求。除此外，强大的制作团队阵容也很重要。强大的团队凭借对产品的熟悉性，能帮助我们更快地熟悉产品的使用方法，能为我们提供较宽广的创意思维，并为我们制作出较满意的产品。
综上所述，本单位根据视频格式选择了高清虚拟演播室；根据场地高度低，面积小的特点，选择机械跟踪技术，led灯光；色键选用最顶级的Ultimatte11色键；选用有利于海洋预报节目制作的Viz Weather天气包装系统。满意于高清公司强大的制作团队，不仅能帮助我们设计、制作出有特色、美观度较强的海洋预报电视模板，又使我们获得了有力的技术支持。希望以上几点在虚拟演播室的选择方面能给同行带来一定的借鉴作用。
参考文献
[1]李文.虚拟演播室的跟踪技术及选择[J].电视字幕，特技与动画，1996（11）.
一、前言
随着数字化广播电视技术的发展，电视节目和教育资源的制作方式也发生了变化，虚拟演播室技术就是其中之一，它是对传统的电视演播室技术的重大变革。虚拟演播室技术也已成为当今电视技术的热点，虚拟演播室利用计算机技术生成三维运动的或静止的场景，成功地解决了前景与背景之间的透视关系、比例关系，使合成的图像有极佳的立体效果，可以达到以假乱真的地步。
二、虚拟演播室
虚拟演播室不仅能提供虚拟场景，还能让讲课教师走入（出）三维场景内，或者虚拟物体的后面。同样场景内的虚拟物体可运动到讲课教师的面前或周围，这一点和传统的色键抠像有很大的区别。虚拟演播室可以进行异地人物采访。利用外来的视频信号直接进入虚拟演播室系统，与现场主持人结合进行实时的、面对面的采访。在虚拟场景中，对虚拟物体（道具）的增加、删除、移位是很方便的（和三维建模软件有关），这为临时修改创意提供了极大的方便。不仅大大节约了演播室的制景经费，而且使演播室资源得到了更充分的利用。
三、虚拟演播室技术的发展及目前存在问题
虚拟演播室技术最初只是用于演播室节目的制作，但现在它的应用范围有了很大的扩展，出现了以虚拟演播室技术为基础的一些新技术，虚拟演播室的优势是显而易见的，它可制作出实际不存在的或难以制作的场景，并可以在瞬间改变场景，因此可创作出更丰富更吸引人的节目另外。由于场景的制作修改保存等都在计算机上进行，因此可降低节目制作费用，但它的普及和推广仍有一定的难度虚拟系数机器价格昂贵。设备一次性投资很大，但从长远来看，这种技术不但能节约大量制作布景的投资，而且还能省掉布景和道具的存储空间和外景场地。虚拟演播室技术本身是一项不断发展不断改进的新技术具有旺盛的生命力，在日后的节目制作中它将进一步体现其优势，提高演播室的利用率。
四、虚拟演播室技术应用
在传统的演播室制作电视节目时，制作人员经常运用色键合成技术，将演播室中蓝色背景前主持人的图像叠加到另一个背景或活动视频上，创作出特殊的艺术效果。这种传统的抠像制作在电视制作领域得到广泛的应用，但它有一定的局限性，如叠加合成的节目画面缺乏景深和真实感。摄像机在摇移、变焦运动时叠加的背景画面并不随之变化，主持人好像浮在背景上，合成的画面使人感觉较生硬等。但在虚拟演播室系统中引入了虚拟现实技术中的信息交互技术，它将虚拟摄像机与真实摄像机锁定，摄像机拍摄的图像与电脑制作的虚拟场景完美结合。因此用计算机制作出来的三维背景可随真实摄像机的推拉摇移而产生正确的透视变化，使合成画面的真实性大为增加，接近实景中的拍摄效果。
虚拟演播室工作流程如下：
1.蓝色实景现场
虚拟演播室是色键抠像技术与电脑虚拟现实相结合的产物，它与传统演播室大不相同。它以计算机三维动画“虚拟”出的场景取代道具实景，摄像机所拍摄的现场已不是一般意义上的主讲教师或学员活动的地方，而是虚拟画面应用空间的组成部分，它的实际意义仅仅是空间场地尺寸的大小，现场所有布景全部由单一的蓝色所取代，以作为将来抠像的基准色，图像的前景是不同机位的摄像机拍摄到的主讲教师的画面素材，主持人所在的实景现场的全部蓝色区域将被合成到计算机三维动画生成的虚拟场景中。
2.摄像机跟踪技术
虚拟演播室中的一项关键技术是摄像机跟踪技术，即如何判断摄像机、被摄人物、“虚拟”背景之间的相对位置关系，使之实现“同步”。实现“同步”的关键是连续跟踪获得摄像机的运动参数，这些参数包括镜头运动参数、聚焦、变焦、光圈、机头运动参数，摇动及空间位置参数，移动位置参数等。目前成熟的跟踪技术主要有图形识别和以机械传感器为基础的跟踪系统两种方式，同时这也是虚拟演播室两大类别的主要区别。图形识别方式需要一个画有特殊网格的蓝色背景幕布，它将摄像机所拍摄的画面送到数字视频处理器中进行处理。通过对该画面中网格固有的不同特性和透视关系进行计算，得出有关摄像机的运动参数，机械传感器则是通过安装在摄像机云台及镜头上的传感器获得有关摄像机的动作参数。这两种方式各有特点，图形识别方式的优点是对摄像机的数量和操作不加限制，可以配置多台摄像机并给予摄像师最大的操作自由度。缺点是要对所拍画面进行大量的数据计算会造成较大的延时。只有当被摄画面包含一定数量的网格时才能进行测量计算，这使被拍摄人物的活动范围受到一定的限制。为了精确跟踪计算，必须保持用于识别背景的网格始终清晰。这使得摄像机景深范围受到限制，无法拍摄特写镜头，由于背景采用深浅两种蓝色，对灯光布置的要求非常严格，而且要使用质量较高的色键控制器进行抠像。机械传感方式可以弥补图形识别方式的不足之处，但其最大缺点是摄像机拍摄时不能移动，位置必须固定每换一个位置都要重新进行定位调整。
3.计算机部分图形工作站硬件
虚拟演播室系统配备的计算机目前主要有两种：基于Unix系统的图形工作站和基于Windows NT系统平台的PC机，它像一个小型计算机网络，主机为网络中心，它是虚拟演播室的控制中心，是虚拟演播室节目制作的导控台。它除了调用和调整事先做好的三维虚拟场景，还负责向图形发生器传输图像数据及处理由摄像机跟踪器传来的摄像机运动数据。在这里，图形发生器扮演着十分重要的角色，它根据主机传来的摄像机运动数据实时地计算出虚拟的三维电脑场景的运动，以保证其输出的虚拟背景与真实的前景同步软件。目前三维建模和动画软件很多。主要有3DS Max、Maya，前者是做三维图形的通用软件，虚拟演播室软件在调用3DSMAX软件制作的背景时，应当采用3DSMAX底层来做开发。这样才能使虚拟演播室软件具有3DSMAX插件，才可以完整地调用3DSMAX制作的场景、三维动画。如果没有3DSMAX插件，在使用3DSMAX做完背景图调入到虚拟演播室软件中时，只有建模可以使用。贴图和动画要在自己开发的三维软件中重新去做，这会使操作变得非常繁琐复杂。
五、虚拟演播室技术的优越性
与传统的人工搭建的舞台或演播室相比。虚拟三维场景应用于演播室可以说是演播室技术的一次革命，不仅大大降低了制作成本，缩短了制作周期。更重要的是虚拟场景可随意设计、更改的特性极大地满足了电视创作的需要，它所具有的优越性是传统演播室制作无法比拟的。具有以下优势：
（1）创意自由
虚拟演播室产生的三维场景几乎不受限制，只要符合节目要求，创作人员就可任意想象、自由发挥，场景的大小、布局、材料、道具、动画等均可随意设定。现实世界中存在的或不存在的、常见的或稀有的都可以出现在节目中。这样的场景不受时间、空间、距离的限制，只要你有充分的想象力，就可以营造出独一无二的、具有创造力的场景。
（2）置景轻松
虚拟演播室制作场景比较简单，利用现有的多种三维动画软件。虚拟演播室可以制作出各种逼真乃至乱真的三维场景，制作人员不必花费大量的时间、精力去布置演播室，只需将计算机制作的二维或三维背景与摄像机拍摄的真实的演员完美地结合起来就可以制作出图像质量很高的节目。
（3）换景方便
虚拟演播室具有及时更换场景的能力，在考虑节目格局时，制作人员不受场景的限制，选择的余地比较大，背景是存储在磁盘里的。因此虚拟场景可在几分钟内更换，一天之内在同一演播室里可以录制几个不同的节目，同一节目也可以使用不同的演播室，场景转换方便快捷效率很高。
（4）节省空间
虚拟演播室可以在一个很小的蓝色背景演播室里演绎出极大的演播空间，计算机可随时增加演播室的大小，实现任意景别的透视关系的合成，因而突破了真实演播室的物理空间限制，也节省了存放道具的空间。
（5）减少费用
应用虚拟演播室系统。教学资源制作部门不需要高额的布景搭建费用，也不需要设备和维修费用，且多个场景可重复、循环使用，具有极高的性价比。
（6）升级方便
虚拟演播室基于计算机技术。而计算机的软件、硬件在不断地升级换代，因此虚拟演播室也可以根据需要随时更新软、硬件系统，以满足电视节目制作的要求。
六、结束语
虚拟演播室的优势是显而易见的，但它在技术和应用方面也存在一定的局限性，比如会因计算机的运算速度跟不上而被迫放弃一些复杂的背景等，但随着计算机技术的发展和计算机三维图像软件的开发，虚拟演播室技术必将不断完善。它将与真实演播室混合发展，为天津开放大学现代化远程教育精品课资源建设节目制作拓展更大的空间。
参考文献
[1]宋金龙.虚拟演播室技术在电视节目制作中的应用[J].电视字幕特技与动画,2001,8.
[2]卢英锁.虚拟演播室[J].中国有线电视,2002,10.
随着计算机、多媒体技术的飞速发展，带动了虚拟演播室技术的不断改进。在全球范围内影响和改变着人们固有的审美思维。虚拟演播室技术是计算机技术发展必然的产物，虚拟演播室系统在电视节目制作中的运用，使传统电视节目体系发生了很大的变化。面对此类问题，我们进行了深刻的思考，对虚拟演播室技术进行重新分析，以确定虚拟演播室系统在电视节目制作中的运用和发展。
一、虚拟演播室系统在电视节目制作中的实际应用技巧
(一)建模技巧
由于虚拟演播室的模型和动画需要实时的运动，所以建模过程需要遵循以下几个原则：尽量避免复杂模型的建造；用Lightscape等软件转化灯光参数；运用键罩加大虚拟系统的逼真性。
(二)红外检测技术
在实际应用中有时会发生这种情况，主持人需要从虚拟景物后面走到前面来，这时需人为去控制键罩的开关，当工作人员与主持人配合不好时会有穿帮的可能。利用红外检测技术可解决这个问题。红外线检测是确定被检测物体的纵向位置，即在演播室中被拍摄的前景位于背景内的深度。首先，在演播室上方固定2-4个红外线摄像机，作为红外线接收装置。然后，用红外发射装置对演播室进行测量，最后绘制出活动范围的网格图。这样当演播室中的移动物体配带上红外线发射装置，其红外线被红外线摄像机摄取，通过计算机识别和计算出该物体在网格中的位置，将数据传输到工作站，根据背景与物体纵向数据自动计算出移动物体在模型中所处的位置及深度。以上就是虚拟演播室常提到的“深度键”的概念。这种系统根据红外线检测，产生深度键，能持续地使主持人置于虚拟背景内的正确位置。深度键容许在节目中虚拟物体、实际物体和主持人相互之间动态地前后阻挡，从而创造出现实图像的感觉。这样当主持人从虚拟景物后面走到前面来，不需要人为去控制键罩的开关，系统会自动利用深度键来分析主持人和虚拟景物前后定位关系，自动形成遮挡与被遮挡的画面。大大减少了穿帮的可能，也方便了节目的制作。
(三)虚拟影子
三维模型的逼真性，在于它可仿真光和影。这就需要我们在建模过程中要注意光的方向与实际保持一致。但是，由十演播室灯光较多较亮，增加了色键抠像的难度，所以在抠像合成的图像中，前景主持人的影子较难与背景物体相吻合。还有就是如果是用网格识别方法的演播室，要想用抠像的方法获得影子也几乎是不可能的，因为背景板网格有两种蓝色。所以要想获得完美的效果，增加必要的设备是刻不容缓的。这就需要在电视节目的制作中加入虚拟影子机，其做法是在演播室上方架设一台摄像机，摄入主持人在蓝箱内的画面，通过色键器抠像获得键信号，用这个键信号来模拟主持人的影子。最后再把这个影子与虚拟图像进行合成。运用虚拟影子机的优点在于其不受客观条件限制，并且可灵活调整影子的方向。有时建模会出现有倒影的情况，在建模时可通过镜像复制的方法来制作背景的倒影，在蓝箱内铺设有一定反光能力的透明塑料布即可得到。这种方法简单实用，实际效果可以乱真。
(四)自动反馈/标志系统
在节目的制作过程中主持人或表演者在虚拟布景中移动时，很容易从虚拟物体中穿过，出现了穿帮现象，为了避免现象，被摄者要看着反送监视器，或者在活动范围内画好行走路线。但是由于虚拟系统都存在着视频延时，所以并不能从根本上解决表演不自然的问题，另外这种做法也容易污染蓝箱的地板，造成抠像的困难。这时就可以利用自动反馈/标志系统，在演播室地板上投影静止和运动的虚拟物体。以便让表演者知道所有虚拟物体在任何时段内位于何处。但这种技术又一定的弊端，其投影会对主持人自己的影子产生干扰，所以并不常用。
二、虚拟演播室系统在电视节目制作中的运作流程
(一)摄像机跟踪系统
虚拟演播室中的一项关键技术是如何判断摄像机、主持人、计算机合成场景之间相对位置关系。摄像机跟踪器把真实人物及物体与摄像机之间的位置及透视信息送给图形计算机，然后以摄像机的镜头产生虚拟环境，把真实人物与虚拟场景匹配起来。所谓跟踪技术，即指如何获取摄像机在演播室中的实际位置参数和动作参数。
(二)实时虚拟背景生成
所谓的虚拟背景只不过是渲染出来的一张32位的TGA虚拟场景图。实时生成此虚拟三维背景是虚拟演播室技术除跟踪技术外的另一项重要技术。实时生成背景是指在摄像机运动参数控制下，背景生成装置对制作好的背景信号进行处理。实时生成与前景有正确的透视关系的背景图像。实时生成背景可以采用建模技术。虚拟演播室的模型和动画需要实时的运动，所以其建模的过程需要遵循以下几个原则：第一个原则是实时运动要求构成模型的三角形数量有一定的限制，所以应尽量避免复杂模型的建造。第二个原则是模型中灯光不宜过多，但逼真漂亮的模型一般灯光也比较多。为解决这一矛盾，应在建模完成后用“lightscape”等软件把灯光参数转化为贴图，可大大加快实时运行的速度。第三个原则是为达到逼真的效果，一般虚拟背景应建造前景物体，它可用来遮挡住主持人。当主持人从其后走过时，产生身在其中的逼真感觉。这种技术关键在于建造前景遮挡物时建造一模一样的两个，一个有贴图和光影，另一个为全白。全白的作为遮挡的键罩输出到色键叠加器中，由于键罩的作用当主持人走到遮挡物时好像真的被遮挡住了。这种方法与传统色键抠像的不同在十图形工作站根据摄像机运动参数实时改变输出的背景画面，遮挡物与用十遮挡的键罩也相应改变。mo键罩的随时变化更加大了虚拟系统的逼真性。
(三)图像合成
虚拟演播室实时系统的最终效果要由能将前景和背景图像混合起来的实时系统合成，在这里仍然采用传统的色键合成系统(抠像)，但却消除了摄像机不能与背景同步运动的致命弱点。在进行色键合成时，需要注意的是由于前景图像是在演播室里实地拍摄的，而背景图像是计算机生成的，二者照明条件不同，需要设法减少分别制作时因照明条件的差异而产生的不协调感。虚拟演播室技术的采用通常需要两面或二面蓝色幕墙加地面。为保证镜头的灵活使用，照射在蓝背景上面的光线要均匀，还要保证色键效果最好，应使用纯正的色键蓝色，蓝背景的空间大小应能保证可容纳全部道具，并且可以使主持人有足够的活动区域。
