增强现实技术原理及其在电视中的应用

胡勇++韩振栋

摘 要 随着科学技术日新月异地发展，各种新型技术也相继迸发，增强现实技术和虚拟现实技术就是其中的典型代表。增强现实技术具有明显的优势，它可以实现虚实结合，给人们带来更好的体验。文章介绍了增强现实概念及其研究进展，以及在电视中的应用。

关键词 增强技术；发展；电视；应用

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 2096-0360（2016）21-0039-02

1 增强现实技术概述

所谓的增强现实（Augmented Reality，又叫AR），它是计算机通过一定的手段能够对真实世界景象做出一定的增强，它源自于虚拟现实技术，但是又比虚拟现实技术更深一层。

2 增强现实技术发展概况

2.1 基于标识的增强现实系统分析

增强现实系统的雏形是人工标志系统。这个系统的主要作用是通过S-HMD将布线路径和文字能够及时地展现在机械师面前，帮助机械师一步一步地完成一个拆卸过程。

该系统功能强大，可以通过人工标志来实现摄像机姿态的追踪，具有识别率高和携带方便等优势。最为常见的标志主要有四类，分别是ARToolKit、HoM、SCR、IGD。计算机只要启动识别软件，就可以和摄像机一起轻而易举完成虚拟物体叠加。

2.2 基于自然特征的增强现实系统

在进行实际应用的过程中发现，该系统对于AR标记依赖性较强，如果在户外的大范围内使用，就要将AR标记放大到可以看到的程度，这就是系统本身的局限性，需要在以后的发展中加以克服或者改进。

为了解决这个弊端，自然特征点的跟踪注册技术就有了用武之地。通常情况下，这种技术主要是利用现实环境中的具有某些明显特征的位置来给AR提供参考，例如角点、直线和曲线。同时为了能够得到摄像机本身的位置和朝向，可以通过对自然特征进行提取与特征匹配，来实现虚拟对象的注册。

2.3 移动增强现实系统

然而，随着时代的发展，特别是智能手机的快速发展，增强现实技术不仅计算能力突出，图像捕捉能力也非同一般，这给研究人员带来了新的惊喜，它可以和手机相互结合，使得该技术得到应用，这可以说是一个巨大的突破。

3 增强现实的显示技术分析

人类的很多信息都是通过眼睛来获取的，这占到了人类获取总信息量的近80%。为了能够将这种技术应用于实际的生活中，最为关键的部分之一就是头盔显示技术。由于目前仅仅是处于初级阶段，增强现实技术所采用的主要还是透视式头盔显示器，根据使用方式的不同有视频式和光学式的区别。

尽管这两者都可以应用于增强现实技术，但是它们两者还是有很多差异的，区别如下：

第一，两者感知的方式不同，前者主要是通过安装在头盔中的摄像机来实现的，后者是通过自己的眼睛来实现。

第二，获取信息的速度不同，因为前者使用的是摄像机，所以在实际运用的过程中需要一定的时间来进行图像处理，导致实际看到的情形会出现延后的现象，同时还有可能因为处理不当出现一些细节丢失，它的优势是可以避免虚拟物体在真实世界中出现游移的情况；后者是通过眼睛来获取，这样信息的可靠性和真实度要相对较高，同时，因为人类眼睛在辨别细节方面比较强，所以即使有较小的差别也可以感受得到。

在2016年杭州B20峰会现场，一只萌萌的AR度熊备受参会者喜爱。依托百度智能图像识别、多模交互、3D视觉为核心的百度AR技术，参与者可使用手机百度App“拍一拍”功能，识别度熊形象，“Welcome to B20”的3D小熊便会真实呈现在嘉宾的手机上，为国内外参会嘉宾添加更多趣味。

4 增强现实技术在电视中的应用

与传统虚拟演播厅（室）最主要的区别在于，虚拟演播厅是通过在蓝箱中抠像实现将主持人放在制作好的虚拟场景中，而增强现实特效是将各种虚拟数字信息实时融合在电视画面中，并实现与主持人的互动，因此更适合室内外复杂场景的实况转播节目。随着各种传感器与定位技术的快速发展，增强现实在现场转播中的使用也变得越来越广泛与

复杂。

乐视体育2016年8月的新赛季英超战略发布会上，乐视体育首席内容官刘建宏透露，英超2016/17赛季的转播将应用360度全景、AR增强现实等最新转播技术，从而极大的提升转播效果。

LiveLine系统是结合了全球定位系统与摄像机摇臂传感器实现实时三维空间注册的增强现实电视转播系统。每个帆船上都有一个精确到2 cm的军用级GPS定位系统，实时把每个帆船的位置发送到LiveLine系统中，同时，转播直升机上通过GPS和惯性传感器，实时把摄像机的空间位置、俯仰角度（pitch）、偏转角度（yaw）和滚动角度（roll）的6DOF数据信息传给LiveLine系统。结合这两组数据，LiveLine系统可以计算出帆船、海面在转播画面对应的现实空间中的三维坐标位置，以实现实时地叠加各种比赛相关的虚拟信息在帆船以及水面上，如帆船上的国旗与行驶速度、比赛场地边界、风向资料等。

基于移动终端增强现实技术、实现观众与电视节目进行实时在线互动，也是增强现实技术与电视技术结合的一个全新方向。德国著名的《伽利略（Galileo）系列科普电视节目》就采用了这种技术，让节目观众通过手机增强现实互动应用参加节目中的科普问答环节，当电视观众在手机上启动这个德国Metaio公司开发的增强现实互动应用，并将摄像头对准正在直播的伽利略节目直播画面时，通过图像实时识别追踪，应用会将与直播内容同步的问答以AR效果叠加在电视画面上，供观众选择通过点击手机屏幕进行答案选择，其他观众回答问题的统计数据也会实时地显示在屏幕上供对比。这种方式使电视观众和电视节目之间能够更加自然和有效地交互，是典型的广播电视网、电信网与互联网的三网融合应用。

5 结束语

本文简述了增强现实技术的应用领域和现状，阐述研究中的部分关键技术和总结技术难点。增强现实技术从研究领域走进了应用领域，推动了技术的革新，并且促进了增加现实技术在电视转播中的更广泛的应用。

参考文献

[1]王宝新.网络技术在广播电视工程中的应用[J].西部广播电视，2016，4（8）：251-252.

[2]赵增强.摇臂摄像技术在电视节目中的应用[J].中国电子商务，2011（9）：69-70.

作者简介：胡 勇，助理工程师，研究方向为电视播出技术。

韩振栋，助理工程师，研究方向为电视播出技术。