原创 得力的艺术工具 — 波形监测仪在彩色分级调整中的应用

2014-4-24 15:26 995 13 13 分类: 消费电子

 

要获得最佳的视频彩色调整效果,这里有两项要求是十分重要的:

1. 确保显示在屏幕上的图像美观并具有最佳的观看效果

2. 确保图像能够正确地再现,可以将这样的图像提交给各种媒体并显示在屏幕上

 

本文将着重讨论后一问题,即问题的关键是我们应当采用什么样的查验方式,以使在各种媒体上和广播电视上能够始终保持正确的彩色重现。在这里,我们必须了解什么是合法色域和有效色域,以及如何确定图像中的彩色是否平衡。在介绍彩色平衡的概念之前,我们首先回顾一下彩色空间的概念。

 

什么是HSL彩色空间?

视频是由红、绿和蓝(RGB)三基色分量组成的,这三种基色可以有各种各样的组合,从而形成我们所看到的千变万化的彩色。我们可以用色调、饱和度和亮度(HSL)来描述彩色的性质,而要理解什么是色调、饱和度和亮度(HSL)或者什么是RGB彩色空间,我们可以想像一下,将下图左所示的两个彩色圆锥体并沿着它们的最宽阔处叠合在一起而组合成的一个图案(参见图1-1)。

 

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图1-1. 用两个彩色圆锥体来形象地描述HSL彩色空间的概念。 图1-2. 两个彩色圆锥体叠合后的顶视图。

 

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波形监测仪和波形监测仪(rasterizer)是查验您创作的视频内容是否合法的关键工具。作为一个彩色艺术工作者,他必须确保他创作的视频作品的亮度和色度信号在某项规定的技术容限内。当然,即便是由广播电视运营商和有线网络运营商所设置的合法容限也可能不尽一致。如果视频色域的电平不合法,这将影响您复制后的效果,不正确的色域也会再次出现。

波形监测仪和矢量仪简介

首先,让我们看看波形监测仪。许多彩色编辑人员和彩色艺术工作者,都是利用波形监测仪来查验视频信号的亮度,然而,它也可以用来显示视频信号的色度。观察色度信号能够有助于您减少图像中的彩色失真(偏色)。波形监测仪的一项基本应用是观察视频信号的亮度电平并将亮度电平设置为合法值。这就是说,在波形监测仪的亮度显示中,亮度信号的最亮部分不可以超出屏幕上的100%标记,不过,在少数情况下,例如偶尔出现的镜面高光部分的电平也可以接近105%,也可以多一点,或者少一点,这取决于各个广播电视运营商的具体规定。另外,图像信号中最暗部分的亮度电平不应低于0%。

使用波形监测仪以测定彩色平衡

所谓彩色平衡,指的是各个彩色通道之间的相对强度。对于中性色(纯黑、纯白和灰色),从技术上来说,它们各个彩色通道的强度应当是相等的。在通常情况下,我们调整彩色平衡的目的,就是要做到在被调整图像内的中性色区域中,任一彩色通道的强度不应超出其它彩色通道的强度。如果做到了这一点,那么,该图像中的彩色就实现了“平衡”。彩色不平衡的最常见原因是在现场拍摄中摄像机的白平衡调整不当。例如,如果摄像机的白平衡设置是在钨灯下进行的,接着又用它在日光下拍摄场景,那么,在拍摄后的图像中,蓝色通道的强度将高于红色和绿色通道。还有,某些摄像机的传感器有可能在某种色调范围内对某种色彩更为灵敏,这也会导致拍摄出的图像彩色不平衡。这些错误,即因传感器灵敏度的不一致造成的白平衡错误,可以用波形监测仪对被监视的图像进行校正,并对摄像机进行设置,这样,在拍摄的视频信号中,如果在显示中性色时能够使三个彩色通道的信号强度保持一致就可以了。有时候,也有可能有意地使彩色平衡失配,例如,提高红色通道的强度,或者提高红色和黄色通道的强度,以使拍摄的图像带有暖色的意境,即所谓“黄金时刻(golden hour)”的场景。有两种类型的波形显示可以称为“并列(parade)”显示,因为在这种并列显示的图形中,是以“并列”形式即在屏幕上从左到右地一个接一个地给出各个不同彩色通道的波形显示。其中最常用的并列显示是RGB并列显示,它是在水平方向上跨越整个显示器的屏面而依次显示出红、绿和蓝通道这三个彩色通道的信息,参见图1-4所示。

 

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图1-4. 100%彩条信号的RGB并列波形显示举例。

 

我们可以把屏幕上的刻度作为参考标记。对于一个波形监测仪来说,通常最常用的水平刻度线可以用毫伏、IRE或者百分比来表示,这些刻度线自下而上是由黑到全电平(白)。

分量视频信号的电平可以用毫伏来表示,其黑电平设置为0mV,而白电平设置为700mV。在此范围内视频电平也可以用百分比来表示,即0%相当于0mV,而100%相当于700mV。在波形监测仪中,通常在显示刻度时是将毫伏刻度置于屏幕的左侧,而将百分比刻度置于屏幕的右侧。

 

矢量仪

在波形监测仪上通常给出的是视频信号的幅度与时间的关系图形,而矢量仪则是在XY平面上将色彩(色调)作为极坐标中的角度分量,这与我们所熟悉的在彩色图中常用的彩色轮(color wheels)显示十分相似。在矢量仪中,(色度)信号的幅度则以距离极坐标中心(黑色矢量点)的长度来表示。在矢量仪的刻度显示中,围绕极坐标圆周的彩色小盒和圆周上的刻度线提供了彩色信号的矢量及其所在位置和特定色调在矢量显示中的参考标记。被监视信号所产生的迹线以波形和矢量即以色域方式显示。信号迹线代表的是信号本身,许多彩色艺术工作者更偏好改变波形监测仪的默认设置,以使信号迹线在仪器上以白色迹线表示。在彩色分级应用中,使用矢量仪有助于分析信号的色调和色度电平,使彩色信号合法,并且有助于消除不需要的色偏。如果一开始就使用波形监测仪对视频信号进行监视,那么首先要对增益、黑色电平设置(setup)和伽马(灰度)进行校正。然而,彩色艺术工作者更关注的是矢量仪上的信号色调和色度的工作状况。色度信号的强度用其矢量端点距离矢量仪屏面中心的长度来表示。信号迹线愈靠近矢量仪的外边缘,那么该色度信号愈强,或者说该信号的色彩更鲜艳。图像的色调以其矢量端点围绕圆周的旋转角度位置来表示。为了更方便地理解上述色度、色调的这种关系,我们可以将这样的图像想像为是叠加在矢量仪显示图形上的一个彩色轮,如图1-7所示。

 

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图1-6. 在图示的矢量仪显示中,默认的刻度线以金黄色表示,而信号迹线则以绿色表示。您也可以选择其它色来表示刻度线和迹线的颜色。许多彩色艺术工作者更偏好使用白色或者灰色来表示,仅凭他们的眼睛来观察彩色的饱和度。

 

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图1-6. 将一个彩轮(color wheel)叠加在矢量仪的刻度显示上。

 

弄清楚各种颜色在矢量仪外圆周上的所处位置,这对于了解各彩色之间的相对关系是十分重要的,参见图1-7。在矢量仪显示中,红、蓝和绿三基色形成一个三角形。而位于每两个基色之间的颜色区域则是这两个基色的混合色。因此,红与蓝之间的混合色是品红色;蓝与绿之间的混合色是青色;而红与绿之间的混合色则是黄色。这三个混合而成的次基色又构成了另外一个三角形。总之,我们在掌握了这种色彩的相对关系之后,您甚至不需要利用矢量仪的刻度(即矢量仪用来标识彩色色调小盒的图形部分)指示,就可以知道某种颜色大致在矢量仪屏面上的什么位置。

利用矢量仪上的色度信息有助于我们消除图像中的偏色现象。正如前文所述,色度的大小可以用该色度端点距矢量仪中心的距离来确定。因为白、黑和纯灰色均不含任何色度信息,所以它们应当位于矢量仪的中心处。然而,绝大多数视频图像均含有一定范围的彩色,同时这些图像一般来说也带有一定量的白色、黑色或者中灰色。因此,要消除图像中的偏色,关键在于找出图像中这些不含色度信息的区域即找出白色、黑色或者中灰色区域在矢量仪中的对应部位,而后在矢量仪中使用彩色校正工具使该部位向矢量仪屏面的中心处移动。

对于几乎所有的专业彩色艺术工作者来说,各种波形显示模式 — 例如平坦、低通、仅亮度、RGB并列和YCbCr并列 — 还有矢量仪等均是他们分析图像的主要手段。虽然经验丰富的彩色艺术工作者通常依赖于自己的双眼,他们使用上述手段只是作为引导他们进行彩色校正时一个不变的参考。然而,如果没有上述这些仪器和相关操作的指引,仅凭他们的眼睛来调色,也许最终发生偏离也是有可能的。

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