視頻后期制作中調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調色畫面色彩控制技術。在分析了視頻后期制作中HDR調色畫面色彩控制問題的基礎上，設計一套新的控制技術，根據圖像像素非線性映射關系計算高動態(tài)范圍圖像信息，進行HDR調色畫面圖像合成；通過色調映射的方式，將HDR調色畫面動態(tài)范圍進行等比例縮放；對整體亮度與色彩進行補償，保證視頻圖像中的各項信息更清晰地展現(xiàn)。經實驗證明，應用此次設計技術視頻分辨率遠高于傳統(tǒng)技術。

關鍵詞：視頻后期制作；HDR；調色技術；圖像合成；色彩控制技術

導語

人眼能夠有效識別的光亮范圍十分廣泛，通常情況下在夜視到強光閃范圍內，人眼的識別度可高達1010量級。而傳統(tǒng)數(shù)字視頻圖像當中，其動態(tài)范圍通常不會超過100：1，并且普通攝像機的識別能力遠遠達不到人眼的識別范圍，進而容易產生視頻圖像中曝光度過高或過低的現(xiàn)象，影響視頻對真實場景的獲取能力，進而影響制作者想要表達的實際感受。[1]視頻后期制作中的HDR是指高動態(tài)光照渲染，是一種能夠表現(xiàn)實際場景中某一范圍零度變化的具體圖像資源。在HDR圖像當中，像素可以正比于實際場景中相對應的亮度值。通過HDR可以將實際場景中的光亮區(qū)與昏暗區(qū)細節(jié)更好地保留。對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應R通道、G通道和B通道，三個通道進行合成。[2]目前HDR調色畫面合成通常采用色調映射算法完成，在控制過程中可能會造成R、G、B三個通道的顏色差異被大幅度壓縮，造成色彩失真問題產生，嚴重影響圖像的原始效果，并降低圖像與實際場景的相似度。針對這一問題，本文開展視頻后期制作中HDR調色畫面色彩控制技術研究。

1.視頻后期制作中HDR調色畫面色彩控制問題分析

1.1畫面色彩調色原則

對視頻后期制作中的HDR調色畫面進行色彩控制，通常應當按照技術原則與視頻藝術原則完成。技術原則是為了保證視頻圖像的質量達到相應的要求，通過對色彩進行控制，有效彌補在對實際場景進行拍攝時，鏡頭內部圖像與實際場景之間的差異與瑕疵。由于在實際視頻拍攝過程中，光線會受到周圍環(huán)境、時間變化等因素的影響，同時在實際拍攝時，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，會出現(xiàn)光比和色溫差異較大的問題。同時，不同的攝像機機位之間也會存在一定的光色差異，在后續(xù)視頻剪輯的過程中，不同的光色差異會造成畫面不連續(xù)、穿幫等問題。[4]通過對視頻圖像進行色彩調節(jié)，可以有效改善光比和色彩差異問題。在具體調色過程中，還需要在保證視頻圖像整體效果的基礎上，對不同層次和色調比例關系進行控制與調節(jié)，并保證原始圖像中間細節(jié)關系不破壞，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整體調色控制

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

1.3局部調色控制

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

2.視頻后期制作中HDR調色畫面色彩控制

2.1HDR調色畫面圖像合成

根據視頻圖像在拍攝過程中的成像原理得出，在某一特定的場景中，實際亮度值與其對應的視頻圖像像素之間存在某種非線性映射關系。而這種映射關系要求即為攝像機相應曲線，對該曲線進行標定是對HDR調色畫面色彩控制的關鍵。根據標定曲線，得出需要進行色彩控制的HDR調色畫面對應通道中每個像素點的輻射照度數(shù)值，其計算公式為：（1）公式（1）中，表示為調色通道中每個像素點的輻射照度數(shù)值；表示為第j個視頻圖像畫面中第i個像素點的像素值大??；表示為平滑曲線目標函數(shù)；表示為第j個視頻圖像畫面中具體曝光持續(xù)時間。由于不同視頻圖像的曝光時間存在較大差異，因此部分像素點在短曝下效果更好，另一部分像素點在長曝下效果更好。[7]為了保證在HDR調色畫面中出現(xiàn)更加優(yōu)質的像素點，需要將x長視頻圖像融合在一起計算每個像素點對應的照度值。因此，本文引入三角帽型權值函數(shù)，得出如公式（2）所示輻射照度數(shù)值計算公式：（2）公式（2）中，表示為三角帽型權值函數(shù)。根據公式（2）計算出視頻圖像畫面中每個像素點對應的輻射照度值，并由計算得出的數(shù)據得到對應實際場景中的高動態(tài)范圍圖像信息，完成HDR調色畫面圖像合成。

2.2HDR調色畫面色調映射

當前現(xiàn)行的顯示設備當中，對視頻圖像的動態(tài)顯示范圍僅可達到100：1的比例，即使通過上述操作獲取到HDR調色畫面，依然無法在顯示設備當中將其展示。以此，本文通過色調映射的方式，將HDR調色畫面動態(tài)范圍進行等比例縮放，使其能夠與對應的動態(tài)顯示設備匹配。[8]在壓縮量度范圍時，應當充分利用原始場景中的對比度、亮度、色調等特性。采用全局色調映射的方式，對HDR調色畫面照度值進行壓縮，得到相應灰度值的圖像，其過程可以用如下公式表示：（3）公式（3）中，表示為HDR調色畫面壓縮后灰度值大小；表示為灰度最大值；表示為灰度最小值；表示為實際場景的照度最大值；表示為偏移量。通常情況下，通過手動控制偏移量可以看作是一個反復試錯的過程。因此，為了降低手動操作造成的誤差，并在一定程度上節(jié)約控制時間，需要結合一種算法對偏移量進行自動控制。圖1為HDR調色畫面RGB三通道響應曲線。由圖1中三條RGB三通道響應曲線可以得出，實際場景照度的平均值，但在實際應用中，場景內的照度值可能存在為零的現(xiàn)象。因此，在對其進行計算時可能無效。為了盡可能避免上述問題發(fā)生，將偏移量設置為最優(yōu)取值，即=0.001。通過偏移量的調節(jié)，控制HDR調色畫面色調映射過程。

2.3HDR調色畫面亮度與色彩補償控制

完成對HDR調色畫面色調映射過程控制后，為保證視頻圖像中的各項信息更清晰地展現(xiàn)，還需要對畫面的整體亮度與色彩進行補償。本文利用視頻后期制作軟件，通過其相應的亮度曲線、色階等命令執(zhí)行完成，根據視頻圖像制作者對其畫面的相應要求，對畫面進行亮度、色階、曝光度、飽和度、色彩平衡等重新進行補償調節(jié)。[9]通過對畫面色彩平衡度進行調節(jié)，將畫面色偏校正。當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，通過影視后期制作軟件中的色彩調節(jié)曲線、色階等功能對其進行二次色彩控制。通過軟件中的色彩平衡功能，針對視頻圖像中單個色彩進行變化。由于在實際操作過程中，對單個色彩變換會同時影響到周圍色彩發(fā)生改變。[10]因此，在實際操作過程中，應當在補償時，遵循以下幾點要求：第一，當視頻圖像色彩控制完畢后，仍然存在的偏色問題通常不會只局限在畫面中的某一個顏色上。因此，當畫面一旦出現(xiàn)偏色現(xiàn)象時，往往會波及視頻圖像中的所有畫面，因此在校正過程中應當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，應當采用中性灰色完成，通常情況下，中性灰色是彌補色偏現(xiàn)象最有效的手段。第三，在選擇中性灰色校正時，色彩控制應當時刻注意人眼視覺所感受到的色彩。圖像中其他色彩發(fā)生改變會影響人眼對灰色的視覺感受發(fā)生改變，因此當出現(xiàn)這種問題時應利用顏色面板對話框中的吸管工具對顏色的色值進行精準的讀取。最后，在對畫面亮度與色彩進行補償時，應當盡可能選擇該顏色對應的補償顏色。

3.對比實驗

實驗選取五個視頻作為實驗對象，每個視頻長度均為10min，視頻原始分辨率分別為320×240ppi、480×240ppi、800×600ppi、1152×768ppi、1400×1200ppi，利用此次設計技術與傳統(tǒng)技術對該五個視頻進行hdr調試畫面色彩控制。實驗中兩種控制技術均選用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，實驗以控制后視頻的分辨率作為實驗結果，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，通過對比兩種控制技術應用后視頻分辨率，分析兩種控制技術的適用性和有效性，實驗結果如下表所示。從上表中可以得知，利用此次設計技術，視頻分辨率有了明顯地提升，并且分辨率提升值遠遠大于傳統(tǒng)技術，控制后視頻的分辨率遠超過傳統(tǒng)控制技術，證明此次設計的hdr調色畫面色彩控制技術可以有效提高視頻的清晰度，相比較傳統(tǒng)技術更適用于視頻后期制作中HDR調色畫面色彩控制，具有良好的控制效果。

4結語

此次對視頻后期制作中HDR調色畫面色彩控制技術進行了研究，針對傳統(tǒng)技術存在的不足設計了一個新的控制技術，并利用實驗論證了該技術具有較高的可靠性和可行性，對提高視頻畫面色彩分辨率和清晰度，有效把控視頻畫質具有重要作用，同時也為視頻后期制作中HDR調色畫面色彩控制提供了參考依據。此次研究雖然取得了一定的研究成果，但是個人能力有限，提出的控制技術仍在某些方面存在一些不足之處，今后還需要在該方面進行進一步探究，促進視頻后期制作技術發(fā)展。

作者:孫龍 單位:上海東方傳媒技術有限公司