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        HDR多幀合成技術(shù)的應(yīng)用研究

        2022-03-09 08:49:24溫佳寶
        電視技術(shù) 2022年1期
        關(guān)鍵詞:細(xì)節(jié)動(dòng)態(tài)圖像

        溫佳寶

        (中國傳媒大學(xué) 播音主持藝術(shù)學(xué)院,北京 100024)

        0 引 言

        近幾年,影視技術(shù)更新?lián)Q代的速度有所提升,作為輔助影視拍攝與制作的基礎(chǔ),高動(dòng)態(tài)范圍(High Dynamic Range,HDR)技術(shù)逐漸被人們所熟知。由于不同拍攝方案對(duì)畫面色彩、光線及動(dòng)態(tài)范圍所提出的要求通常存在一定的差異,只有采用不同技術(shù)才能保證拍攝效果達(dá)到預(yù)期,因此,圍繞HDR技術(shù)的應(yīng)用范圍及應(yīng)用要點(diǎn)展開討論很有必要。

        1 HDR多幀合成技術(shù)介紹

        1.1 定 義

        HDR所描述的對(duì)象是高動(dòng)態(tài)圖像,簡單來說,就是動(dòng)態(tài)范圍較大,同時(shí)色彩細(xì)節(jié)豐富的圖像[1]。相較于標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍(Standard Dynamic Range,SDR),HDR的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在色彩豐富、色域深廣以及細(xì)節(jié)處理精細(xì)等方面。HDR現(xiàn)已在影視行業(yè)得到了極為廣泛的應(yīng)用。

        1.2 算 法

        使用HDR技術(shù)合成圖像的步驟如下:

        第一步,圖像配準(zhǔn),以圖像處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為前提,對(duì)輸入圖像進(jìn)行精確配準(zhǔn);

        第二步,對(duì)曝光不同的圖像進(jìn)行處理,獲得對(duì)應(yīng)輻射度圖像;

        第三步,分別對(duì)各輻射度圖像的權(quán)重值進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)權(quán)重值合成圖像。

        曝光時(shí)長、CMOS灰度與輻照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,可通過以下公式進(jìn)行描述:

        式中:E(i,j)代表圖像i對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)j的輻照度,T(i)代表曝光時(shí)長。

        1.3 應(yīng)用原理

        HDR技術(shù)的特點(diǎn)體現(xiàn)在色域方面,具有十分深廣的色域,可被用來對(duì)不同照明度下的畫面細(xì)節(jié)進(jìn)行突出?,F(xiàn)階段,該技術(shù)主要被用來對(duì)客體存在明顯光影差異的畫面進(jìn)行拍攝。例如,利用相機(jī)連續(xù)拍攝某客體,通常會(huì)獲得曝光度存在一定差異的多張照片,在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用HDR技術(shù)對(duì)拍攝所獲得照片進(jìn)行合成處理,便可獲得具有廣泛色域的圖像[2]。

        2 影視拍攝中HDR多幀合成的應(yīng)用要點(diǎn)

        作為一種拍攝并制作影像的方法,HDR技術(shù)多應(yīng)用在拍攝環(huán)節(jié)和后期制作環(huán)節(jié)。本文選擇從該技術(shù)所具有的特性出發(fā),對(duì)應(yīng)用場景及要點(diǎn)進(jìn)行說明。

        2.1 明暗交替

        圖1所示為某電影畫面截圖,其中夜景畫面由燭火燈光、暗夜構(gòu)成,明暗反差明顯,使得該畫面呈現(xiàn)出了極強(qiáng)的立體感與層次感,既沒有因燭燈的存在而出現(xiàn)畫面整體泛白的情況,又巧妙地弱化了夜晚拍攝所造成的影響,有效規(guī)避了畫面晦澀暗淡的問題。雖然亭臺(tái)上部與天空相連,卻沒有出現(xiàn)混沌不清的情況,人們能夠清晰地勾勒出亭臺(tái)的形狀。之所以能夠達(dá)到這樣的效果,主要是因?yàn)楣ぷ魅藛T應(yīng)用了HDR技術(shù),通過還原真實(shí)細(xì)節(jié)的方式,使畫面擁有了更廣的動(dòng)態(tài)范圍和更理想的質(zhì)感。

        圖1 電影截圖

        2.2 強(qiáng)光特寫

        對(duì)人物進(jìn)行攝錄時(shí),多數(shù)攝影師均不會(huì)使用HDR技術(shù),這是因?yàn)?,過于細(xì)膩的面部表情會(huì)在一定程度上放大人物面部的缺陷,進(jìn)而使人們的觀看體驗(yàn)受到影響[3]?,F(xiàn)階段,HDR技術(shù)主要被用來對(duì)強(qiáng)光特寫鏡頭進(jìn)行處理,這是因?yàn)槿祟惖拿娌看嬖诙鄠€(gè)轉(zhuǎn)折面,在燈光、陽光的照射下,極易出現(xiàn)一側(cè)炫光、另一側(cè)陰影的情況。應(yīng)用HDR技術(shù),可將炫光以及陰影消除,使面部特征更加自然、和諧。如果情節(jié)需要對(duì)角色進(jìn)行突出,攝影師往往會(huì)采取擴(kuò)大光圈的做法,雖然這樣做能夠凸顯背景細(xì)節(jié),卻會(huì)造成面部過度曝光的情況,反之,縮小光圈能夠避免面部過曝,但又會(huì)弱化畫面所具有的沖擊力。此時(shí)應(yīng)用HDR技術(shù),既能夠保留細(xì)節(jié),又可以避免畫面背景明暗失調(diào),強(qiáng)化角色所具有的立體感。

        2.3 宏大風(fēng)景

        對(duì)宏大風(fēng)景進(jìn)行拍攝時(shí),HDR技術(shù)主要被用來彌補(bǔ)海洋與天空、天空與陸地間所存在的反差。電影《楚門的世界》有這樣的一幕畫面:在陽光的映射下,海面所反射的光線、太陽以及海面近景三者之間表現(xiàn)出了巨大反差。若不使用HDR技術(shù),傳統(tǒng)設(shè)備攝錄通常無法獲得理想的畫面,無法在保證近景帆船、海面和人物表情得到展現(xiàn)的前提下,對(duì)遠(yuǎn)景太陽、云層狀態(tài)進(jìn)行勾勒。照射在海面上的光線并沒有出現(xiàn)絢白的情況,而是以極為自然且和諧的狀態(tài)與海面進(jìn)行了融合。由此可見,對(duì)色彩、光線變化極為復(fù)雜的宏大場景而言,僅憑借常規(guī)設(shè)備進(jìn)行拍攝,極易受到光影對(duì)比的影響,導(dǎo)致無法有效捕捉細(xì)節(jié)。應(yīng)用HDR技術(shù),有利于色彩、光線的展現(xiàn)?;诖怂@得的影像作品,通常能夠達(dá)到光線均勻、畫面細(xì)膩的要求。

        2.4 逆光+強(qiáng)光

        電影《非凡任務(wù)》有大量室內(nèi)鏡頭均使用了逆光拍攝手法,其特點(diǎn)是遠(yuǎn)景亮、近景暗。在晴朗的戶外,環(huán)境照度值約為40 000~120 000 lux,如圖2 的電影畫面所示,前景為水面,受太陽照射、波光反射影響,對(duì)應(yīng)環(huán)境照度值可達(dá)80 000 lux,背光照度僅有500 lux,遠(yuǎn)近景對(duì)比明顯,實(shí)景動(dòng)態(tài)范圍較攝像機(jī)所能容納的范圍更大[4]。沒有利用HDR技術(shù)進(jìn)行處理時(shí),工作人員往往無法做到將亮處的河水等遠(yuǎn)景與背光的環(huán)境及人物充分融合。室內(nèi)逆光、室外強(qiáng)光所形成的光比數(shù)值比現(xiàn)有攝像機(jī)所規(guī)定的動(dòng)態(tài)范圍略大,應(yīng)用HDR技術(shù)是必然選擇。

        圖2 《非凡任務(wù)》截圖

        3 HDR多幀合成在畫面制作中的應(yīng)用研究

        3.1 雙視頻軌道

        對(duì)畫面進(jìn)行后期制作的常規(guī)方法是在將雙視頻軌道參數(shù)調(diào)整為過曝、欠曝的基礎(chǔ)上,設(shè)置相應(yīng)的人物與場景,隨后通過合成不同影像的方式得到最終畫面。采用這種方法,面臨一些問題,主要是現(xiàn)有攝錄設(shè)備中具備雙視頻軌道的設(shè)備占比較小,在制作資金有限的情況下,多數(shù)劇組都會(huì)選擇使用傳統(tǒng)設(shè)備完成攝錄、制作影片的工作。然而,雙軌功能與同時(shí)攝錄不同,該功能強(qiáng)調(diào)以AB軌交錯(cuò)為前提,拍攝處于靜止或緩慢運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的對(duì)象,若攝錄對(duì)象存在快速移動(dòng)的情況,極易使畫面出現(xiàn)模糊或重影的問題,此時(shí)便需要工作人員進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整,以保證畫面可達(dá)到拍攝要求。

        3.2 雙機(jī)位拍攝

        雙機(jī)位拍攝的重點(diǎn)是同時(shí)使用參數(shù)不同的兩組設(shè)備進(jìn)行錄制。在實(shí)際操作環(huán)節(jié),工作人員通常將兩組設(shè)備的狀態(tài)設(shè)置成過曝、欠曝,通過后期制作的方式,對(duì)曝光系數(shù)不同的兩組圖像進(jìn)行合成,獲得相應(yīng)的HDR圖像。同時(shí)使用兩組設(shè)備進(jìn)行錄制,錄制支架所需的穩(wěn)定性難以得到保證,反光鏡片、三棱鏡出現(xiàn)光學(xué)畸變的情況難以避免,這使得影像完全重合的難度較高。鑒于此,有關(guān)人員提出,應(yīng)在后期制作時(shí)分別對(duì)兩組影像進(jìn)行調(diào)整,保證二者能夠完全重合。該技術(shù)存在合成質(zhì)量不穩(wěn)定、拍攝步驟煩瑣的缺陷,隨著影視行業(yè)的進(jìn)步,該技術(shù)已逐漸退出歷史舞臺(tái)。

        3.3 更改拍攝格式

        利用RAW格式進(jìn)行拍攝,可解決上述方法所存在的問題。RAW格式的特點(diǎn)是不對(duì)文件進(jìn)行壓縮處理,保證拍攝信息及元數(shù)據(jù)可得到完整記錄。作為記錄利用CCD/CMOS對(duì)光信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換所對(duì)應(yīng)電平高低的載體,RAW格式可以被簡單地理解為對(duì)攝影元件所獲得的電信號(hào)進(jìn)行處理所獲得的文件。應(yīng)用RAW格式,設(shè)備通常會(huì)自動(dòng)生產(chǎn)涵蓋白平衡、飽和度及對(duì)比度的文件,最大限度地保留圖像信息,為影視畫面的制作提供便利。

        要充分發(fā)揮RAW格式的優(yōu)勢,關(guān)鍵是要掌握具體的拍攝方法。影像制作有手動(dòng)制作、自動(dòng)制作兩種方法。手動(dòng)制作是先對(duì)各特殊區(qū)域進(jìn)行遮罩處理,再通過手動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)的方式完成細(xì)節(jié)處理工作,該方法需要對(duì)畫面進(jìn)行逐幀處理,工作量大,工作難度高[5]。隨著計(jì)算機(jī)算法的持續(xù)優(yōu)化,自動(dòng)合成算法應(yīng)運(yùn)而生,既能夠減輕工作人員的負(fù)擔(dān),又可以保證處理效果達(dá)到預(yù)期。

        以RAW拍攝前期影像、HDR合成后期畫面為例,自動(dòng)合成的步驟如下。

        第一步,拍攝曝光正常的RAW影像,獲得分別存儲(chǔ)音頻及視頻數(shù)據(jù)的文件夾,根據(jù)各場景的拍攝需求,對(duì)DNG圖像進(jìn)行選擇。

        第二步,利用RAW軟件對(duì)DNG圖像進(jìn)行處理,獲得對(duì)應(yīng)過曝、欠曝圖像,酌情調(diào)整曝光參數(shù),確保在過曝情況下,僅憑借人眼便能準(zhǔn)確辨別暗處細(xì)節(jié),同時(shí)在欠曝情況下,人們能夠看清亮處細(xì)節(jié)。

        第三步,在調(diào)色軟件內(nèi)導(dǎo)入過曝、正常及欠曝照片,自動(dòng)生成動(dòng)態(tài)范圍較高的圖像。

        使用這種方法,工作人員僅需調(diào)整某場景的單幀畫面,便可通過批量處理的方式獲得相應(yīng)的合成圖像。

        4 結(jié) 語

        將HDR技術(shù)用于影視制作,可使常規(guī)制作技術(shù)較易出現(xiàn)的光影問題迎刃而解,通過對(duì)影像細(xì)節(jié)進(jìn)行全面展示的方式,充分滿足人們的觀影需求。在具體應(yīng)用中,工作人員應(yīng)了解該技術(shù)所適用的場景,只有將其應(yīng)用于適宜的場景,才能使技術(shù)優(yōu)勢得到充分發(fā)揮。可以預(yù)見的是,隨著科技的進(jìn)步,HDR技術(shù)必然會(huì)朝著更加精準(zhǔn)且高效的方向前進(jìn),其應(yīng)用潛力巨大。

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