增強現實技術原理及其在電視中的應用

胡勇++韓振棟

摘 要 隨著科學技術日新月異地發展，各種新型技術也相繼迸發，增強現實技術和虛擬現實技術就是其中的典型代表。增強現實技術具有明顯的優勢，它可以實現虛實結合，給人們帶來更好的體驗。文章介紹了增強現實概念及其研究進展，以及在電視中的應用。

關鍵詞 增強技術；發展；電視；應用

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-0360（2016）21-0039-02

1 增強現實技術概述

所謂的增強現實（Augmented Reality，又叫AR），它是計算機通過一定的手段能夠對真實世界景象做出一定的增強，它源自于虛擬現實技術，但是又比虛擬現實技術更深一層。

2 增強現實技術發展概況

2.1 基于標識的增強現實系統分析

增強現實系統的雛形是人工標志系統。這個系統的主要作用是通過S-HMD將布線路徑和文字能夠及時地展現在機械師面前，幫助機械師一步一步地完成一個拆卸過程。

該系統功能強大，可以通過人工標志來實現攝像機姿態的追蹤，具有識別率高和攜帶方便等優勢。最為常見的標志主要有四類，分別是ARToolKit、HoM、SCR、IGD。計算機只要啟動識別軟件，就可以和攝像機一起輕而易舉完成虛擬物體疊加。

2.2 基于自然特征的增強現實系統

在進行實際應用的過程中發現，該系統對于AR標記依賴性較強，如果在戶外的大范圍內使用，就要將AR標記放大到可以看到的程度，這就是系統本身的局限性，需要在以后的發展中加以克服或者改進。

為了解決這個弊端，自然特征點的跟蹤注冊技術就有了用武之地。通常情況下，這種技術主要是利用現實環境中的具有某些明顯特征的位置來給AR提供參考，例如角點、直線和曲線。同時為了能夠得到攝像機本身的位置和朝向，可以通過對自然特征進行提取與特征匹配，來實現虛擬對象的注冊。

2.3 移動增強現實系統

然而，隨著時代的發展，特別是智能手機的快速發展，增強現實技術不僅計算能力突出，圖像捕捉能力也非同一般，這給研究人員帶來了新的驚喜，它可以和手機相互結合，使得該技術得到應用，這可以說是一個巨大的突破。

3 增強現實的顯示技術分析

人類的很多信息都是通過眼睛來獲取的，這占到了人類獲取總信息量的近80%。為了能夠將這種技術應用于實際的生活中，最為關鍵的部分之一就是頭盔顯示技術。由于目前僅僅是處于初級階段，增強現實技術所采用的主要還是透視式頭盔顯示器，根據使用方式的不同有視頻式和光學式的區別。

盡管這兩者都可以應用于增強現實技術，但是它們兩者還是有很多差異的，區別如下：

第一，兩者感知的方式不同，前者主要是通過安裝在頭盔中的攝像機來實現的，后者是通過自己的眼睛來實現。

第二，獲取信息的速度不同，因為前者使用的是攝像機，所以在實際運用的過程中需要一定的時間來進行圖像處理，導致實際看到的情形會出現延后的現象，同時還有可能因為處理不當出現一些細節丟失，它的優勢是可以避免虛擬物體在真實世界中出現游移的情況；后者是通過眼睛來獲取，這樣信息的可靠性和真實度要相對較高，同時，因為人類眼睛在辨別細節方面比較強，所以即使有較小的差別也可以感受得到。

在2016年杭州B20峰會現場，一只萌萌的AR度熊備受參會者喜愛。依托百度智能圖像識別、多模交互、3D視覺為核心的百度AR技術，參與者可使用手機百度App“拍一拍”功能，識別度熊形象，“Welcome to B20”的3D小熊便會真實呈現在嘉賓的手機上，為國內外參會嘉賓添加更多趣味。

4 增強現實技術在電視中的應用

與傳統虛擬演播廳（室）最主要的區別在于，虛擬演播廳是通過在藍箱中摳像實現將主持人放在制作好的虛擬場景中，而增強現實特效是將各種虛擬數字信息實時融合在電視畫面中，并實現與主持人的互動，因此更適合室內外復雜場景的實況轉播節目。隨著各種傳感器與定位技術的快速發展，增強現實在現場轉播中的使用也變得越來越廣泛與

復雜。

樂視體育2016年8月的新賽季英超戰略發布會上，樂視體育首席內容官劉建宏透露，英超2016/17賽季的轉播將應用360度全景、AR增強現實等最新轉播技術，從而極大的提升轉播效果。

LiveLine系統是結合了全球定位系統與攝像機搖臂傳感器實現實時三維空間注冊的增強現實電視轉播系統。每個帆船上都有一個精確到2 cm的軍用級GPS定位系統，實時把每個帆船的位置發送到LiveLine系統中，同時，轉播直升機上通過GPS和慣性傳感器，實時把攝像機的空間位置、俯仰角度（pitch）、偏轉角度（yaw）和滾動角度（roll）的6DOF數據信息傳給LiveLine系統。結合這兩組數據，LiveLine系統可以計算出帆船、海面在轉播畫面對應的現實空間中的三維坐標位置，以實現實時地疊加各種比賽相關的虛擬信息在帆船以及水面上，如帆船上的國旗與行駛速度、比賽場地邊界、風向資料等。

基于移動終端增強現實技術、實現觀眾與電視節目進行實時在線互動，也是增強現實技術與電視技術結合的一個全新方向。德國著名的《伽利略（Galileo）系列科普電視節目》就采用了這種技術，讓節目觀眾通過手機增強現實互動應用參加節目中的科普問答環節，當電視觀眾在手機上啟動這個德國Metaio公司開發的增強現實互動應用，并將攝像頭對準正在直播的伽利略節目直播畫面時，通過圖像實時識別追蹤，應用會將與直播內容同步的問答以AR效果疊加在電視畫面上，供觀眾選擇通過點擊手機屏幕進行答案選擇，其他觀眾回答問題的統計數據也會實時地顯示在屏幕上供對比。這種方式使電視觀眾和電視節目之間能夠更加自然和有效地交互，是典型的廣播電視網、電信網與互聯網的三網融合應用。

5 結束語

本文簡述了增強現實技術的應用領域和現狀，闡述研究中的部分關鍵技術和總結技術難點。增強現實技術從研究領域走進了應用領域，推動了技術的革新，并且促進了增加現實技術在電視轉播中的更廣泛的應用。

參考文獻

[1]王寶新.網絡技術在廣播電視工程中的應用[J].西部廣播電視，2016，4（8）：251-252.

[2]趙增強.搖臂攝像技術在電視節目中的應用[J].中國電子商務，2011（9）：69-70.

作者簡介：胡 勇，助理工程師，研究方向為電視播出技術。

韓振棟，助理工程師，研究方向為電視播出技術。