多年来，演播室的节目录制经常使用色键抠像技术，将在蓝背景前录制的前景画面（如播音员、主持人）与事先制作好的背景画面经色键器合成，产生所需的节目画面供播出或录制。使用这种传统的抠像技术最大的缺点是在前景和背景合成时，前景和背景的图像没?quot;锁定"，也就是说摄像机运动时（变焦、移动、转动），背景无法随之变化。这样就造成前景与背景的相对位置关系不正确，合成的图像生硬，播音员好像在背景上漂浮，不符合人们的视觉习惯。为了避免这种情况，就需要对前景与背景在空间上"锁定"，即调整或移动背景使之与摄像机的运动同步。虚拟演播室（V irtual Studio）可以说是应运而生，成为节目制作人员关注的焦点。
一、虚拟演播室系统构成
典型的虚拟演播室系统是由摄像设备、摄像机位置参数分析和控制、图形计算机、背景材料库和图像合成等设备组成。虚拟演播室节目制作系统构成的简单框图如图1所示。
在蓝背景中的演员由前景摄像机（真实摄像机）拍摄，而如图1所示的背景图像记录及生成系统称为虚拟摄像机。真实的和虚拟的摄像机始终是锁定的。因此，需要确定真实摄像机的位置参数，包括摄像机在演播室中的空间位置，摄像机的运动参数（倾斜、转动、翻转），摄像机镜头设置参数（变焦、聚焦、光圈）。所有这些数据都被送入计算机中进行分析，实时生成与前景图像保持正确透视关系的背景图像。然后，前景图像（包括演员和真实场景、道具）与计算机生成的背景图像通过色键控制
器进行天衣无缝的合成。输出的图像可以直接播出或记录在存储媒介上。
图1虚拟演播室节目制作系统构成
二、虚拟演播室关键技术
虚拟演播室技术包括摄像机跟踪技术、计算机虚拟场景设计和蓝背景技术、灯光
技术和色键技术等。
1.摄像机跟踪技术
摄像机跟踪技术是虚拟演播室中一项关键技术，它可以获取摄像机在演播室中的实际位置参数和动作参数，从而判断摄像机、演员或主持人、计算机虚拟场景之间的
相对位置关系，帮助系统实现真实摄像机与虚拟摄像机的锁定。
摄像机跟踪要求有足够的精度。以变焦比为20倍、60万像素的2/3英寸CCD摄像机为例，假定水平有效像素数为850，最小水平视角3°～5°，为保持±1/2像素的图像精确度并考虑镜头特性，要求角度定位精度和分辨率达到0.001°数量级。目前，
摄像机跟踪技术主要有图形识别和机械传感两种方式。
(1)图形识别法
图形识别实际上是一种"运动估测算法"，它可以对运动画面进行精确的计算，获得摄像机的各项运动参数。实际应用一般采用有浅蓝色网格图案的深蓝色背景板，拍摄时，系统会对网格进行定位追踪，通过对每一幅画面中许多像素点亮度信号进行计算，可以得出画面的移动和比例的变化，用这个测量值和运动参数建立一个关于像素子集的联立方程。为了减少计算误差，可以选择一个基准帧，以之为基准对每幅画面进行计算。同时为了达到实时处理，要求计算机的图像处理速度达到50帧/秒。
为了避免摄像机快速进行左右、俯仰摇动时，画面中网格图案变得模糊而影响跟踪效果，摄像机应使用电子快门。电子快门的速度越快，允许摄像机运动的速度就越快。同时，演播室整个蓝色幕布（蓝箱）的布光要尽量均匀。当摄像机的光圈为5.6，电子快门速度为1/120时，网格图案的信号电平应达到70%左右，这样可获得最稳定的跟踪效果。
(2)机械传感法
基于传感器的摄像机跟踪系统最精确，传感器被安装在摄像机三角架、基座、升降摇臂的摇摄轴、俯仰轴上和镜头的变焦、聚焦环上以及滑轨、推车上。它采集摄像机位置和透视数据，编码量化后通过RS－232端口或RS－422端口传送给计算机。
(3)两种跟踪方式的比较
无论是图形识别方式还是传感器方式各有其优缺点。
图形识别方式的优势在于：不需要对摄像机进行改造，无需镜头校准，便于摄像师操作，摄像机可以不用轨道进行移动；一个跟踪器可同时用于多个摄像机。其不足之处在于：要对每幅画面进行大数据量分析和计算，加大了视频延时量；为了精确的跟踪，必须使网格图案保持清晰，这使得摄像机景深范围受到限制；只有当画面中含有一定数量的网格图案时，系统才能进行测量计算，使得演员的活动范围受到一定的限制，无法拍摄一些特写镜头；由于背景有深浅两种蓝色，对演播室布光要求比较
严格，对色键器的质量要求很高。
机械传感方式可以弥补上述图形识别方式的不足，测量摄像机运动参数非常精确，旋转角度可以达到.001°，移动距离可以达到0.01毫米的精确度；摄像机运动不受限制，演员在蓝色布景范围内的活动自由度大。但其缺点在于：每台摄像机必须有
一个跟踪器；摄像机移动不便，定位、镜头校准复杂困难。
图形识别和机械传感是虚拟演播室常用的两种获得摄像机运动参数的技术，各有千秋。为了更方便用户使用，目前较为流行的几种虚拟演播室系统，在以某种跟踪技术为主的同时还融入了另外一种以及更为先进的技术，如红外线跟踪技术、超声波跟
踪技术、辅助摄像机技术。
2.计算机虚拟场景生成
虚拟演播室中的场景、道具通常都由计算机产生。在常规演播室中不可能做到的复杂而庞大的背景，甚至许多现实生活中人们不可能见到的景观，都可以在虚拟演播室中得以实现。随着PC机的计算能力、绘图能力和视频处理能力的极大提高，结
