虚拟演播室跟踪系统要解决的问题就是要确定摄像机、主持人及虚拟背景之间的位置关系，根据这些位置参数，虚拟系统才能正确计算出虚拟背景与演播室前景的透视关系。
一 虚拟演播室需要测量的参数
跟踪系统在工作状态时，要进行大量的测量，并根据测量的结果精确地计算出摄像机的位置。虚拟演播室跟踪系统需要测量的与摄像机及镜头运动相关的参数有八个。
1. 三个摄像机位置参数
* X——水平距离；
* Y——与地面的垂直高度；
* Z——与蓝背景垂直的深度距离。
2. 三个摄像机角度参数
* 摇移（PAN）——沿Y轴旋转；
* 俯仰（TILT）——沿X轴旋转；
* 倾斜（ROLL）——沿Z轴旋转（一般为0度）。
3. 两个摄像机镜头参数
* 变焦（ZOOM）；
* 聚焦（FOCUS）。
以上参数坐标视不同虚拟操作软件而定。并非所有虚拟演播室系统都需要测量这八个参数，二维虚拟系统只需测量摇移（PAN）、俯仰（TILT）和变焦（ZOOM）三个参数即可。三维系统则需要跟踪上述八个参数，但是，一般不使用ROLL参数。
二 常用的跟踪方式
目前常用的跟踪方式有：
* 机械跟踪；
* 网格识别；
* 红外线跟踪；
* 超声波跟踪。
为了提高虚拟演播室系统的跟踪性能，有些演播室将多种跟踪方式结合使用。下面就以上的四种跟踪方式作以简单介绍，并对虚拟演播室跟踪系统的选型进行探讨。
1. 机械跟踪
机械跟踪方式是在摄像机云台的液压摇摆头和镜头上分别安装上精确的传感器，将机械运动转换成电脉冲信号，再经编码器处理，并将处理后的数据，通过串行接口RS232、RS422或音频信号线传递给虚拟演播室机械传感信号处理器。
机械跟踪方式的优势在于延时较短，摄像机运动不用像其他跟踪方式那样受到限制。其不足在于每套摄像机都要配一套控制传感器，传感器上带有几条传感线和电源线，不易维护。另外如需移动机位，必须安装导轨，才能跟踪到摄像机的位置参数。
2. 网格识别
网格识别方式需要将一个精确的网格图案以两种不同的蓝色绘制于蓝背景上，如图1，并将摄像机所拍摄的画面送到数字视频处理器（DVP）中进行处理，通过对该画面中网格各具的不同特征和透视关系进行计算，得出有关摄像机及镜头的运动参数。网格识别的一个突出优点就是，便于维护，无需在演播室添加任何辅助设备。另外，网格识别还可以同时跟踪处理X、Y、Z、PAN、TILT、ROLL、ZOOM和FOCUS八个参数，其中ROLL为0度，X、Y、Z为定位参数。其不足在于要对所拍画面中的网格进行大量的数据计算，会造成较大的延时；由于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，使主持人的活动范围及摄像机运动范围受到一定的限制，摄像机不能摇出网格范围之外，也无法拍摄特写镜头；由于背景采用深浅两种蓝色，对灯光布置的要求比较严格，要求蓝背景布光必须均匀；另外，网格在色键器中被抠掉，将会影响到画面的细节。
3. 红外跟踪方式
目前较为流行的红外线跟踪方式有两种，一种是反射式，一种是发射式。这两种方式是根据摄像机上安装的LED球所起的作用不同来区别的。反射式红外跟踪方式是把从红外线发射器发射到LED球的红外线反射到顶棚的红外线探测摄像机。而发射式红外跟踪方式可由LED球直接发射红外线，使其发射的红外线直接到达置于顶棚的红外线探测摄像机。以上两种方式，都是由固定在演播室顶棚的红外探测摄像机，通过三角测量，探测到LED球的位置，并由此计算出摄像机的位置和角度。 [page]
这种跟踪方式可直接探测到摄像机的六个参数，X、Y、Z、PAN、TILT和ROLL，ZOOM和FOCUS通过一个安装在镜头上的传感器得到。这种跟踪方式的精度相对于机械跟踪和网格识别要低一些，但是，这种跟踪方式下的摄像机可以自由运动，机位移动无需重新定位，支持任何类型的摄像机，还可以在三维环境中持续自动识别和定位演播室中多个运动的真实物体以及他们之间的位置关系。
红外跟踪方式除了可以确定摄像机的位置，还可以确定被测物体的纵向位置，即在演播室被拍前景位于虚拟背景的深度，其中，最常用的是测量主持人的纵向相对位置，以实现主持人在虚拟物体间的穿行。当主持人配带红外线发射装置在演播室运动时，其发射的红外线被顶棚摄像机捕捉到，通过红外跟踪系统识别并计算出主持人的位置，将数据传递给虚拟演播室控制系统，根据虚拟背景与被测物体纵向位置数据自动计算出主持人在虚拟背景中所处的位置。这就是我们所说的自动深度键，这一功能不再需要手动控制遮挡开关，系统会自动利用深度键来分析主持人与虚拟景物的前后关系，自动形成了遮挡与被遮挡的画面，减少了穿帮的可能，也提高了节目的制作效率。
4. 超声波跟踪
超声波跟踪方式目前还未被广泛采用，在国内也只有大洋公司在开发研制，其工作原理如图2所示。
在演播室灯光支架上安装超声波发射器，在摄像机机身上方安装超声波接收器和聚焦/变焦的机械传感器，两路数据共同进入到数据处理器中进行数据处理，然后通过RS232数据线进入到计算机主机。
超声波跟踪方式的优势主要在于其不受演播室灯光干扰，信号传输时可以绕过遮挡物。而且，运算量较小，视音频延时较小。
5. 虚拟演播室跟踪方式的选型
基于上述几种跟踪方式的介绍，下面将对虚拟演播室跟踪方式的选型进行讨论。
目前常见的虚拟演播室主要有两大类，一类是单一的虚拟演播室，另一类是虚景与实景共用的演播室。对于单一的虚拟演播室，我们建议使用机械跟踪方式，因为机械跟踪方式是上述四种跟踪方式中精度最高，延时最短，最稳定的跟踪方式。在安装导轨后，机位还可任意移动。只是移动机位后，摄像机镜头定位时间较其他几种跟踪方式稍长一些，而且只能手动控制深度键。另外，机械跟踪的控制线较多，维护上较为不便。
另外，红外跟踪方式也是单一型虚拟演播室可以选用的跟踪方式，在这种跟踪方式中，摄像机可以自由移动，既可以固定在三脚架上，也可以摄像员肩扛，但运动范围不能超出红外探测摄像机能捕捉到的范围，操作灵活、方便。而且可以获取摄像机的八个跟踪参数，但相对于其他跟踪方式，这种方案前期投入较高。
对于虚景与实景共用演播室，由于场地限制，及虚景与实景共用摄像机的特殊情况，要求跟踪系统占地面积小，控制线少，易于维护。由于网格识别没有跟踪控制线，无需导轨，最适合虚实共用的演播室。上述网格识别的一些不足可由一台装有机械传感器的摄像机来弥补，在摄像机摇出网格范围或需要拍摄特写镜头时，可将网格跟踪方式切换到机械跟踪方式上。另外，系统中还可加装自动深度键功能。这套跟踪系统引入的跟踪方式较多，但比较适合虚实共用的演播室。
跟踪系统是虚拟演播室系统中不可缺少的重要组成部分，正是由跟踪系统保证了虚拟演播室系统中前景与背景的正确透视关系，这也是虚拟演播室系统区别于传统演播室系统的关键所在。所以，我们就虚拟演播室跟踪系统的研讨还将不断地延续下去。 [page]
一 虚拟演播室需要测量的参数
跟踪系统在工作状态时，要进行大量的测量，并根据测量的结果精确地计算出摄像机的位置。虚拟演播室跟踪系统需要测量的与摄像机及镜头运动相关的参数有八个。
1. 三个摄像机位置参数
* X——水平距离；
* Y——与地面的垂直高度；
* Z——与蓝背景垂直的深度距离。
2. 三个摄像机角度参数
* 摇移（PAN）——沿Y轴旋转；
* 俯仰（TILT）——沿X轴旋转；
* 倾斜（ROLL）——沿Z轴旋转（一般为0度）。
3. 两个摄像机镜头参数
* 变焦（ZOOM）；
* 聚焦（FOCUS）。
以上参数坐标视不同虚拟操作软件而定。并非所有虚拟演播室系统都需要测量这八个参数，二维虚拟系统只需测量摇移（PAN）、俯仰（TILT）和变焦（ZOOM）三个参数即可。三维系统则需要跟踪上述八个参数，但是，一般不使用ROLL参数。
二 常用的跟踪方式
目前常用的跟踪方式有：
* 机械跟踪；
* 网格识别；
* 红外线跟踪；
* 超声波跟踪。
为了提高虚拟演播室系统的跟踪性能，有些演播室将多种跟踪方式结合使用。下面就以上的四种跟踪方式作以简单介绍，并对虚拟演播室跟踪系统的选型进行探讨。
1. 机械跟踪
机械跟踪方式是在摄像机云台的液压摇摆头和镜头上分别安装上精确的传感器，将机械运动转换成电脉冲信号，再经编码器处理，并将处理后的数据，通过串行接口RS232、RS422或音频信号线传递给虚拟演播室机械传感信号处理器。
机械跟踪方式的优势在于延时较短，摄像机运动不用像其他跟踪方式那样受到限制。其不足在于每套摄像机都要配一套控制传感器，传感器上带有几条传感线和电源线，不易维护。另外如需移动机位，必须安装导轨，才能跟踪到摄像机的位置参数。
2. 网格识别
网格识别方式需要将一个精确的网格图案以两种不同的蓝色绘制于蓝背景上，如图1，并将摄像机所拍摄的画面送到数字视频处理器（DVP）中进行处理，通过对该画面中网格各具的不同特征和透视关系进行计算，得出有关摄像机及镜头的运动参数。网格识别的一个突出优点就是，便于维护，无需在演播室添加任何辅助设备。另外，网格识别还可以同时跟踪处理X、Y、Z、PAN、TILT、ROLL、ZOOM和FOCUS八个参数，其中ROLL为0度，X、Y、Z为定位参数。其不足在于要对所拍画面中的网格进行大量的数据计算，会造成较大的延时；由于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，使主持人的活动范围及摄像机运动范围受到一定的限制，摄像机不能摇出网格范围之外，也无法拍摄特写镜头；由于背景采用深浅两种蓝色，对灯光布置的要求比较严格，要求蓝背景布光必须均匀；另外，网格在色键器中被抠掉，将会影响到画面的细节。
3. 红外跟踪方式
目前较为流行的红外线跟踪方式有两种，一种是反射式，一种是发射式。这两种方式是根据摄像机上安装的LED球所起的作用不同来区别的。反射式红外跟踪方式是把从红外线发射器发射到LED球的红外线反射到顶棚的红外线探测摄像机。而发射式红外跟踪方式可由LED球直接发射红外线，使其发射的红外线直接到达置于顶棚的红外线探测摄像机。以上两种方式，都是由固定在演播室顶棚的红外探测摄像机，通过三角测量，探测到LED球的位置，并由此计算出摄像机的位置和角度。 [page]
这种跟踪方式可直接探测到摄像机的六个参数，X、Y、Z、PAN、TILT和ROLL，ZOOM和FOCUS通过一个安装在镜头上的传感器得到。这种跟踪方式的精度相对于机械跟踪和网格识别要低一些，但是，这种跟踪方式下的摄像机可以自由运动，机位移动无需重新定位，支持任何类型的摄像机，还可以在三维环境中持续自动识别和定位演播室中多个运动的真实物体以及他们之间的位置关系。
红外跟踪方式除了可以确定摄像机的位置，还可以确定被测物体的纵向位置，即在演播室被拍前景位于虚拟背景的深度，其中，最常用的是测量主持人的纵向相对位置，以实现主持人在虚拟物体间的穿行。当主持人配带红外线发射装置在演播室运动时，其发射的红外线被顶棚摄像机捕捉到，通过红外跟踪系统识别并计算出主持人的位置，将数据传递给虚拟演播室控制系统，根据虚拟背景与被测物体纵向位置数据自动计算出主持人在虚拟背景中所处的位置。这就是我们所说的自动深度键，这一功能不再需要手动控制遮挡开关，系统会自动利用深度键来分析主持人与虚拟景物的前后关系，自动形成了遮挡与被遮挡的画面，减少了穿帮的可能，也提高了节目的制作效率。
4. 超声波跟踪
超声波跟踪方式目前还未被广泛采用，在国内也只有大洋公司在开发研制，其工作原理如图2所示。
在演播室灯光支架上安装超声波发射器，在摄像机机身上方安装超声波接收器和聚焦/变焦的机械传感器，两路数据共同进入到数据处理器中进行数据处理，然后通过RS232数据线进入到计算机主机。
超声波跟踪方式的优势主要在于其不受演播室灯光干扰，信号传输时可以绕过遮挡物。而且，运算量较小，视音频延时较小。
5. 虚拟演播室跟踪方式的选型
基于上述几种跟踪方式的介绍，下面将对虚拟演播室跟踪方式的选型进行讨论。
目前常见的虚拟演播室主要有两大类，一类是单一的虚拟演播室，另一类是虚景与实景共用的演播室。对于单一的虚拟演播室，我们建议使用机械跟踪方式，因为机械跟踪方式是上述四种跟踪方式中精度最高，延时最短，最稳定的跟踪方式。在安装导轨后，机位还可任意移动。只是移动机位后，摄像机镜头定位时间较其他几种跟踪方式稍长一些，而且只能手动控制深度键。另外，机械跟踪的控制线较多，维护上较为不便。
另外，红外跟踪方式也是单一型虚拟演播室可以选用的跟踪方式，在这种跟踪方式中，摄像机可以自由移动，既可以固定在三脚架上，也可以摄像员肩扛，但运动范围不能超出红外探测摄像机能捕捉到的范围，操作灵活、方便。而且可以获取摄像机的八个跟踪参数，但相对于其他跟踪方式，这种方案前期投入较高。
对于虚景与实景共用演播室，由于场地限制，及虚景与实景共用摄像机的特殊情况，要求跟踪系统占地面积小，控制线少，易于维护。由于网格识别没有跟踪控制线，无需导轨，最适合虚实共用的演播室。上述网格识别的一些不足可由一台装有机械传感器的摄像机来弥补，在摄像机摇出网格范围或需要拍摄特写镜头时，可将网格跟踪方式切换到机械跟踪方式上。另外，系统中还可加装自动深度键功能。这套跟踪系统引入的跟踪方式较多，但比较适合虚实共用的演播室。
跟踪系统是虚拟演播室系统中不可缺少的重要组成部分，正是由跟踪系统保证了虚拟演播室系统中前景与背景的正确透视关系，这也是虚拟演播室系统区别于传统演播室系统的关键所在。所以，我们就虚拟演播室跟踪系统的研讨还将不断地延续下去。 [page]
