Klíčování - Chroma key
Horní panel: Rámeček v plně pohyblivém videu natočeném v hercově obývacím pokoji.
Dolní panel: Odpovídající rámeček ve finální verzi, ve které se herec vydává za Baracka Obamu „objevujícího se“ mimo východní místnost Bílého domu .
Kompozice chromových klíčů nebo chroma klíčování je technika vizuálních efektů a postprodukce pro skládání (vrstvení) dvou obrazů nebo video streamů společně na základě barevných odstínů ( rozsah barev ). Tato technika byla použita v mnoha oblastech k odstranění pozadí z předmětu fotografie nebo videa - zejména v odvětví zpravodajství , filmu a videoher . Barevný rozsah záběrů v popředí je zprůhledněn, což umožňuje do scény vložit samostatně natočené záběry na pozadí nebo statický obrázek. Technika chroma klíčování se běžně používá ve video produkci a postprodukci. Tato technika je také označována jako barevný klíčování , barevné separace překrytí ( CSO , primárně BBC ), nebo různé, pokud jde o specifická barva související varianty, jako je zelená obrazovka nebo modré obrazovce ; chroma klíčování lze provést s pozadím jakékoli barvy, které je jednotné a odlišné, ale častěji se používá zelené a modré pozadí, protože se nejvíce liší odstínem od jakékoli barvy lidské kůže . Žádná část fotografovaného nebo fotografovaného předmětu nesmí duplikovat barvu použitou jako podklad nebo část může být chybně identifikována jako součást pozadí.
Obvykle se používá pro vysílání předpovědi počasí, ve kterých je moderátor zpráv obvykle vidět stát před velkou mapou CGI během živých televizních zpravodajských relací, ale ve skutečnosti je to velké modré nebo zelené pozadí. Pomocí modré obrazovky jsou do částí obrázku, ve kterých je barva modrá, přidány různé mapy počasí. Pokud má moderátor zprávy modré oblečení, bude jeho oblečení nahrazeno také videem na pozadí. Klíčování chroma je také běžné v zábavním průmyslu pro vizuální efekty ve filmech a videohrách. Rotoskopii lze místo toho provádět na předmětech, které nejsou před zelenou (nebo modrou) obrazovkou. Sledování pohybu lze také použít ve spojení s chroma klíčováním, například k pohybu pozadí při pohybu objektu.
Dějiny
Předchůdci
Před zavedením cestují kamínků a optické tisk , dvojité expozice byl použit pro zavedení prvků do scény, které nebyly přítomny v počáteční expozici. To bylo provedeno pomocí černé drapérie, kde by se dnes používala zelená obrazovka. George Albert Smith poprvé použil tento přístup v roce 1898. V roce 1903, Velká vlaková loupež od Edwina S. Portera použila dvojitou expozici k přidání scén na pozadí do oken, která byla černá při natáčení na scéně, pomocí odpadkového matu odhalila pouze oblasti oken.
Aby se figury v jedné expozici skutečně mohly pohybovat před nahrazeným pozadím ve druhém, byl zapotřebí cestovní mat, aby se v každém snímku zatemnila správná část pozadí. V roce 1918 si Frank Williams nechal patentovat techniku cestování matem, opět založenou na použití černého pozadí. To bylo použito v mnoha filmech, například v Neviditelném muži .
Ve 20. letech 20. století použil Walt Disney do svých Alice Comedies bílou kulisu, aby do svých Alice Comedies zahrnul lidské herce s kreslenými postavičkami a pozadím .
Modrá obrazovka
Metoda modré obrazovky byla vyvinuta ve třicátých letech minulého století v RKO Radio Pictures . V RKO použil Linwood Dunn ranou verzi putovní matné k vytvoření „stěračů“ - kde byly přechody jako stěrač ve filmech jako Flying Down to Rio (1933). Připsaná na Larryho Butlera , scéna představující džina unikajícího z láhve byla prvním použitím správného procesu bluescreen k vytvoření putovní maty pro The Thief of Bagdad (1940), který toho roku získal Oscara za nejlepší speciální efekty . V roce 1950 začal zaměstnanec Warner Brothers a bývalý vědecký pracovník společnosti Kodak Arthur Widmer pracovat na ultrafialovém cestování s matným procesem. Také začal vyvíjet bluescreen technik: jeden z prvních filmů, které používají jim byl 1958 adaptace na Ernest Hemingway novela, Stařec a moře , hrát Spencera Tracyho .
Název „Chroma-Key“ byl obchodní název RCA pro tento proces, jak se používá v jeho televizním vysílání NBC , zahrnující patenty udělené Albertovi N. Goldsmithovi z RCA. Velmi rané použití vysílání bylo NBC George Gobel Show na podzim 1957.
Petro Vlahos získal Cenu Akademie za zdokonalení těchto technik v roce 1964. Jeho technika využívá skutečnosti, že většina objektů ve scénách reálného světa má barvu, jejíž složka modré barvy je intenzitou podobná složce zelené barvy. Zbigniew Rybczyński také přispěl k technologii bluescreen. Optický tiskárna se dvěma projektory, filmové kamery a „rozdělovač paprsků“, byl použit k kombinovat herce před modré obrazovce společně s pozadím záběry, jeden snímek najednou. Na začátku 70. let začaly americké a britské televizní sítě používat pro svá zpravodajství místo modré zelené pozadí. V 80. letech minulého století byly k ovládání optické tiskárny použity minipočítače . K filmu The Empire Strikes Back , Richard Edlund vytvořil „quad optické tiskárny“, která výrazně urychlila proces a ušetřené peníze. Za svoji inovaci obdržel speciální Cenu Akademie .
Po celá desetiletí musely být cestovní matné záběry prováděny „uzamčeny“, takže ani matný objekt, ani pozadí nemohly vůbec posunout perspektivu fotoaparátu. Později tento problém zmírnily kamery s časovým řízením a počítačem , protože popředí i pozadí bylo možné natáčet stejným pohybem kamery.
Meteorologové v televizi často používají polní monitor k okraji obrazovky, aby viděli, kam dávají ruce proti obrázkům na pozadí. Novější technikou je promítnutí slabého obrazu na obrazovku.
Některé filmy hojně využívají chroma klíč k přidání pozadí, která jsou vytvořena výhradně pomocí počítačem generovaných snímků (CGI). Představení z různých záběrů lze skládat dohromady, což umožňuje hercům, aby byli natočeni samostatně a poté umístěni společně do stejné scény. Chroma key umožňuje účinkujícím vypadat, že jsou na jakémkoli místě, aniž by museli opustit studio.
Pokroky v počítačové technologii zjednodušily začlenění pohybu do složených záběrů, a to i při použití ručních kamer. Na barevné pozadí lze umístit referenční body, jako je malovaná mřížka, X označené páskou nebo rovnoměrně rozmístěné tenisové míčky, které slouží jako značky. V postprodukci může počítač pomocí těchto značek vypočítat polohu kamery a vykreslit tak obraz, který dokonale odpovídá perspektivě a pohybu popředí. Moderní pokroky v softwaru a výpočetní síle odstranily potřebu přesně umístit značky - software zjišťuje jejich polohu ve vesmíru; potenciální nevýhodou je, že vyžaduje pohyb kamery, což může přispět k moderním kinematografickým technikám, při nichž je kamera vždy v pohybu.
Proces
Hlavní objekt je natočen nebo vyfotografován na pozadí sestávajícím z jedné barvy nebo relativně úzkého rozsahu barev, obvykle modré nebo zelené, protože tyto barvy jsou považovány za nejvzdálenější od odstínu pleti. Části videa, které odpovídají předem vybrané barvě, budou nahrazeny alternativním videem na pozadí. Tento proces je běžně známý jako „ klíčování “, „klíčování“ nebo jednoduše „klíč“.
Zpracování zeleného pozadí
Zelená se používá jako pozadí pro televizní a elektronickou kinematografii více než jiné barvy, protože televizní moderátori počasí měli tendenci nosit modré obleky. Když se chroma klíčování poprvé začalo používat v televizní produkci, modrá obrazovka, která byla tehdy ve filmovém průmyslu normou, byla používána ze zvyku, dokud jiné praktické úvahy nezpůsobily přechod televizního průmyslu od modré k zelené obrazovce. Barevné televizní kamery v kvalitě vysílání používají oddělené snímače obrazu červené, zelené a modré barvy a rané analogové chroma klíčovače analogové televize vyžadovaly pro spolehlivé fungování komponentního videa RGB. Z technologického hlediska bylo stejně možné použít modrý nebo zelený kanál, ale protože modré oblečení bylo trvalou výzvou, zelená obrazovka se začala běžně používat. Zpravodajové někdy zapomínají na oblékací kód chroma klíče, a když je klíč aplikován na oblečení stejné barvy jako pozadí, zdá se, že člověk do klíče zmizí. Vzhledem k tomu, že zelené oblečení je méně běžné než modré, brzy se ukázalo, že je snazší používat zelenou matnou obrazovku, než neustále kontrolovat výběr oblečení u talentů ve vzduchu. Protože je lidské oko citlivější na zelené vlnové délky, které leží uprostřed spektra viditelného světla, měl zelený analogový video kanál obvykle větší sílu signálu a lepší poměr signálu k šumu ve srovnání s ostatními komponentními video kanály, takže klávesy na zelené obrazovce mohly produkovat nejčistší klíč. Ve věku digitální televize a kina byla většina vylepšení, která byla nutná k vytvoření klíče dobré kvality, automatizována. Jedinou konstantou, která zůstává, je však určitá úroveň koordinace barev, která by zabránila klíčování subjektů v popředí.
Zpracování modrého pozadí
Před elektronickým chroma klíčováním se skládalo na (chemickém) filmu. Barevný negativ fotoaparátu byl vytištěn na vysoce kontrastní černobílý negativ pomocí filtru nebo barevné citlivosti filmu s vysokým kontrastem, aby byly odhaleny pouze modré (a vyšší) frekvence. Modré světlo prosvítá pouze barevným negativem tam, kde ve scéně není modrá, takže film zůstal čistý na místě, kde byla modrá obrazovka, a jinde neprůhledný, kromě toho, že také produkoval jasný pro všechny bílé objekty (protože také obsahovaly modrou barvu). Odstranění těchto skvrn lze provést vhodnou dvojitou expozicí s barevným pozitivem (čímž se jakákoli oblast obsahující červenou nebo zelenou neprůhlednou) a mnoha dalšími technikami. Výsledkem byl film, kde bylo jasné, kde je modrá obrazovka, a všude jinde neprůhledný. Tomu se říká ženský mat , podobný alfa matu v digitálním klíčování. Kopírováním tohoto filmu na jiný vysoce kontrastní negativ vznikl opačný samčí mat . Negativ na pozadí byl poté zabalen do samičího matu a vystaven na finální pás filmu, poté byl negativ kamery zabalen do samčího matu a byl dvakrát vytištěn na stejný film. Tyto dva obrázky v kombinaci vytvářejí konečný efekt.
Hlavní faktory
Nejdůležitějším faktorem pro klíč je barevné oddělení popředí (předmět) a pozadí (obrazovka) - modrá obrazovka se použije, pokud je objekt převážně zelený (například rostliny), přestože je fotoaparát citlivější na zelené světlo.
V analogové barevné televizi je barva reprezentována fází chromové nosné vzhledem k referenčnímu oscilátoru. Chroma key je dosaženo porovnáním fáze videa s fází odpovídající předem zvolené barvě. Fázové části videa jsou nahrazeny alternativním videem na pozadí.
V digitální barevné televizi představují barvu tři čísla (úrovně intenzity červené, zelené a modré). Chroma key je dosaženo jednoduchým numerickým porovnáním mezi videem a předem zvolenou barvou. Pokud se barva v určitém bodě obrazovky shoduje (buď přesně, nebo v rozsahu), pak je video v tomto bodě nahrazeno alternativním pozadím.
Osvětlení
Aby se vytvořila iluze, že postavy a objekty, které jsou natočeny, jsou přítomny v zamýšlené scéně na pozadí, musí být osvětlení těchto dvou scén přiměřenou shodou. U venkovních scén vytváří zatažené dny rozptýlené, rovnoměrně barevné světlo, které lze ve studiu snáze sladit, zatímco přímé sluneční světlo je třeba sladit jak ve směru, tak v celkové barvě podle denní doby.
Studiový snímek pořízený před zelenou obrazovkou bude mít přirozeně okolní světlo stejnou barvu jako obrazovka, kvůli jeho rozptylu světla. Tento účinek je známý jako rozlití . To může vypadat nepřirozeně nebo to může způsobit zmizení částí postav, takže je třeba to kompenzovat nebo se tomu vyhnout použitím větší obrazovky umístěné daleko od herců.
Fotoaparát
Hloubka pole použitá k záznamu scény před barevnou obrazovkou by měla odpovídat pozadí. To může znamenat záznam herců s větší hloubkou ostrosti, než je obvyklé.
Oblečení
Subjekt chroma klíče se musí vyvarovat nošení oblečení, které má podobnou barvu jako barva (barvy) chroma klíče (pokud to není záměrné, např. Nosit zelený top, aby to vypadalo, že subjekt nemá tělo), protože oblečení může být nahrazeno obrázek/video na pozadí. Příkladem záměrného použití tohoto je, když herec nosí modrou pokrývku na části svého těla, aby byl v závěrečném záběru neviditelný. Touto technikou lze dosáhnout efektu podobného tomu, který se používá ve filmech o Harrym Potterovi, k vytvoření efektu neviditelného maskování . Herec může být také natočen na pozadí s chroma klíčem a vložen do záběru pozadí s efektem zkreslení, aby se vytvořil plášť, který je okrajově detekovatelný.
Obtíže se objevují s modrou obrazovkou, když kostým v efektovém záběru musí být modrý, jako například Supermanův tradiční modrý outfit. V 2002 filmu Spider-Man , ve scénách, kde oba Spider-Man a Green Goblin jsou ve vzduchu, Spider-Man měl být zastřelen před zeleným plátnem a zeleného šotka musel být výstřel v přední části modré obrazovka. Barevný rozdíl je v tom, že Spider-Man nosí kostým v červené a modré barvě a Green Goblin v kostýmu, který má úplně zelenou barvu. Pokud by oba byli zastřeleni před stejnou obrazovkou, části jedné postavy by byly ze záběru vymazány.
Pro čisté rozdělení popředí od pozadí je také důležité, aby oblečení a vlasy v popředí měly poměrně jednoduchou siluetu, protože jemné detaily, jako jsou kudrnaté vlasy, nemusí správně vyřešit. Podobně způsobují problémy částečně průhledné prvky kostýmu.
Barva pozadí
Modrá byla původně použita pro speciální efekty televizního chroma klíčování, protože filmový průmysl pro podobné účely používal modré pozadí. Modrá barva byla spojena s modrou emulzní vrstvou filmu se srovnatelným zrnem a detaily ve srovnání s červenou a zelenou vrstvou emulze. V televizi a digitální filmové tvorbě se však zelená stala oblíbenou barvou kvůli některým praktickým úvahám a protože algoritmy ztrátové komprese používané v distribuci analogové i digitální televize zachovávají více detailů v zeleném kanálu. Volba barvy je na efektových umělcích a potřebách konkrétního záběru. Zatímco modrá obrazovka byla uvedena do televizního průmyslu filmovým průmyslem, použití zelených obrazovkových vizuálních efektů bylo zavedeno do filmového průmyslu, protože elektronické zobrazování rozšířilo a nahradilo používání chemických filmových zásob v kině. Také zelené pozadí je upřednostňováno před modrým pro venkovní natáčení, kde by se v rámečku mohla objevit modrá obloha a mohla by být omylem během procesu nahrazena. Přestože jsou zelená a modrá částečně nejběžnější, protože ke kódování spektra viditelného světla se používají červené, zelené a modré složky, lze použít jakoukoli klíčovou barvu. U lidí se červené barvě vyhýbá, protože převládá v odstínech bílé pleti, ale lze ji často použít pro objekty a scény, které nezahrnují lidi.
Takzvaná „ žlutá obrazovka “ se provádí s bílým pozadím. Běžné jevištní osvětlení se používá v kombinaci s jasně žlutou sodíkovou výbojkou. Sodné světlo dopadá téměř výhradně v úzkém frekvenčním pásmu, které lze poté oddělit od druhého světla pomocí hranolu a promítat na samostatný, ale synchronizovaný nosič filmu uvnitř kamery. Tento druhý film je vysoce kontrastní černobílý a je zpracován tak, aby vytvořil matný.
Občas se používá purpurové pozadí, jako v některých softwarových aplikacích, kde je purpurová nebo fuchsie někdy označována jako „magická růžová“.
Novější technikou je použít retroreflexní oponu na pozadí spolu s prstencem jasných LED kolem objektivu fotoaparátu . To nevyžaduje, aby na pozadí svítilo jiné světlo než diody LED, které na rozdíl od velkých pódiových světel využívají extrémně malé množství energie a prostoru , a nevyžadují žádné vybavení . Tento pokrok byl umožněn vynálezem praktických modrých LED diod v 90. letech, které také umožňují smaragdově zelené LED diody.
Existuje také forma barevného klíčování, která využívá pro lidské oko neviditelné světelné spektrum. Nazývá se Thermo-Key a jako barvu klíče používá infračervený port , který by během postprocesingu nebyl nahrazen obrázkem na pozadí .
Pro Star Trek: The Next Generation , An ultrafialovým světlem proces rohože bylo navrženo Don Lee CIS Hollywood a vyvinut Gary Hutzel a zaměstnanci Image G . Jednalo se o fluorescenční oranžové pozadí, které usnadňovalo generování matné barvy , což umožnilo týmu efektů vytvářet efekty ve čtvrtině času potřebného pro jiné metody.
Jako chroma klíč lze místo plné barvy v zásadě použít jakýkoli typ statického pozadí. Nejprve je zachyceno pozadí bez herců nebo jiných prvků v popředí; poté se scéna zaznamená. Obrázek pozadí slouží ke zrušení pozadí ve skutečných záběrech; například v digitálním obrázku bude mít každý pixel jiný chroma klíč. To je někdy označováno jako rozdíl matný . To však usnadňuje nechtěné odstranění objektů, pokud jsou shodné s pozadím, nebo pozadí zůstává kvůli šumu fotoaparátu nebo pokud se náhodou mírně změní z referenčních záběrů. Pozadí s opakujícím se vzorem mnohé z těchto problémů zmírňuje a může být méně citlivé na barvu šatníku než jednobarevné kulisy.
Tolerance
Rovnoměrné osvětlení
Největší výzvou při nastavení modré nebo zelené obrazovky je rovnoměrné osvětlení a vyhýbání se stínům, protože je nejlepší vyměnit co nejužší barevný rozsah. Stín by se fotoaparátu představoval jako tmavší barva a nemusí se zaregistrovat k výměně. Někdy to lze pozorovat u nízkorozpočtových nebo živých přenosů, kde nelze chyby ručně opravit nebo znovu načíst scény. Použitý materiál ovlivňuje kvalitu a snadnost rovnoměrného osvětlení. Materiály, které jsou lesklé, budou mnohem méně úspěšné než materiály, které nejsou. Lesklý povrch bude mít oblasti odrážející světla, takže budou vypadat bledě, zatímco ostatní oblasti mohou být ztmavené. Matný povrch bude rozptylovat odražené světlo a bude mít rovnoměrnější barevný rozsah. Abyste získali nejčistší klíč při fotografování zelené obrazovky, je nutné vytvořit hodnotový rozdíl mezi subjektem a zelenou obrazovkou. Aby bylo možné odlišit objekt od obrazovky, lze použít rozdíl dvou zastávek, a to buď tak, že se zelená obrazovka zvýší o dvě zastávky výše než subjekt, nebo naopak.
Někdy lze k vytvoření vizuálního efektu použít stín. Oblasti modré obrazovky nebo zelené obrazovky se stínem na nich mohou být nahrazeny tmavší verzí požadovaného obrazu na pozadí videa, takže to vypadá, že na ně osoba vrhá stín. Jakékoli rozlití chroma klíčové barvy způsobí, že výsledek bude vypadat nepřirozeně. Rozdíl v ohniskové vzdálenosti použitých čoček může ovlivnit úspěch chroma klíče.
Vystavení
Další výzvou pro modrou nebo zelenou obrazovku je správná expozice fotoaparátu . Podexponování nebo přeexponování barevného pozadí může vést ke špatným úrovním nasycení . V případě videokamer mohou podexponované snímky obsahovat také velké množství šumu . Pozadí musí být dostatečně jasné, aby fotoaparátu umožnilo vytvořit jasný a sytý obraz.
Programování
Pro implementaci barevného klíčování v softwaru existuje několik různých technik optimalizovaných z hlediska kvality a rychlosti.
Ve většině verzí je na každý pixel v obrázku použita funkce f ( r , g , b ) → α . α (alfa) má význam podobný tomu v alfa kompozičních technikách. α ≤ 0 znamená, že pixel je plně na zelené obrazovce, α ≥ 1 znamená, že pixel je zcela v objektu v popředí a střední hodnoty ukazují, že pixel je částečně zakryt objektem v popředí (nebo je průhledný). Další funkce g ( r , g , b ) → ( r , g , b ) je potřebná k odstranění zelené skvrny na objektech v popředí.
Velmi jednoduchá funkce f () pro zelenou obrazovku je A ( r + b ) - Bg, kde A a B jsou uživatelem nastavitelné konstanty s výchozí hodnotou 1,0. Velmi jednoduché g () je ( r , min ( g , b ), b ). To je docela blízko schopnostem analogového a filmového tažení obrazovky.
Moderní příklady těchto funkcí nejlépe popisují dva uzavřené vnořené povrchy ve 3D RGB prostoru, často dost složité. Barvy uvnitř vnitřního povrchu jsou považovány za zelenou obrazovku. Barvy mimo vnější povrch jsou neprůhledné v popředí. Barvy mezi povrchy jsou částečně zakryty, jsou více neprůhledné, čím blíže jsou k vnějšímu povrchu. Někdy se používá více uzavřených povrchů, aby se určilo, jak odstranit zelené skvrny. Je také velmi běžné, že f () závisí na více než jen na barvě aktuálního pixelu, může také použít polohu ( x , y ), hodnoty blízkých pixelů, hodnotu z referenčních obrázků nebo statistický barevný model scénu a hodnoty z masek kreslených uživateli. Ty produkují uzavřené povrchy v prostoru s více než třemi rozměry.
Jiná třída algoritmů se pokouší zjistit 2D cestu, která odděluje popředí od pozadí. Tato cesta může být výstupem nebo může být obrázek nakreslen vyplněním cesty α = 1 jako posledním krokem. Příkladem takového algoritmu je použití aktivního obrysu . Většina výzkumů v posledních letech byla věnována těmto algoritmům.
Viz také
|