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        基于RGB分量示波器判讀的綠幕摳像技術(shù)實(shí)驗(yàn)

        2022-04-10 02:49:02王聰
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2022年22期
        關(guān)鍵詞:預(yù)覽示波器亮度

        王聰

        (浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江寧波 315021)

        1 實(shí)驗(yàn)方案

        使用超級鍵技術(shù)的色度摳像技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各類影視行業(yè)中[1],視頻摳像技術(shù)中摳像質(zhì)量的好壞有80%取決于前期拍攝工作[2]。本實(shí)驗(yàn)集中探討在其他拍攝條件相同、影視燈在不同功率下及人物與背景的不同距離的變量情況下,使用效果較好的綠幕背景拍攝[3],得到素材之后,觀測RGB分量示波器中綠色通道的亮度數(shù)值,使用默認(rèn)狀態(tài)下的超級鍵鍵控進(jìn)行摳像處理,比較摳像的結(jié)果,得出不同的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),分析數(shù)據(jù)后,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

        1.1 實(shí)驗(yàn)道具

        實(shí)驗(yàn)拍攝場景選在600m2的實(shí)驗(yàn)室中央位置,關(guān)閉窗簾,此時,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)無其他光線照入。實(shí)驗(yàn)道具有索尼Alpha7S III 相機(jī)、索尼24-70MM 焦距鏡頭、Nanlite 南光原力Forza500 影視燈×3、FEELWORLD LUT6S專業(yè)4K 高亮攝影監(jiān)視器、3m×5m 純棉綠幕,其他道具包括相機(jī)三角架、燈架、背景幕布支架等。軟件技術(shù)使用Adobe premiere cc 2021中的超級鍵,在默認(rèn)參數(shù)下,吸取背景中綠色進(jìn)行摳圖,即主要顏色中使用顏色吸管吸取主體頭部周邊顏色,顏色代碼4C9655。超級鍵參數(shù)分別為:遮罩生成選項(xiàng)中,透明度數(shù)值為45、高光10,陰影5、容差50、基值10;遮罩清除選項(xiàng)中,抑制0、柔化0、對比度0、中間點(diǎn)50;溢出抑制中,降低飽和度25、范圍50、溢出50、亮度50;顏色校正中,飽和度100、色相0、明亮度100。

        1.2 實(shí)驗(yàn)燈光設(shè)置

        實(shí)驗(yàn)拍攝時,對背景打光方法是采用左右45°各一個500W 影視燈,配800mm 柔光箱,燈光角度為平視90°,燈光位置到綠幕的距離為2.2m,以保證亮度的均勻分布[4]。人物燈光為一個500W影視燈,配長方形柔光箱和蛋格,角度為側(cè)面45°,高度為向下45°,影視燈到人物的距離為1.8m。鏡頭焦段為70mm,相機(jī)設(shè)置1/125 快門、6500K 色溫、廣域測光模式、感光度1250 和光圈5.6,相機(jī)到背景的距離為5.5m,并固定機(jī)位進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)采用控制變量法,在相同場景條件下,人物照明燈的功率保持不變,調(diào)整背景影視燈的功率進(jìn)行拍攝,背景影視燈的功率分別采用400W、300W、200W、150W、100W、50W進(jìn)行測試。

        1.3 實(shí)驗(yàn)人與背景距離設(shè)置

        實(shí)驗(yàn)拍攝時,人物與背景幕布的距離是其中的一個實(shí)驗(yàn)變量,基于綠幕摳像的人物和幕布之間需要有一定的距離,距離過近會使照射在綠幕的光線反射到人物身上,從而降低摳像的效果[5]。因此,本實(shí)驗(yàn)中分別采用人與背景之間的距離為1m、2m、3m 和4m 進(jìn)行拍攝,給人物打光的影視燈距離人物1.8m,其他條件保持不變的情況下再進(jìn)行測試。

        2 實(shí)驗(yàn)步驟

        2.1 不同燈光功率的拍攝

        先采用400W 的功率進(jìn)行拍攝,RGB 分量示波器中顯示背景幕布亮度范圍在85~94,平均亮度為90,波動范圍9。調(diào)整影視燈功率為300W進(jìn)行拍攝,RGB分量示波器中的背景幕布亮度為72~83,波動范圍11。調(diào)整影視燈功率為200W 時進(jìn)行拍攝,RGB 分量示波器中顯示背景幕布的亮度范圍在58~71 之間,波動范圍為13。影視燈功率調(diào)整為150W 時進(jìn)行拍攝,RGB分量示波器中顯示的背景幕布亮度范圍為54~67,波動范圍為13。當(dāng)影視燈功率調(diào)整為100W 時,RGB 分量示波器中顯示背景幕布的亮度范圍為46~57,波動范圍為11。當(dāng)影視燈調(diào)整功率在50W 時進(jìn)行拍攝,RGB 分量示波器中顯示的背景幕布亮度范圍為27~38,亮度波動范圍為11。上述數(shù)據(jù)如表1所示。

        表1 不同影視燈功率下的各項(xiàng)參數(shù)值

        2.2 不同人與背景距離的拍攝

        首先,設(shè)置人物與綠幕背景的距離為1m,可以從RGB 分量示波器中觀測到亮度范圍為43~63,波動范圍為20。然后,設(shè)置人物與綠幕背景的距離為2m,可以從RGB 分量示波器中觀測到亮度范圍為47~59,波動范圍為12。再設(shè)置人物與綠幕背景的距離為3m,從RGB 分量示波器中觀測到亮度范圍為46~58,波動范圍為12。再將人物與綠幕背景的距離調(diào)整到4m,此時,RGB分量示波器中亮度范圍為46~58,波動范圍為12。以上數(shù)據(jù)如表2所示。

        表2 不同影視燈功率下的各項(xiàng)參數(shù)值

        3 數(shù)據(jù)分析

        3.1 不同燈光功率的拍攝參數(shù)分析

        從實(shí)驗(yàn)步驟的數(shù)據(jù)顯示,使用不同影視燈功率進(jìn)行拍攝,得到的視頻素材在后期摳像中的效果也不同。如圖1所示,燈光功率在400W,背景顏色亮度與人物面部的顏色亮度有重疊,從預(yù)覽窗口中可以看到背景的綠色明度高,呈現(xiàn)很亮的綠色。通過使用默認(rèn)狀態(tài)下的超級鍵進(jìn)行摳像后,從RGB分量示波器中可以看出背景的亮度范圍分布在8~42,波動范圍為34,而在預(yù)覽窗口中看到背景呈現(xiàn)出大片的灰色,這說明部分背景被摳除。在放大200%的預(yù)覽窗口中,可以看到,人物及頭發(fā)的邊緣都非常清晰,但是背景被摳除得不干凈,呈現(xiàn)灰色狀態(tài)。所以,當(dāng)影視燈功率為400W時,背景幕布在RGB 分量示波器中亮度范圍為4~82,背景仍有殘留。所以,背景顏色亮度與人物面部的顏色亮度有重疊時,摳像效果差[6]。

        圖1 400W 影視燈拍攝實(shí)驗(yàn)效果

        燈光功率設(shè)置在300W 時,背景顏色亮度與人物面部的顏色亮度與400W 功率拍攝的情況相差無幾。如圖2所示,從RGB 分量示波器中可以看出背景的亮度范圍分布在8~41,波動范圍為33,在預(yù)覽窗口中看到背景仍然呈現(xiàn)出大片的灰色,相比較影視燈400W時沒有太大改善。而在放大200%的預(yù)覽窗口中,可以看到,摳像的效果仍然差,無法達(dá)到可以使用的標(biāo)準(zhǔn)。

        圖2 300W 影視燈拍攝實(shí)驗(yàn)效果

        燈光功率為200W和150W時,如圖3所示,使用默認(rèn)狀態(tài)下的超級鍵進(jìn)行摳像,從RGB分量示波器中可以看出200W 功率下背景的亮度范圍在0~10,波動范圍10;150W 功率下背景的亮度范圍在0~5,波動范圍5。這表明大部分的背景已經(jīng)被摳除,只有少部分的背景顏色沒有被摳除。在預(yù)覽窗口中看到背景左側(cè)有大部分的范圍呈現(xiàn)淺灰色,而在人物頭頂和右側(cè)有小部分為淺灰色,這表明背景大部分已經(jīng)被摳除,小部分沒有被摳除干凈。雖然比功率400W 和300W 時的摳像效果要好,但還是無法達(dá)到背景全部摳除的效果,可勉強(qiáng)使用。在放大200%的預(yù)覽窗口中,可以看到,人物頭發(fā)周圍會有少量的灰色包圍,表明人物頭發(fā)周圍的背景沒有被摳除。由此可見,當(dāng)影視燈功率為200W和150W時,使用默認(rèn)狀態(tài)下的超級鍵后,所得到的摳像的結(jié)果雖然不是很好,但能勉強(qiáng)使用。由此可見,如果能夠在前期拍攝時根據(jù)RGB 示波器的判讀調(diào)整相關(guān)參數(shù)符合一定的標(biāo)準(zhǔn),就能夠增加后期摳像的實(shí)際效果,提高素材的可用性[7]。

        圖3 200W 和150W 影視燈拍攝實(shí)驗(yàn)效果

        我們再分析影視燈功率在100W時的情況,如圖4所示,繼續(xù)使用默認(rèn)狀態(tài)下的超級鍵進(jìn)行摳像,從RGB分量示波器中可以看出背景的亮度范圍在0~3,而且背景中心亮度近乎為0,在背景兩側(cè)靠近邊緣位置擁有很少顏色亮度。而在預(yù)覽窗口中看到背景近乎為純凈的黑色,無法觀察出有其他顏色的存在,這表明背景顏色近乎全部摳除,是理想的摳像效果。在放大200%的預(yù)覽窗口中,在人物周圍僅有很細(xì)的灰色線。當(dāng)影視等功率為100W時,背景亮度平均為53,由于人物面部的亮度平均值在80左右,比較接近于人物與背景的最佳光比2∶1,從而得到很好的摳像的效果[8]。

        圖4 100W 影視燈拍攝實(shí)驗(yàn)效果

        影視燈功率在50W時,如圖5所示,使用默認(rèn)狀態(tài)下的超級鍵進(jìn)行摳像后,從RGB分量示波器中可以看出背景的亮度范圍在0~6,波動范圍約為6。而在預(yù)覽窗口中看到背景呈現(xiàn)出肉眼可見的雪花狀灰色,分布平均且廣泛,這表明背景中有少部分的顏色沒有被摳除,會影響到最終的摳像效果,素材可以勉強(qiáng)使用。

        圖5 50W 影視燈拍攝實(shí)驗(yàn)效果

        3.2 不同人物距離拍攝參數(shù)分析

        人物與背景距離為1m,如圖6所示,左半邊背景的顏色亮度范圍為43~62,波動范圍為19;右半邊背景的顏色亮度范圍為50~63,波動范圍為13。由此可見,左半邊的波動范圍比右半邊的波動范圍大。在預(yù)覽窗口中,可以看到,人物頭發(fā)邊緣會被濺射到少許來自背景的綠色反光,是因?yàn)槿宋锞嚯x背景只有1m,且右側(cè)的燈光照射到人物的同時,也會在背景產(chǎn)生人物的陰影,會降低左半邊背景的顏色亮度,讓左半邊背景顏色的最亮與最暗差值變大,波動范圍增大。在預(yù)覽窗口中,人物頭發(fā)邊緣和頭發(fā)中間會夾雜著綠色,原因是綠幕背景反射的光線照射在人物頭發(fā)上。在使用超級鍵進(jìn)行摳像后,從RGB分量示波器中可以看出背景的亮度范圍在0~6,波動范圍約為6。左半邊的亮度范圍和波動情況明顯比右半邊大,在人物陰影的地方會有少許斑點(diǎn)狀的灰色,證明摳像的效果會受到人物的陰影的影響。在放大200%的預(yù)覽窗口中,人物頭發(fā)邊緣參差不齊,邊緣的碎發(fā)已經(jīng)被摳除。摳像的效果不好。

        圖6 人物與背景距離為1m 實(shí)驗(yàn)效果

        然后,設(shè)置人物距離背景2m,如圖7所示,左半邊背景的亮度范圍為49~58,波動范圍為9;右半邊背景的亮度范圍為47~59 之間,波動范圍為12。左半邊波動范圍比右半邊低3,是因?yàn)槿宋锂a(chǎn)生少許陰影落在左側(cè)背景上。在使用默認(rèn)狀態(tài)下的超級鍵進(jìn)行摳像后,從RGB分量示波器中可以看出背景的亮度范圍為0~4,波動范圍為4,背景處沒有灰色斑點(diǎn)。在放大200%的預(yù)覽窗口中,可以看到,人物頭發(fā)邊緣參差不齊的情況減少,證明摳像的效果比1m的摳像效果有所提升。

        圖7 人物與背景距離為2m 實(shí)驗(yàn)效果

        再然后,設(shè)置人物距離背景為3m,如圖8所示,左半邊背景的顏色亮度范圍為46~57,波動范圍為11;右半邊背景的顏色亮度范圍為47~58,波動范圍為11。左半邊與右半邊的背景亮度波動一致,證明人物距離背景為3m 時背景亮度不再受到人物燈光的影響。在使用超級鍵進(jìn)行摳像后,從RGB分量示波器中可以看出背景的亮度范圍在0~2,波動范圍為2,從預(yù)覽窗口中看到背景全部為黑色,證明背景全部被摳除。雖然,理論上人物距離背景越遠(yuǎn),就越不容易被反射光濺射到,但是人物位置越遠(yuǎn),所需要的背景寬度和高度就同步增加,從實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)型的角度考慮[9],人物距離背景3m以上時,可以很好地避免人物被背景的反光濺射到[10]。在放大200%的預(yù)覽窗口中,可以看到,人物頭發(fā)邊緣參差不齊的情況進(jìn)一步減少,人物頭部中間的部分沒有被摳除,頭發(fā)邊緣幾乎無法察覺出灰色細(xì)線,證明摳像效果理想。

        圖8 人物與背景距離為3m 實(shí)驗(yàn)效果

        最后,再設(shè)置人物距離背景為4m,如圖9所示,左半邊與右半邊背景的顏色亮度范圍和波動同3m 的情況一致。在使用超級鍵進(jìn)行摳像之后,無論從預(yù)覽窗口中,還是RGB分量示波器中,得到的結(jié)果同3m的情況非常接近。所以,設(shè)置人物與背景的距離為4m 時,同樣能得到理想的摳像結(jié)果。

        圖9 人物與背景距離為4m 實(shí)驗(yàn)效果

        4 結(jié)語

        通過實(shí)驗(yàn),在相同場景條件下,人物布光燈功率保持不變,調(diào)整背景影視燈的功率進(jìn)行拍攝,當(dāng)100W功率時,在RGB分量示波器中就能夠取得不錯的摳像效果。當(dāng)影視燈功率超過200W 時,會因?yàn)槠涿鞫戎岛椭黧w人物的膚色、服飾的明度值接近或者相同,從而降低摳像的效果。當(dāng)影視燈功率小于50W,綠幕背景的平均亮度低于30 時,會因?yàn)槊鞫戎颠^低,在默認(rèn)參數(shù)的超級鍵下無法被摳除干凈,會留下大片的半透明背景,從而降低摳像效果。

        實(shí)驗(yàn)測得,當(dāng)人物距離幕布>3m時,拍攝得到的背景在RGB分量示波器中波動范圍較小,在后期摳像時能夠得到邊緣完整的效果。如果人物與背景幕布的距離≤2m,人物會被背景的反射光濺射到綠色,使背景在RGB分量示波器中波動范圍增大,同時,人物的邊緣變成綠色,容易在后期摳像中一并摳除,從而得到邊緣不完整的人物摳像效果。因此,當(dāng)人物與背景幕布的距離>3m時,人物不容易被背景反射光濺射到綠色,背景在RGB分量示波器中波動范圍不再減少并趨于穩(wěn)定,能過獲得邊緣較為完整的摳像效果。

        在本實(shí)驗(yàn)中,雖然進(jìn)行了影視燈功率范圍的設(shè)定和人物與背景之間距離兩個方面的實(shí)驗(yàn),為后期摳像效果提供了較好的參考數(shù)據(jù),但是,本實(shí)驗(yàn)始終無法完全將人物細(xì)節(jié)(如頭發(fā))很精細(xì)地與背景進(jìn)行分離。反思之后,如果在拍攝時添加一個影視燈,給人物添加背光,使人物頭發(fā)或者衣服邊緣更加明顯,顯著區(qū)別于背景,或能得到更好的摳像效果。

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