影视作品的投放环境正逐渐多样化,包括数字影院的数字投影机、普通家庭中的液晶电视、网络媒体使用的计算机液晶显示器、移动媒体设备像PAD、手机液晶显示屏等。数字摄影机为满足不同制作环境的需要,一般都有多种工作空间供摄影师选择。


最为简化的流程是用最后投放的工作空间决定前期拍摄的工作空间,但是即使是电视综艺节目,为了追求更为丰富的影调和色彩,也往往会在前期拍摄时选择更大的工作空间,进入制作阶段再通过LUT转换映射到目标工作空间,提高图像的呈现质量。毕竟在拍摄时因为工作空间小而丢弃的细节是无法通过后期的手段找回来的。第二章中提到的湖南卫视《我是歌手》第三季总决赛中使用了30台ARRI Amira数字摄影机,14档拍摄宽容度和机内3DLUT机内预调色[18],是充分发挥数字摄影机特性优势和综艺节目现场直播的一次历史突破。

▲图19 《我是歌手》录制前对ARRI Amira数字摄影机进行调试


已故著名摄影师池小宁的“数字工艺流程反算法”也是同样的思路,即根据最后投放的格式,后期用到的设备和软件,确定前期拍摄时的拍摄设备和格式。这里的格式现在应该替换成工作空间,格式为王的时代已经一去不复返了。如果存在前期拍摄和最终投放工作空间不匹配的问题,就要借助LUT进行空间转换。就目前的数字中间片系统技术发展而言,DI[19]的亮度和色彩数据表达(也就是伽马和色域)还没有统一的规范和严格的标准,各系统之间存在很大的差异。



4.1 外部转换


有些数字配光调色系统直接以视频和高清电视的线性空间为基础,监看使用高清电视的标准的接口和设备。受伽马2.5和Rec.709色域的局限,无法重现对数空间的影调和色彩关系,需要应用LUT或以直线空间为中介进行工作空间的转换。



4.1.1使用LUT进行空间映射


配合数字摄影机的发布,官方会提供相应的转换工具。这些LUTs的特点是映射准确,融会了厂商工程技术人员的集体智慧,当然也包括对大众审美的迎合。


以标准的灰渐变为基准,可以观察ARRI的Log C和SONY的S-Log3LUTs的差异。如同柯达对自己胶片工艺的独到设计,不同的数字摄影机厂商也在对数工作空间中根据传感器的特性以及对影调色调的理解设计自己的算法。

▲图20 ARRI的Log C和SONY的S-Log3 LUTs的差异



4.1.2使用ACES直线空间作为中间媒介


相比较十年前,今天的电影和电视节目制作涉及更为庞大的专业协作,对专业工作流程的整合也相对困难的多。典型的制作环境在前期拍摄阶段一般会使用三到四种摄影机,并使用不同的数据记录格式。在后期制作期间,又有剪辑、视觉效果等。元数据的缺乏导致色彩在传递中异位损失,效果不可预见,拖延生产周期。


影视技术的发展既需要不断创新,又要平衡发展通用的标准。数字影像技术正处在这样一个时期,十年时间积累了大量的新技术、新的数字思维,亟需要一个公认的数字影像生产和归档的规范。


ACES它是美国电影艺术与科学学院召集了包括科学家、工程师和电影制作人组成的专家组,开发制定的学院色彩编码规范。它是一个免费的,开放的,独立于设备的色彩管理和图像交换系统,可应用于几乎任何当前或未来的工作流程。它是由业界顶尖的数百名科学家,工程师和最终用户参与制定。ACES1.0花费了十年时间,经过了大量试验和现场测试,兼顾了胶片和数字的生产流程,涵盖了摄制、调色、视觉特效、动画和影片存档的专业领域。


ARRI、SONY、BMD等诸多数字摄影机设备的生产厂商都加入了对ACES的支持,所有的主流DI平台也融合了ACES的规范流程。


▲图21 ACES的规范流程


ACES的核心特性:

  1. 宽伽马编码,能处理所有颜色,它的色域超过了可见色域;

  2. 不同于CIExy只能用于运算不能用于实际的记录和显示,ACES以RGB为三原色,是一个真正可实际应用的工作空间;

  3. 高动态范围,有25档光圈的宽容度;

  4. 16位半浮点运算,码值范围从-65504.0到+65504.0,能使用负值编码;

  5. 通过数学计算得出的白点坐标, CIE x = 0.32168, CIE y = 0.33767,近似于CIED60;

  6. 基准的中性灰,ACES{0.1800, 0.1800, 0.1800} = CIE XYZ {0.1715, 0.1800, 0.1816}。


图22是今天的数字中间片流程。

▲图22 现在的DI流程


借助ACES,以上的DI流程可以简化为图23:

▲图23 基于ACES的高效流程


ACES的设计目的是忠实与源媒体,完整保留原始素材数据的质量,并为摄制工作提供最大的弹性空间,可以应用于数字摄影机、后期配光调色、胶片扫描、电视电影等工作流,尽可能覆盖整个工业流程,同时允许不同的设备运行自己的工作流。



4.1.3不同厂商之间数字摄影机空间匹配


影视创作手段多元化的直接结果是前期拍摄数字摄影机选用的多样性。为了满足拍摄的实际需要,在实际创作中大多使用多种品牌和多种型号的数字摄影机,给后期的镜头匹配增添了难题。

▲图24 电影《战狼》中的使用了SONY、RED、GoPro等多种品牌的摄影机。


即使在前期拍摄中,所有的摄影机都工作在同一个工作空间模式下,由于内部算法、滤色片阵染料物理基色的差异,仍然会出现反差和颜色的不一致。后期进行镜头匹配时,往往匹配好了几种颜色时,其他的颜色又出现了偏差,不能兼顾所有。这时候,能兼顾不同品牌不同型号使亮度、色域精确对映就显得非常重要。


匹配的方法视精度而定,常规的做法是在每个场景拍摄前预先记录标准灰阶和色块测试卡,像麦克白色卡。后期调光调色时通过色卡的比对生成LUT,再把此LUT应用到实拍的素材上,完成镜头的匹配。这种方法依赖于软件的计算精度和插值算法是否足够优化。


还可以借助厂商根据自己摄影机的特性以官方名义发布的匹配其他品牌摄影机的LUT,SONY等厂商已经开始进行这方面的尝试。

▲图25 原生LUT肤色匹配


考虑到ARRI数字摄影机在影视拍摄中应用的广泛性,SONY针对F55推出了SGamut3.Cinema/Slog3to LC 709 TypeA LUT,图25中对7种肤色、多种唇彩发色衣服进行实拍测试,通过LUT映射后加以微调,和ALEXA原生LogC to Rec.709 LUT的匹配度还是非常接近的。



4.2 内部转换


有些数字配光调色系统集合了基于“直线性”的RGB编码和OpenEXR文件格式。直线RGB码值存储在16比特的TIFF格式文件中。系统设计者决定RGB数据的色彩特性,并且决定数据值是否与原始场景三色值成比例。OpenEXR能存储高动态范围线性光,场景相关的RGB影像数据。每个分量都以16比特浮点数表达,包括一个信号比特,一个5比特的指数和一个10比特的尾数。

▲图26 Mistika界面


像Mistika、Baselight一类的数字调光调色系统就是采用内部空间转换的方式,不需要借助ACES或者第三方的映射工具,在系统内部把不同工作空间的素材归一化,甚至为了创作的需要“改造”原有的工作空间特性。这样的系统需要强大的处理能力来应对空间转换带来的巨大运算量,极其耗费系统资源,适用于投入多,高质量需求的影视制作。



注释:

[18]当今的拍摄环境下,时常会遇到缩减的预算与周期,许多电视制作无法花费大量的时间在后期上来细调。AMIRA有一系列基于3D LUT的画面风格,拍摄时即可应用在画面之上。另外,亦可在外部调色系统中自行定制自己的3DLUT,并在拍摄前导入到摄影机中,甚至还可以在录制中进行调整。通过3D LUT,在快节奏的拍摄时能给摄影师和导演极大的创作空间,同时为制片人保持较低的制作成本。

[19]数字中间片的简称。随着胶片电影的逐渐消亡和数字电影的崛起,数字中间片系统正转变成DIT和数字配光调色两个系统。



2018年02月08日

详解HDR的三个标准——HLG/HDR10/Dolby Vision
数字摄影机的工作“空间”

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三种工作空间的相互转换

转载自调色家微信公众号
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