数字高清电视制作中色键器的应用

摘要：随着电视技术的发展，对于虚拟技术的运用越来越广，这就对节目中画面的调像提出了更高的技术要求。而色键器作为关键的技术设备，在抠像、调像过程中起着举足轻重的作用。正是基于其先进的图像处理技术、合理的算法以及多功能的可靠性，使得前景与背景的结合更为精细和逼真。本文结合实际工作经验，讨论Ultimatte色键器在数字高清电视节目制作过程中视觉调像方面的应用。

关键词：演播室 色键器 抠像 色溢

中图分类号：TN948 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）05-0088-02

数字虚拟演播室的出现，为电视节目制作方式带来了一场变革，运用色键抠像技术与电脑虚拟现实相结，将摄像机拍摄的图像与电脑制作的虚拟场景完美的结合起来，这种节目制作方式使得电视创作和制作人员摆脱了以往时间、空间及道具的限制。为演播室节目制作提供了更为广阔的想象、创作空间。而色键技术直接决定着电视画面的质量，怎样使前景与背景融和得更为自然逼真，成为了色键技术的核心问题。随着电视技术的不断革新，色键器的功能越来越强大和完善，智能化程度越来越高，然而有关它应用方面的论述相对较少，本文试图结合实际工作经验，对国内虚拟演播室中，应用较为广泛的Ultimatte色键器在视觉调像方面的应用提出一些建议。

1 色键器的发展

色键技术的发展与电视技术的发展如影相随，经历了模拟复合、模拟分量、数字标清、数字高清等阶段。色键器分为非线性色键和线性色键两种类型。非线性色键是开关式的色键处理，其键信号所控制的视频切换开关始终处在接通或断开状态，因此它只能在前景和背景画面间做切换式处理，合成图像中前景图像不是全透过就是全不透过其后的背景图像。所得画面处理效果十分生硬，缺乏真实感。线性色键是在进入数字电视时代后，对数字格式的视频做键处理。主要是借用了计算机的图像处理软件中ALPHA通道分层技术的精髓，计算前景图像每个像素的R/G/B的数值，按比例合成前景和背景图像。通过对计算方式的修改得到精细化的画面处理结果，使得前景和背景的画面合成更为自然逼真。目前，国内虚拟演播室中，应用比较广泛的是Ultimatte系列色键器，本文将以Ultimatte为例探讨线性色键器的功能与应用。

2 Ultimatte色键器的实际操作

2.1 色键器的工作原理

色键器通过对前景图像中所有像素点R/G/B数值的计算生成蒙版信号，然后用蒙版分别与前景信号和背景信号进行运算，最后将它们合成。生成蒙版信号的算法是抠像操作中的核心，蒙版信号既对前景画面中的蓝箱部分具有抑制容度，又能在背景画面中表现出前景的阴影、烟雾、半透明等效果。通过色键器的各选项操作可以对每个像素点R/G/B数值进行运算调整，从而有针对性地解决调像中的实际问题。

2.2 色键器的基本操作

2.2.1 系统配置设置

色键器是靠指触式屏幕的控制面板来调整所有的参数，面板中的按钮功能选择较为简洁。在日常使用中我们先要调整好摄像机信号到合适的光圈，使进入色键器的前景信号达到正常幅度，没有信号限幅的现象。然后点击“File Clear”键，将所有状态清零。进入“Config”菜单，选“Files”文件将不同摄像机关联相应的Key设置文件。选择“In/Out Configure”选项进入“Input Setup”，选择Input1 Time To Input2.完成输入信号匹配，Input1是摄像机信号，Input2是场景信号。在“Frame Delay Input1/2/3”信号延时设置中将延时设为1-2帧，这一选项可以解决声音微延时造成的声画不同步现象。

2.2.2 背景色采样

在完成基本配置后，进行抠像操作，选择“Matte On”进行自动抠像，如果效果不佳，需要手动选择采样点进行抠像。在“Matte”菜单中，选择“Screen Color”用上下和左右两个旋钮来调整采样点的位置。选“Kernel Size”调整采样点的大小；选“Use Scrn Color”使用此采样点进行抠像。

2.2.3 抠像微调

完成基本配置后，画面效果如果还不堪理想，还需要进一步微调。微调主要集中在“Matte”菜单中。在Matte视图预监中，黑白画面的键信号，主体呈现黑色，背景为白色。用“Clear Up Level”除去背景中的黑色。而灰色区域对应的是主持人的衣服，需要调整“Black Gloss”直至键信号的不正确的灰色区域变回黑色。

3 调像过程中色键器的应用

在通过色键器完成抠像和微调后，合成信号可能还会存在一些瑕疵，这就需要根据色键器的抠像原理和设计，针对具体情况，采用不同的方法和措施来解决。

3.1 抠像过度

在实际工作中抠像时，有时会遇到前景中有与背景颜色相近的物体，更常见的是由于蓝箱的反射光影响，当主持人着高反光布料的服装和到深色框架眼镜时，混杂的蓝色光成分会产生物体被抠穿的现象。在无法避免前景中出现与背景相近的颜色及含有背景颜色的物体时，利用色键器中“Matte Density”和“Black Gloss”两项设置来调节。其中调节“Matte Density”可以让画面中每一个像素点的红色或绿色上升到某一数值，当这一数值等于或超过蓝色的数值，就可以较好的重现前景图像的主体。“Black Gloss”的处理方式与“Matte Density”的不同，它是通过调整色键器算法来改变抠像容差范围。调节“Black Gloss”可以让颜色差值不大的前景像素点变得不透明，从而保留了前景中某些与背景色相近的部分。用这两项功能均可解决抠像过度的问题。但是在实际操作时，这两项设置都不宜过度调整。“Matte Density”的调整会对前景的画面的整体色调产生影响；而“Black Gloss”对前景画面不会造成影响，但会影响抠像质量。一旦这两项设置调整过度，会产生一个共同的问题，就是前景物体的边缘和轮廓变粗。

3.2 边缘和轮廓问题

在抠像过程中，边缘和轮廓的细节方面也是需要注意的地方。我们常常会发现前景中的人物或物体在结合背景后会出现明显的、带有颜色的轮廓，影响了画面的合成效果，这就需要进行色键器的多项功能调整。

（1）调节“Clear Up Level”并配合调整“Clear Up Softness”，这两项设置是在抠像过程中经常配合使用，用于清除合成画面中抠像“不干净”的地方，通过调整色键器算法改变抠像的容差范围。“Clear Up Level”的调整过程中需要谨慎，过度调整会失去前景中有用的细节，比如人物的头发等。

（2）调节“BG Level Banlance”。提升“BG Level Banlance”的值在不增加背景亮度的情况下，可以让阴影中以及边缘轮廓处的背景变亮；相反，减小“BG Level Banlance”的值会降低背景的亮度，一般情况下，稍微降低“BG Level Banlance”的值可以优化边缘细节，使前景和背景更好的融合。

（3）调节“Red/Green Density”。减少前景图像中所有像素点红色或绿色的值，使背景画面更多地透过，减弱边缘和轮廓。前景物体的边缘和轮廓中相对应颜色可以得到改善。如前文所提的由于“Matte Density”和“Black Gloss”的过度调整引起边缘和轮廓变粗可通过这一选项进行调整。降低“Red Density”的值可以减弱前景中偏红物体的轮廓，如人的肤色。而降低“Green Density”的值可以减弱前景中偏绿物体的轮廓。

3.3 对前景色的校正

在演播室节目的录制过程中，由于蓝箱中反射光的作用，造成蓝光溢出，使主持人脸上有不自然的蓝光，这种“光污染”用摄像机的色彩平衡调整往往难以获得良好的效果。另外，对于某些特定的颜色，经过抠像会产生色彩失真，如紫色的物体，在蓝箱中经过抠像处理后会变成红色，通过色键器前景杂散光菜单（Foreground Flare Menu）可以对色彩进行校正。调整“Gate 1/3”可以控制蓝色成分的降低程度。通过“Gate 2”的调整增加该值，重新恢复蓝色成分。

4 结语

色键器在虚拟抠像、调像过程中运用其先进的图像处理技术、合理的算法以及多功能可控性，实现了电视节目内容和屏幕效果的最佳组合效果。这种前所未有的节目形态，也充分体现了技术融入节目和服务节目的宗旨。对于电视制作人员来说色键器的应用大大提高了调像效果，但是调像工作同样需要灯光技术的协同配合。只有完善的布光才能使色键器发挥其最佳的性能。

参考文献

[1]石昭生，杨捷.虚拟演播室外置色键器的实际运用[J].电视工程，2006年4期.

[2]邹志光.色键器在虚拟调像方面的应用与探索[J].世界广播电视技术，2013年6期.