王鴻濤,史萍,王世平

(中國傳媒大學(xué) 信息工程學(xué)院,北京 100024)

1 引言

近年來,隨著視頻技術(shù)與圖像編碼技術(shù)的不斷發(fā)展,高清攝像機(jī)已經(jīng)成為各大傳媒機(jī)構(gòu)及個(gè)人工作室記錄視頻素材的首選設(shè)備。很多曾經(jīng)使用標(biāo)清攝像機(jī)進(jìn)行拍攝的攝像師,因?yàn)椴皇煜じ咔鍞z像機(jī)的技術(shù)指標(biāo)和拍攝技巧,往往導(dǎo)致拍攝的畫面出現(xiàn)聚焦不實(shí)、曝光過度等問題。要解決這些問題,首先要了解高清攝像機(jī)的原理及與標(biāo)清攝像機(jī)的區(qū)別,其次還要具備一定的高清電視攝像技術(shù)和解決在高清電視攝像中出現(xiàn)的一些技術(shù)問題的能力。

影響高清攝像機(jī)拍攝質(zhì)量的主要因素有:聚焦、曝光、色溫和照明條件等。這些技術(shù)問題雖然在標(biāo)清電視攝像中要求的并不十分苛刻,但在高清電視攝像中就必須精心對待、認(rèn)真解決,否則就會直接影響到高清電視畫面的拍攝質(zhì)量。

本文的目的就是基于高清攝像機(jī)原理的研究,給出一些解決實(shí)際拍攝問題的方法。并探討高清攝像機(jī)在拍攝中如何調(diào)整參數(shù)使其功能得到最大發(fā)揮。全文共分三部分,第二部為影響高清攝像機(jī)拍攝畫質(zhì)的因素及解決方法。第三部分為全文總結(jié)。

2 影響高清攝像機(jī)拍攝畫質(zhì)的因素及解決方法

2.1 高清攝像機(jī)拍攝中的聚焦問題

很多使用過多年標(biāo)清攝像機(jī)進(jìn)行拍攝的攝影師在換成高清攝像機(jī)拍攝時(shí)遇到的第一個(gè)問題就是畫面聚焦不實(shí)。即使用老方法精確聚焦了,但在拍攝過程中也時(shí)常發(fā)現(xiàn)焦點(diǎn)發(fā)軟的現(xiàn)象。其實(shí)高清拍攝聚焦問題是由高清攝像機(jī)的高清晰度引起的。高清攝像機(jī)的分辨率可達(dá)到 1920×1080像素,水平視場角比標(biāo)清大,畫面包括的景物比標(biāo)清畫面多,景深也比標(biāo)清淺了很多,所以在聚焦時(shí)稍有疏忽就會超出景深范圍,造成虛焦。

高清攝像機(jī)的尋像器與標(biāo)清攝像機(jī)相同,在較小的尋像器畫面中,攝影師很難做到精確聚焦,所以,應(yīng)使用高清監(jiān)視器進(jìn)行監(jiān)看。在標(biāo)清攝像機(jī)聚焦中,我們采用壓縮景深的方法進(jìn)行準(zhǔn)確聚焦。即固定鏡頭、校準(zhǔn)后焦、光圈開到最大、再將鏡頭推到最長焦處得到最淺景深后聚實(shí)焦點(diǎn),然后再將鏡頭拉回到所需畫面景別進(jìn)行拍攝,這樣就實(shí)現(xiàn)了對拍攝物體的精確聚焦。但將同樣方法應(yīng)用在高清攝像機(jī)聚焦上時(shí)往往達(dá)不到理想效果,拍攝出的畫面偏“軟”。因?yàn)楫?dāng)鏡頭拉回到所需景別時(shí),鏡頭會出現(xiàn)輕微的像面漂移現(xiàn)象,在標(biāo)清中由于景深范圍較大這種漂移現(xiàn)象對圖像清晰度幾乎沒有影響,但在高清中隨著焦距的變化可能導(dǎo)致之前聚實(shí)的焦點(diǎn)超出景深范圍,導(dǎo)致畫面最終聚焦不實(shí)。

圖 1與圖 2對兩種聚焦情況進(jìn)行了比較,由此可得出高清攝像機(jī)的聚焦方法:首先將光圈開到最大,把景深范圍控制在最小,然后選擇所需的景別進(jìn)行構(gòu)圖,構(gòu)圖完成后直接在此景別下進(jìn)行聚焦,確定焦點(diǎn)聚實(shí)后,再調(diào)整曝光量、控制景深進(jìn)行拍攝。

圖 1 標(biāo)清聚集方式

圖 2 高清聚焦方式

2.2 曝光處理問題

曝光量直接影響畫面的層次、細(xì)節(jié)、色彩飽和度及清晰度,所以只有準(zhǔn)確把握曝光量,才能得到完美的高清圖像。因?yàn)楦咔鍞z像機(jī)水平清晰度提高,畫面寬容度更接近電影膠片,層次比標(biāo)清更加豐富。在拍攝景物時(shí),需認(rèn)真觀察被攝景物的明暗程度和明暗分布范圍,根據(jù)亮部和暗部的取舍及與拍攝主體的關(guān)系,確定曝光量并調(diào)整光圈大小。

同標(biāo)清攝像機(jī)一樣,高清攝像機(jī)也提供了伽瑪曲線的調(diào)整功能,當(dāng)拍攝的景物大面積處于高亮度環(huán)境時(shí),由于亮度值已經(jīng)超出攝像機(jī)所能表現(xiàn)的范圍,圖像的高光部分會出現(xiàn)泛白現(xiàn)象,導(dǎo)致高光部分層次和細(xì)節(jié)全部丟失。相反,當(dāng)被攝景物處于低照度的環(huán)境中時(shí),由于環(huán)境光已經(jīng)超過攝像機(jī)的最低照度范圍,圖像暗部的層次細(xì)節(jié)也會丟失,畫面出現(xiàn)“死黑”現(xiàn)象。遇到上面兩種情況。圖 3給出了數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝亮度與物體實(shí)際亮度的差異?？梢钥闯?數(shù)字?jǐn)z像機(jī)對物體的亮度還原范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)際物體亮度。我們可以通過調(diào)整拐點(diǎn)、伽瑪曲線和黑伽瑪曲線等攝像機(jī)參數(shù)對畫面進(jìn)行補(bǔ)償和修飾。具體來說一般情況下,在拍攝前適度調(diào)整攝像機(jī)的黑電平,拍攝白天外景時(shí)設(shè)置在 -10～-15左右,拍攝夜景或室內(nèi)畫面時(shí),設(shè)置在 0～4左右,當(dāng)然,設(shè)置參數(shù)要根據(jù)具體環(huán)境要求而定。如果需要對畫面的影調(diào)反差做適當(dāng)調(diào)整,我們可以調(diào)整主伽瑪電平到 -20～-50之間,將中灰影調(diào)的過渡放平緩,來豐富直線區(qū)域的色飽和度和層次。

圖 3 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝亮度與實(shí)際亮度的差別

除此之外還有一些極端光照環(huán)境需要特別注意調(diào)整攝像機(jī)拐點(diǎn)。

2.1.1 當(dāng)畫面處于高亮部分時(shí)

根據(jù)監(jiān)視器中反映出的畫面細(xì)節(jié)設(shè)定拐點(diǎn),以增加高亮部分的層次和細(xì)節(jié)。其工作原理為:在正常亮度范圍內(nèi)(0.7V),數(shù)字?jǐn)z像機(jī)呈現(xiàn)理想的線性光電轉(zhuǎn)換特性,景物亮度與輸出電平成正比關(guān)系,數(shù)字?jǐn)z像機(jī)可以表現(xiàn)景物真實(shí)的亮度及細(xì)節(jié);當(dāng)亮度電平超過 0.7V時(shí),信號被限幅,圖像表現(xiàn)為“泛白”。調(diào)整拐點(diǎn)后,CCD的光電轉(zhuǎn)換特性在高亮度時(shí)線性的斜率變小,使圖像中高亮度部分的層次變得豐富。圖 4為開啟拐點(diǎn)與未開啟拐點(diǎn)間畫面的比較,可以看出,在環(huán)境光非常強(qiáng)的情況下,開啟拐點(diǎn)功能可以使畫面細(xì)節(jié)還原更準(zhǔn)確。

2.1.2 畫面處于低照度環(huán)境時(shí)

調(diào)整黑伽瑪?shù)姆秶?得到所需的暗部層次。其工作原理類似于拐點(diǎn)的調(diào)整,在不影響中間部分的線性特性并保持絕對黑電平的情況下,進(jìn)行黑伽瑪高、中、低檔的調(diào)節(jié)。圖 5為調(diào)整黑伽瑪拍攝的對比,我們可以看出,當(dāng)適當(dāng)調(diào)整黑伽瑪后,畫面暗部的細(xì)節(jié)被突出出來了。

高清攝像機(jī)的自動光圈功能中,還設(shè)置了區(qū)域測光和自動光圈過載功能。區(qū)域測光是指在選擇測光范圍中進(jìn)行測光,其大小和位置可調(diào)。通過自動測光后,還可以人為細(xì)調(diào)。采用這個(gè)方法進(jìn)行調(diào)整是不夠精確的,誤差約在半檔光圈之內(nèi)。此外,也可以借助 18%的灰板進(jìn)行測光。最可行的方法還是根據(jù)目測灰度來確定曝光量,并使用高清監(jiān)視器和高清示波器監(jiān)看。

2.3 色溫設(shè)定問題

攝影師都知道,在拍攝前要對攝像機(jī)進(jìn)行白平衡調(diào)整。白平衡調(diào)整分兩步:粗調(diào)和細(xì)調(diào)。粗調(diào)就是根據(jù)環(huán)境光色溫選擇正確的濾色片,大范圍地進(jìn)行粗略的調(diào)節(jié),然后再進(jìn)行細(xì)調(diào)。

具體做法是:選擇標(biāo)準(zhǔn)的白紙置于同一光源照射下,采用順光照明,鏡頭對準(zhǔn)白紙并使其充滿畫面,先調(diào)整黑平衡,再進(jìn)行白平衡調(diào)節(jié)。在高清拍攝中,有幾種情況需要注意:

2.3.1 外景

在自然光下拍攝,色溫主要受太陽光與周圍漫反射光的影響,為了使色彩正確還原,調(diào)節(jié)白平衡時(shí),白紙應(yīng)放在向上呈 45°角的位置,能反射陽光和周圍漫反射光。在陰天時(shí),白紙要壓低,讓它既能反射陽光,又能反射景物周圍漫反射的光線,以達(dá)到較好的色彩還原。白平衡調(diào)整完畢,在光線變化不大的情況下,不必重復(fù)調(diào)節(jié),這樣能使畫面的色調(diào)保持流暢。

2.3.2 室內(nèi)

室內(nèi)一般燈光采用人工光照明,色溫較統(tǒng)一,比較好處理。如果同時(shí)使用彩色燈光照明,調(diào)整白平衡時(shí)應(yīng)注意關(guān)閉所有彩色光源,待調(diào)整完畢后再開啟彩色光源。當(dāng)白平衡調(diào)整的值不同時(shí),畫面會出現(xiàn)偏色現(xiàn)象,如圖 6所示。

2.4 照明問題

電視畫面的清晰度除了受光圈、景深影響外,還受照明的明暗對比度和光線的性質(zhì)等因素的影響。

值得注意的是畫面清晰度的高低并不取決于整個(gè)畫面的明亮程度和是否采用大量的照明光線。關(guān)鍵在于使用適度的明暗對比度和相應(yīng)的光線性質(zhì)。

2.4.1 明暗對比度與清晰度

電視屏幕上最亮部分與最暗部分亮度的比值稱作對比度。對比度大時(shí)圖像黑白分明,明暗反差大,電視畫面的清晰度與照明的對比度有關(guān)。高清攝像機(jī)可提供的最大景物對比度相當(dāng)于 8～9級光圈值,在正常曝光值基礎(chǔ)上,在增加 2.5級光圈和減少5.5級光圈的范圍內(nèi)仍能表現(xiàn)景物的灰度層次。因此,在曝光不足時(shí),高清攝像機(jī)仍能表現(xiàn)豐富的層次。而曝光過度時(shí),高清攝像機(jī)還原層次則嫌不夠,雖然對高光部分的表現(xiàn)不如電影膠片,但整體上比普通電視攝像機(jī)已有了很大提高。因而在高清拍攝時(shí),要盡量模擬自然光進(jìn)行布光。例如,根據(jù)不同被攝物體與不同場景,主光與輔光的光比適當(dāng)加大,這樣畫面立體感增強(qiáng),主體更加突出。當(dāng)然,光比也不能過大,經(jīng)拍攝實(shí)踐,建議光比不要超過 4:1。拍攝曝光時(shí)遵循“寧欠勿過”的原則。圖 7是在不同光比下拍攝的畫面效果,當(dāng)光比為 2:1時(shí)畫面影調(diào)平緩,當(dāng)光比提升為 4:1時(shí)畫面有較好的亮暗對比。

2.4.2 光線性質(zhì)對畫面清晰度的影響

物體在高清電視畫面上呈現(xiàn)的清晰度,不僅與光比有關(guān),而且同光線的性質(zhì)有關(guān)。光質(zhì)即光線的“軟硬性質(zhì)”。通常我們把散射光稱為軟光,而把直射光稱為硬光。光線的軟硬對拍攝物體外觀的清晰度有很大的影響。照明光線性質(zhì)的選擇,是由物體表面結(jié)構(gòu)決定的,即物體表面結(jié)構(gòu)不同,其采用的光線性質(zhì)也不同,一般來說,粗糙物體的表面宜用硬光照明;光滑的物體表面宜用柔和的軟光照明。在電視拍攝時(shí),我們會發(fā)現(xiàn)在陰天下拍攝的景物因沒有影子而顯得平淡呆板,表面質(zhì)感消失,而一旦受到陽光的逆向照射,物體輪廓就會立即脫穎而出,可見,光線性質(zhì)對畫面清晰度有很大的影響。圖 8體現(xiàn)的是不同光質(zhì)對畫面拍攝效果的影響。

從畫面的局部效果來說,由于硬光造成過大的明暗反差,而使物體細(xì)部的再現(xiàn)能力降低。而軟光所造成的細(xì)膩的影調(diào)層次,相反能提高我們對物體細(xì)部的分辨能力,因此感覺畫面清晰度高。高清攝像照明使用較軟的光線對提高畫面的清晰度十分有利。

3 結(jié)論

通過上述一系列實(shí)驗(yàn)我們看到,高清攝像機(jī)在使用上與傳統(tǒng)標(biāo)清攝像機(jī)有一定差別,不論在聚焦、曝光的調(diào)節(jié)上還是黑電平、伽瑪?shù)葏?shù)的調(diào)整上,對攝像師都提出了更高的要求,在拍攝前應(yīng)該先認(rèn)真了解攝像機(jī)菜單中可調(diào)整的各項(xiàng)參數(shù),拍攝時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的拍攝要求和環(huán)境及時(shí)調(diào)整菜單,在聚焦時(shí)采用直接構(gòu)圖聚焦的方法,減少像面漂移現(xiàn)象;曝光調(diào)整上采用“寧欠勿過”的原則,保證畫面中有盡可能多的亮暗細(xì)節(jié);在色溫調(diào)整中采用粗調(diào)與細(xì)調(diào)相結(jié)合的方法,確保畫面色彩還原準(zhǔn)確。通過這些參數(shù)的調(diào)節(jié)使高清攝像機(jī)發(fā)揮最大潛能,得到最優(yōu)畫質(zhì)。

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