数字抠像技术在后期特效项目教学中的实践研究
田维
摘 要：抠像是电影中较重要的技术之一。在影视拍摄中，经常有无法进行实拍的情况，例如：飞跃峡谷、爆炸等，或者说是需要大量人力的场景，例如成千上万的观众，科幻场景等。想要取得较好的效果，就需要使用抠像技术了。对于这一技术，我们经常采用蓝幕或者绿幕作为背景进行拍摄。
关键词：数字抠像；后期特效；项目教学；实践研究
1 数字抠像技术概述
数字抠像技术在电影、电视、教育、虚拟仿真等方面得到普遍的应用。它将影视拍摄与艺术创作完美地结合起来，可以在影片中添加物体，从而给观众带来强烈的视觉震撼和身临其境的感受。数字抠像技术用于提取图像、视频的主要物体，并将提取物体合成到新场景，这种基于图像的操作方法在某种前提下能够实现对复杂物体的表现和操作，本文主要研究数字抠像技术在后期特效项目中的应用。
2 数字抠像原理
要完成抠像工作，必须估算出图像的前景F 、背景B和不透明度α。设图像I包含N个像素，用z表示像素下标，那么每个像素Iz可以用前景色Fz、背景色Bz和不透明度αz的线性合成。合成公式表示如下：
Iz=αzFz+（1-αz）Bz
其中αz∈[0，1]。当αz=1时，表示该像素为前景；当αz=0 时，表示该像素为背景；
当0<αz<1时，表示该像素为前景和背景的叠加。大多数人以主观视觉满意程度作为评价标准，也就是说，图像细节清楚、不模糊、且有较强的真实感，即为高质量的抠像。这里给出一些关于抠像定性的评价标准，并用于评价文中的抠像质量。
（1）没有颜色沾粘
（2）细节清楚、不模糊
（3）图像不闪烁
3 数字抠像技术在后期特效项目教学中的实践研究
抠像是电影中较重要的技术之一。在影视拍摄中，经常有无法进行实拍的情况，例如：飞跃峡谷、爆炸等，或者说是需要大量人力的场景，例如成千上万的观众，科幻场景等。想要取得较好的效果，就需要使用抠像技术了。对于这一技术，我们经常采用蓝幕或绿幕作为背景进行拍摄。要想把图形抠干净，不光需要掌握抠像软件，在教学中让学生掌握如何布光、摄像机的设置和对绿屏范围的监控等。
3.1 抠像布光
罗杰·迪金斯说；“光并不来自灯，光来自物体、场景和白天，而不是灯，灯本不该被提及。比如说脸上的烛光，你“看见”的蜡烛，看不到别的光。我们只会看到光是否符合主题。所以需要通过室内布光来模拟室内外的光效。在教学实践中研究得出布光设置如下图
一是灯光分类：让学生了解主光源、辅光源、背景光、屏幕光四种光的特点与功能。二是灯光布局：布光分为角色与屏幕布光，角色布光是主光源、辅光源、背景光照亮角色使其与背景颜色进行区分。屏幕布光在绿幕前使用两盏柔光灯照亮绿布、尽量布面保持平整；绿幕的打光尽量要均匀、尽量在曝光点附近，以反射光为主，同时角色与绿幕之间保持1米以上的距离，保证前景的人或物不会被绿幕的绿色反射到；最好给人物和前景打上比较明显的轮廓光，以便后期抠像。三是拍摄技巧：在拍摄有绿幕的镜头时，镜头尽量不要动；如镜头运动，需使用轨迹记录仪；拍摄包含绿幕的镜头需要使用测光仪记录详尽的现场信息，如：感光度、焦距、色温等。如果搭建绿棚，绿幕不要出现绿色（如草地、树木等）；如必须出现则改搭蓝棚。
3.2 摄像机的设置
布光之后，摄像机的图像传感器记录被摄物体。记录的图像能否抠干净对于暖色的光照场景使用蓝幕能更好的进行区分。而对于冷色或者日光光照场景则使用绿幕更好。在胶片上，绿色层有极好的颗粒结构。在NTSC制式的视频上，绿色信号有较高的采样率。数码信号是以RGB、红绿蓝分别成为不同的通道当单独看某个通道时，就有了红色 蓝色和绿色通道他们最大的区别在于绿色包含了所有的亮度信息它的背景最亮 對比度最大而红色和蓝色包含了大半彩色信息如果看看不同通道的色差，会发现绿色比红色色差小。背景有点噪点绿色比蓝色的色差小 噪点稍多，但是是不同的噪点，缺一不可。于是我们得到了绿色小于红色小于蓝色，得到了这张图片但是绿色没了，它整体删除了于是我们得到了这张包含抠得完美蒙版。
摄影机的图像传感器被设置成能够获取光线、这取决于摄像机的质量、传感器的类型和摄像机传感器的分辨率。普通摄像机最低采样率是4：1：1（图：3.2.1）表示绿色信息是红色或者蓝色的四倍。如果是720P以上的传感器 即1280*720像素可以抠出较干净的，因为删除的是绿色信息中的亮度，而彩色信息保留在红色蓝色通道中。高清专业摄像机是Bayer模式采样比例4：2：2（图：3.2.1），它代表的范围是1080p到2000p的摄像机，绿色的信息是蓝色红色的两倍。如果掌握好可以抠出不错的绿布，用于拍摄电影的摄影机在4000p以上采样比例4：4：4（图：3.2.1）， 红绿蓝值相等可以完全抠除干净。
3.3 Keylight抠像
使用adobe onlocation进行色彩的监控，观察监视器来校准绿布色彩，保证后期能抠出纯净的绿屏。得到视频之后导入到Affter Effcet 中添加Keylight效果进行绿屏抠。Keylight是用于蓝屏绿屏的一个真实的通道提取、色差抠像程序。它也会考虑到运动模糊、迅速分散毛发、反光、透明度，有许多控制项、包括溢色控制、蒙版控制。通过前期灯光布局与摄像机反复测试最终能够把绿色抠出。
3.4 后期合成
在最终的画面里，除了把绿幕抠出还需要和多个图层进行组合并进行艺术性的处理才能达到逼真效果在合成过程中需要注意以下几点：一是保证素材的精细度、在教学中使用高清摄像机获取的图像，可以有很多的，二是暗部的色相与明度是否统一。暗部的色相与明度的匹配统一，往往关系到素材和CG场景是否处于同一个真实场景的问题，特别是明度的匹配上。三是素材抠像是否有白边。绿幕抠像往往有抠不准的时候，但白边问题一定是个关键，我们经常看到实拍合不上CG的东西正是因为有白边的存在。四是实拍素材更好的与CG素材结合。使用light warp让边缘与背景融合，从而达到真实的效果。
参考文献
[1].杜振龙.图像-视频抠像技术的研究.[D].浙江.浙江大学计算机科学与技术学院2007
[2].阳伟.数字抠像技术的研究应用.[D]成都.电子科技大学. 2013
摘 要：抠像是电影中较重要的技术之一。在影视拍摄中，经常有无法进行实拍的情况，例如：飞跃峡谷、爆炸等，或者说是需要大量人力的场景，例如成千上万的观众，科幻场景等。想要取得较好的效果，就需要使用抠像技术了。对于这一技术，我们经常采用蓝幕或者绿幕作为背景进行拍摄。
关键词：数字抠像；后期特效；项目教学；实践研究
1 数字抠像技术概述
数字抠像技术在电影、电视、教育、虚拟仿真等方面得到普遍的应用。它将影视拍摄与艺术创作完美地结合起来，可以在影片中添加物体，从而给观众带来强烈的视觉震撼和身临其境的感受。数字抠像技术用于提取图像、视频的主要物体，并将提取物体合成到新场景，这种基于图像的操作方法在某种前提下能够实现对复杂物体的表现和操作，本文主要研究数字抠像技术在后期特效项目中的应用。
2 数字抠像原理
要完成抠像工作，必须估算出图像的前景F 、背景B和不透明度α。设图像I包含N个像素，用z表示像素下标，那么每个像素Iz可以用前景色Fz、背景色Bz和不透明度αz的线性合成。合成公式表示如下：
Iz=αzFz+（1-αz）Bz
其中αz∈[0，1]。当αz=1时，表示该像素为前景；当αz=0 时，表示该像素为背景；
当0<αz<1时，表示该像素为前景和背景的叠加。大多数人以主观视觉满意程度作为评价标准，也就是说，图像细节清楚、不模糊、且有较强的真实感，即为高质量的抠像。这里给出一些关于抠像定性的评价标准，并用于评价文中的抠像质量。
（1）没有颜色沾粘
（2）细节清楚、不模糊
（3）图像不闪烁
3 数字抠像技术在后期特效项目教学中的实践研究
抠像是电影中较重要的技术之一。在影视拍摄中，经常有无法进行实拍的情况，例如：飞跃峡谷、爆炸等，或者说是需要大量人力的场景，例如成千上万的观众，科幻场景等。想要取得较好的效果，就需要使用抠像技术了。对于这一技术，我们经常采用蓝幕或绿幕作为背景进行拍摄。要想把图形抠干净，不光需要掌握抠像软件，在教学中让学生掌握如何布光、摄像机的设置和对绿屏范围的监控等。
3.1 抠像布光
罗杰·迪金斯说；“光并不来自灯，光来自物体、场景和白天，而不是灯，灯本不该被提及。比如说脸上的烛光，你“看见”的蜡烛，看不到别的光。我们只会看到光是否符合主题。所以需要通过室内布光来模拟室内外的光效。在教学实践中研究得出布光设置如下图
一是灯光分类：让学生了解主光源、辅光源、背景光、屏幕光四种光的特点与功能。二是灯光布局：布光分为角色与屏幕布光，角色布光是主光源、辅光源、背景光照亮角色使其与背景颜色进行区分。屏幕布光在绿幕前使用两盏柔光灯照亮绿布、尽量布面保持平整；绿幕的打光尽量要均匀、尽量在曝光点附近，以反射光为主，同时角色与绿幕之间保持1米以上的距离，保证前景的人或物不会被绿幕的绿色反射到；最好给人物和前景打上比较明显的轮廓光，以便后期抠像。三是拍摄技巧：在拍摄有绿幕的镜头时，镜头尽量不要动；如镜头运动，需使用轨迹记录仪；拍摄包含绿幕的镜头需要使用测光仪记录详尽的现场信息，如：感光度、焦距、色温等。如果搭建绿棚，绿幕不要出现绿色（如草地、树木等）；如必须出现则改搭蓝棚。
3.2 摄像机的设置
布光之后，摄像机的图像传感器记录被摄物体。记录的图像能否抠干净对于暖色的光照场景使用蓝幕能更好的进行区分。而对于冷色或者日光光照场景则使用绿幕更好。在胶片上，绿色层有极好的颗粒结构。在NTSC制式的视频上，绿色信号有较高的采样率。数码信号是以RGB、红绿蓝分别成为不同的通道当单独看某个通道时，就有了红色 蓝色和绿色通道他们最大的区别在于绿色包含了所有的亮度信息它的背景最亮 對比度最大而红色和蓝色包含了大半彩色信息如果看看不同通道的色差，会发现绿色比红色色差小。背景有点噪点绿色比蓝色的色差小 噪点稍多，但是是不同的噪点，缺一不可。于是我们得到了绿色小于红色小于蓝色，得到了这张图片但是绿色没了，它整体删除了于是我们得到了这张包含抠得完美蒙版。
摄影机的图像传感器被设置成能够获取光线、这取决于摄像机的质量、传感器的类型和摄像机传感器的分辨率。普通摄像机最低采样率是4：1：1（图：3.2.1）表示绿色信息是红色或者蓝色的四倍。如果是720P以上的传感器 即1280*720像素可以抠出较干净的，因为删除的是绿色信息中的亮度，而彩色信息保留在红色蓝色通道中。高清专业摄像机是Bayer模式采样比例4：2：2（图：3.2.1），它代表的范围是1080p到2000p的摄像机，绿色的信息是蓝色红色的两倍。如果掌握好可以抠出不错的绿布，用于拍摄电影的摄影机在4000p以上采样比例4：4：4（图：3.2.1）， 红绿蓝值相等可以完全抠除干净。
3.3 Keylight抠像
使用adobe onlocation进行色彩的监控，观察监视器来校准绿布色彩，保证后期能抠出纯净的绿屏。得到视频之后导入到Affter Effcet 中添加Keylight效果进行绿屏抠。Keylight是用于蓝屏绿屏的一个真实的通道提取、色差抠像程序。它也会考虑到运动模糊、迅速分散毛发、反光、透明度，有许多控制项、包括溢色控制、蒙版控制。通过前期灯光布局与摄像机反复测试最终能够把绿色抠出。
3.4 后期合成
在最终的画面里，除了把绿幕抠出还需要和多个图层进行组合并进行艺术性的处理才能达到逼真效果在合成过程中需要注意以下几点：一是保证素材的精细度、在教学中使用高清摄像机获取的图像，可以有很多的，二是暗部的色相与明度是否统一。暗部的色相与明度的匹配统一，往往关系到素材和CG场景是否处于同一个真实场景的问题，特别是明度的匹配上。三是素材抠像是否有白边。绿幕抠像往往有抠不准的时候，但白边问题一定是个关键，我们经常看到实拍合不上CG的东西正是因为有白边的存在。四是实拍素材更好的与CG素材结合。使用light warp让边缘与背景融合，从而达到真实的效果。
参考文献
[1].杜振龙.图像-视频抠像技术的研究.[D].浙江.浙江大学计算机科学与技术学院2007
[2].阳伟.数字抠像技术的研究应用.[D]成都.电子科技大学. 2013
