視頻后期制作中調(diào)色畫面色彩控制探析

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摘要：由于目前現(xiàn)有的控制技術(shù)視頻畫面清晰度提升效果不夠明顯，分辨率較低，本文提出視頻后期制作中HDR調(diào)色畫面色彩控制技術(shù)。在分析了視頻后期制作中HDR調(diào)色畫面色彩控制問題的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一套新的控制技術(shù)，根據(jù)圖像像素非線性映射關(guān)系計(jì)算高動(dòng)態(tài)范圍圖像信息，進(jìn)行HDR調(diào)色畫面圖像合成；通過色調(diào)映射的方式，將HDR調(diào)色畫面動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行等比例縮放；對(duì)整體亮度與色彩進(jìn)行補(bǔ)償，保證視頻圖像中的各項(xiàng)信息更清晰地展現(xiàn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，應(yīng)用此次設(shè)計(jì)技術(shù)視頻分辨率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：視頻后期制作；HDR；調(diào)色技術(shù)；圖像合成；色彩控制技術(shù)

導(dǎo)語(yǔ)

人眼能夠有效識(shí)別的光亮范圍十分廣泛，通常情況下在夜視到強(qiáng)光閃范圍內(nèi)，人眼的識(shí)別度可高達(dá)1010量級(jí)。而傳統(tǒng)數(shù)字視頻圖像當(dāng)中，其動(dòng)態(tài)范圍通常不會(huì)超過100：1，并且普通攝像機(jī)的識(shí)別能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人眼的識(shí)別范圍，進(jìn)而容易產(chǎn)生視頻圖像中曝光度過高或過低的現(xiàn)象，影響視頻對(duì)真實(shí)場(chǎng)景的獲取能力，進(jìn)而影響制作者想要表達(dá)的實(shí)際感受。[1]視頻后期制作中的HDR是指高動(dòng)態(tài)光照渲染，是一種能夠表現(xiàn)實(shí)際場(chǎng)景中某一范圍零度變化的具體圖像資源。在HDR圖像當(dāng)中，像素可以正比于實(shí)際場(chǎng)景中相對(duì)應(yīng)的亮度值。通過HDR可以將實(shí)際場(chǎng)景中的光亮區(qū)與昏暗區(qū)細(xì)節(jié)更好地保留。對(duì)于色彩較為鮮艷的圖像而言，通常需要在視頻后期制作過程中將其分別對(duì)應(yīng)R通道、G通道和B通道，三個(gè)通道進(jìn)行合成。[2]目前HDR調(diào)色畫面合成通常采用色調(diào)映射算法完成，在控制過程中可能會(huì)造成R、G、B三個(gè)通道的顏色差異被大幅度壓縮，造成色彩失真問題產(chǎn)生，嚴(yán)重影響圖像的原始效果，并降低圖像與實(shí)際場(chǎng)景的相似度。針對(duì)這一問題，本文開展視頻后期制作中HDR調(diào)色畫面色彩控制技術(shù)研究。

1.視頻后期制作中HDR調(diào)色畫面色彩控制問題分析

1.1畫面色彩調(diào)色原則

對(duì)視頻后期制作中的HDR調(diào)色畫面進(jìn)行色彩控制，通常應(yīng)當(dāng)按照技術(shù)原則與視頻藝術(shù)原則完成。技術(shù)原則是為了保證視頻圖像的質(zhì)量達(dá)到相應(yīng)的要求，通過對(duì)色彩進(jìn)行控制，有效彌補(bǔ)在對(duì)實(shí)際場(chǎng)景進(jìn)行拍攝時(shí)，鏡頭內(nèi)部圖像與實(shí)際場(chǎng)景之間的差異與瑕疵。由于在實(shí)際視頻拍攝過程中，光線會(huì)受到周圍環(huán)境、時(shí)間變化等因素的影響，同時(shí)在實(shí)際拍攝時(shí)，鏡頭的順序與拍攝順序存在不一致的情況。[3]因此，不同視頻在連接的過程中，會(huì)出現(xiàn)光比和色溫差異較大的問題。同時(shí)，不同的攝像機(jī)機(jī)位之間也會(huì)存在一定的光色差異，在后續(xù)視頻剪輯的過程中，不同的光色差異會(huì)造成畫面不連續(xù)、穿幫等問題。[4]通過對(duì)視頻圖像進(jìn)行色彩調(diào)節(jié)，可以有效改善光比和色彩差異問題。在具體調(diào)色過程中，還需要在保證視頻圖像整體效果的基礎(chǔ)上，對(duì)不同層次和色調(diào)比例關(guān)系進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，并保證原始圖像中間細(xì)節(jié)關(guān)系不破壞，通過小范圍的光亮比例修正提升視頻圖像的整體效果。

1.2整體調(diào)色控制

針對(duì)視頻后期制作中的HDR調(diào)色畫面，在進(jìn)行整體調(diào)色控制時(shí)，應(yīng)當(dāng)針對(duì)畫面中整體的明暗區(qū)域走向進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證后續(xù)校色工作的順利進(jìn)行。通過整體調(diào)色控制不僅可以在最大程度上修復(fù)視頻圖像曝光度過高的問題，保持畫面中色彩的平衡，同時(shí)還能夠與制作者的相應(yīng)訴求相結(jié)合，通過更加生動(dòng)的色彩，詮釋畫面的整體制作思想。同時(shí)，在實(shí)際調(diào)色過程中，還應(yīng)配合播放視頻的設(shè)備基調(diào)，適當(dāng)增加冷、暖色調(diào)，提高視頻圖像的整體色彩情緒。

1.3局部調(diào)色控制

局部調(diào)色控制是針對(duì)視頻后期制作中，HDR調(diào)色畫面中，某一視頻圖像的特殊區(qū)域進(jìn)行色彩控制。在進(jìn)行控制前，首先應(yīng)當(dāng)按照色彩的變化規(guī)律，對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行劃分，防止調(diào)色影響整個(gè)視頻圖像內(nèi)容。利用剪輯軟件當(dāng)中的色鍵與曲線遮罩功能，完成局部調(diào)色控制區(qū)域的選定。[5]最終通過色彩控制的效果，與局部區(qū)域的調(diào)色控制質(zhì)量有著緊密的聯(lián)系。當(dāng)前，大多數(shù)調(diào)色軟件當(dāng)中均采用HSL色鍵對(duì)圖像中的相似色調(diào)進(jìn)行選擇。在視頻圖像實(shí)際拍攝時(shí)，由于局部顏色會(huì)隨著光照出現(xiàn)不同深度，因此，在調(diào)色控制過程中應(yīng)當(dāng)采用更加柔和的色鍵，對(duì)物體的不同明暗處根據(jù)需要進(jìn)行不同的調(diào)節(jié)。同時(shí)，在對(duì)具體進(jìn)行調(diào)色控制時(shí)，也可選擇單鍵單點(diǎn)或多點(diǎn)累加的方式完成。[6]通過多種參數(shù)調(diào)節(jié)的相互合作，可以更加精準(zhǔn)需求需要進(jìn)行局部調(diào)色的區(qū)域。

2.視頻后期制作中HDR調(diào)色畫面色彩控制

2.1HDR調(diào)色畫面圖像合成

根據(jù)視頻圖像在拍攝過程中的成像原理得出，在某一特定的場(chǎng)景中，實(shí)際亮度值與其對(duì)應(yīng)的視頻圖像像素之間存在某種非線性映射關(guān)系。而這種映射關(guān)系要求即為攝像機(jī)相應(yīng)曲線，對(duì)該曲線進(jìn)行標(biāo)定是對(duì)HDR調(diào)色畫面色彩控制的關(guān)鍵。根據(jù)標(biāo)定曲線，得出需要進(jìn)行色彩控制的HDR調(diào)色畫面對(duì)應(yīng)通道中每個(gè)像素點(diǎn)的輻射照度數(shù)值，其計(jì)算公式為：（1）公式（1）中，表示為調(diào)色通道中每個(gè)像素點(diǎn)的輻射照度數(shù)值；表示為第j個(gè)視頻圖像畫面中第i個(gè)像素點(diǎn)的像素值大小；表示為平滑曲線目標(biāo)函數(shù)；表示為第j個(gè)視頻圖像畫面中具體曝光持續(xù)時(shí)間。由于不同視頻圖像的曝光時(shí)間存在較大差異，因此部分像素點(diǎn)在短曝下效果更好，另一部分像素點(diǎn)在長(zhǎng)曝下效果更好。[7]為了保證在HDR調(diào)色畫面中出現(xiàn)更加優(yōu)質(zhì)的像素點(diǎn)，需要將x長(zhǎng)視頻圖像融合在一起計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的照度值。因此，本文引入三角帽型權(quán)值函數(shù)，得出如公式（2）所示輻射照度數(shù)值計(jì)算公式：（2）公式（2）中，表示為三角帽型權(quán)值函數(shù)。根據(jù)公式（2）計(jì)算出視頻圖像畫面中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輻射照度值，并由計(jì)算得出的數(shù)據(jù)得到對(duì)應(yīng)實(shí)際場(chǎng)景中的高動(dòng)態(tài)范圍圖像信息，完成HDR調(diào)色畫面圖像合成。

2.2HDR調(diào)色畫面色調(diào)映射

當(dāng)前現(xiàn)行的顯示設(shè)備當(dāng)中，對(duì)視頻圖像的動(dòng)態(tài)顯示范圍僅可達(dá)到100：1的比例，即使通過上述操作獲取到HDR調(diào)色畫面，依然無(wú)法在顯示設(shè)備當(dāng)中將其展示。以此，本文通過色調(diào)映射的方式，將HDR調(diào)色畫面動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行等比例縮放，使其能夠與對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)顯示設(shè)備匹配。[8]在壓縮量度范圍時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分利用原始場(chǎng)景中的對(duì)比度、亮度、色調(diào)等特性。采用全局色調(diào)映射的方式，對(duì)HDR調(diào)色畫面照度值進(jìn)行壓縮，得到相應(yīng)灰度值的圖像，其過程可以用如下公式表示：（3）公式（3）中，表示為HDR調(diào)色畫面壓縮后灰度值大??；表示為灰度最大值；表示為灰度最小值；表示為實(shí)際場(chǎng)景的照度最大值；表示為偏移量。通常情況下，通過手動(dòng)控制偏移量可以看作是一個(gè)反復(fù)試錯(cuò)的過程。因此，為了降低手動(dòng)操作造成的誤差，并在一定程度上節(jié)約控制時(shí)間，需要結(jié)合一種算法對(duì)偏移量進(jìn)行自動(dòng)控制。圖1為HDR調(diào)色畫面RGB三通道響應(yīng)曲線。由圖1中三條RGB三通道響應(yīng)曲線可以得出，實(shí)際場(chǎng)景照度的平均值，但在實(shí)際應(yīng)用中，場(chǎng)景內(nèi)的照度值可能存在為零的現(xiàn)象。因此，在對(duì)其進(jìn)行計(jì)算時(shí)可能無(wú)效。為了盡可能避免上述問題發(fā)生，將偏移量設(shè)置為最優(yōu)取值，即=0.001。通過偏移量的調(diào)節(jié)，控制HDR調(diào)色畫面色調(diào)映射過程。

2.3HDR調(diào)色畫面亮度與色彩補(bǔ)償控制

完成對(duì)HDR調(diào)色畫面色調(diào)映射過程控制后，為保證視頻圖像中的各項(xiàng)信息更清晰地展現(xiàn)，還需要對(duì)畫面的整體亮度與色彩進(jìn)行補(bǔ)償。本文利用視頻后期制作軟件，通過其相應(yīng)的亮度曲線、色階等命令執(zhí)行完成，根據(jù)視頻圖像制作者對(duì)其畫面的相應(yīng)要求，對(duì)畫面進(jìn)行亮度、色階、曝光度、飽和度、色彩平衡等重新進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)。[9]通過對(duì)畫面色彩平衡度進(jìn)行調(diào)節(jié)，將畫面色偏校正。當(dāng)完成色彩控制后的視頻圖像中，仍然出現(xiàn)飽和過度或飽和不足的現(xiàn)象時(shí)，通過影視后期制作軟件中的色彩調(diào)節(jié)曲線、色階等功能對(duì)其進(jìn)行二次色彩控制。通過軟件中的色彩平衡功能，針對(duì)視頻圖像中單個(gè)色彩進(jìn)行變化。由于在實(shí)際操作過程中，對(duì)單個(gè)色彩變換會(huì)同時(shí)影響到周圍色彩發(fā)生改變。[10]因此，在實(shí)際操作過程中，應(yīng)當(dāng)在補(bǔ)償時(shí)，遵循以下幾點(diǎn)要求：第一，當(dāng)視頻圖像色彩控制完畢后，仍然存在的偏色問題通常不會(huì)只局限在畫面中的某一個(gè)顏色上。因此，當(dāng)畫面一旦出現(xiàn)偏色現(xiàn)象時(shí)，往往會(huì)波及視頻圖像中的所有畫面，因此在校正過程中應(yīng)當(dāng)從畫面的整體角度考慮。第二，在利用視頻后期制作軟件校正畫面色彩時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用中性灰色完成，通常情況下，中性灰色是彌補(bǔ)色偏現(xiàn)象最有效的手段。第三，在選擇中性灰色校正時(shí)，色彩控制應(yīng)當(dāng)時(shí)刻注意人眼視覺所感受到的色彩。圖像中其他色彩發(fā)生改變會(huì)影響人眼對(duì)灰色的視覺感受發(fā)生改變，因此當(dāng)出現(xiàn)這種問題時(shí)應(yīng)利用顏色面板對(duì)話框中的吸管工具對(duì)顏色的色值進(jìn)行精準(zhǔn)的讀取。最后，在對(duì)畫面亮度與色彩進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能選擇該顏色對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償顏色。

3.對(duì)比實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)選取五個(gè)視頻作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，每個(gè)視頻長(zhǎng)度均為10min，視頻原始分辨率分別為320×240ppi、480×240ppi、800×600ppi、1152×768ppi、1400×1200ppi，利用此次設(shè)計(jì)技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)該五個(gè)視頻進(jìn)行hdr調(diào)試畫面色彩控制。實(shí)驗(yàn)中兩種控制技術(shù)均選用Windows2008操作系統(tǒng)上操作，記錄視頻后期制作過程中色彩控制后，視頻的分辨率，實(shí)驗(yàn)以控制后視頻的分辨率作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分辨率表示視頻的清晰度，分辨率越高表示控制后視頻畫面越清晰，分辨率越低則表示控制后視頻畫面清晰度越低，通過對(duì)比兩種控制技術(shù)應(yīng)用后視頻分辨率，分析兩種控制技術(shù)的適用性和有效性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。從上表中可以得知，利用此次設(shè)計(jì)技術(shù)，視頻分辨率有了明顯地提升，并且分辨率提升值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)技術(shù)，控制后視頻的分辨率遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)控制技術(shù)，證明此次設(shè)計(jì)的hdr調(diào)色畫面色彩控制技術(shù)可以有效提高視頻的清晰度，相比較傳統(tǒng)技術(shù)更適用于視頻后期制作中HDR調(diào)色畫面色彩控制，具有良好的控制效果。

4結(jié)語(yǔ)

此次對(duì)視頻后期制作中HDR調(diào)色畫面色彩控制技術(shù)進(jìn)行了研究，針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)存在的不足設(shè)計(jì)了一個(gè)新的控制技術(shù)，并利用實(shí)驗(yàn)論證了該技術(shù)具有較高的可靠性和可行性，對(duì)提高視頻畫面色彩分辨率和清晰度，有效把控視頻畫質(zhì)具有重要作用，同時(shí)也為視頻后期制作中HDR調(diào)色畫面色彩控制提供了參考依據(jù)。此次研究雖然取得了一定的研究成果，但是個(gè)人能力有限，提出的控制技術(shù)仍在某些方面存在一些不足之處，今后還需要在該方面進(jìn)行進(jìn)一步探究，促進(jìn)視頻后期制作技術(shù)發(fā)展。

作者:孫龍 單位:上海東方傳媒技術(shù)有限公司