Clave de croma
La composición de clave de croma, o chroma keying, es una técnica de efectos visuales / postproducción para la composición (estratificación) de dos imágenes o flujos de video en conjunto en función de los matices de color (gama cromática). La técnica se ha utilizado en gran medida en muchos campos para eliminar un fondo del tema de una foto o video, particularmente las industrias de transmisión de noticias, cine y videojuegos. Un rango de color en el metraje de primer plano se hace transparente, lo que permite filmar por separado secuencias de fondo o una imagen estática para insertar en la escena. La técnica de chroma keying se usa comúnmente en la producción de video y post-producción. Esta técnica también se conoce como codificación de color, superposición de separación de color (CSO, principalmente por la BBC) o mediante diversos términos para variantes específicas relacionadas con el color, como pantalla verde y pantalla azul. La incrustación de croma se puede realizar con fondos de cualquier color que sea uniforme y distinto, pero los fondos verdes y azules se usan más comúnmente porque difieren más claramente en el tono de la mayoría de los colores de la piel humana. Ninguna parte del sujeto que se está filmando o fotografiando puede duplicar el color utilizado como respaldo.
Se usa comúnmente para las transmisiones de pronóstico del tiempo, en las que un presentador de noticias generalmente se ve de pie frente a un gran mapa CGI durante los noticieros de televisión en vivo, aunque en realidad es un gran fondo azul o verde. Cuando se usa una pantalla azul, se agregan diferentes mapas del clima en las partes de la imagen donde el color es azul. Si el presentador de noticias usa ropa azul, su ropa también será reemplazada por el video de fondo. Chroma Keying también es común en la industria del entretenimiento para efectos visuales en películas y videojuegos.
Historia
Antecesores
Antes de la introducción de mates de viaje e impresión óptica, se usaba la doble exposición para introducir elementos en una escena que no estaban presentes en la exposición inicial. Esto se hizo usando drapeado negro donde se usaría una pantalla verde hoy. George Albert Smith utilizó por primera vez este enfoque en 1898. En 1903, The Great Train Robbery de Edwin S. Porter utilizó la doble exposición para agregar escenas de fondo a las ventanas que eran negras cuando se filmaron en el plató, utilizando un mate de basura para exponer solo las áreas de las ventanas.
Para que las figuras en una exposición se muevan en realidad delante de un fondo sustituido en la otra, se necesita un mate de viaje para ocluir la parte correcta del fondo en cada fotograma. En 1918, Frank Williams patentó una técnica de mate de viaje, nuevamente basada en el uso de un fondo negro. Esto se usó en muchas películas, como The Invisible Man.:4
En la década de 1920, Walt Disney utilizó un telón de fondo blanco para incluir actores humanos con personajes de dibujos animados y fondos en sus Alice Comedies.:5
Pantalla azul
El método de la pantalla azul se desarrolló en la década de 1930 en RKO Radio Pictures. En RKO, Linwood Dunn usó una versión anterior del mate de viaje para crear «toallitas húmedas», donde hubo transiciones como un limpiaparabrisas en películas como Flying Down to Río (1933) Acreditado a Larry Butler, una escena con un genio escapándose de una botella fue el primer uso de un proceso de pantalla azul para crear un tapete de viaje para El ladrón de Bagdad (1940), que ganó el Premio de la Academia a los Mejores Efectos Especiales ese año. En 1950, el empleado de Warner Brothers y ex investigador de Kodak Arthur Widmer comenzó a trabajar en un proceso mate de viaje ultravioleta. También comenzó a desarrollar técnicas de pantalla azul: una de las primeras películas en utilizarlas fue la adaptación en 1958 de la novela de Ernest Hemingway, El viejo y el mar, protagonizada por Spencer Tracy.
Petro Vlahos fue galardonado con un Premio de la Academia por su refinamiento de estas técnicas en 1964. Su técnica explota el hecho de que la mayoría de los objetos en escenas del mundo real tienen un color cuyo componente de color azul es similar en intensidad a su componente de color verde. Zbigniew Rybczyński también contribuyó a la tecnología de pantalla azul. Se utilizó una impresora óptica con dos proyectores, una cámara de película y un «divisor de haz» para combinar el actor frente a una pantalla azul junto con el metraje de fondo, un fotograma a la vez. A principios de la década de 1970, las cadenas de televisión estadounidenses y británicas comenzaron a usar telones de fondo verdes en lugar de azul para sus noticieros. Durante la década de 1980, se usaron miniordenadores para controlar la impresora óptica. Para la película The Empire Strikes Back, Richard Edlund creó una ‘impresora óptica cuádruple’ que aceleró el proceso considerablemente y ahorró dinero. Recibió un Premio de la Academia especial por su innovación.
Durante décadas, los tiros mate de viaje tuvieron que hacerse «bloqueados», de modo que ni el sujeto enmarañado ni el fondo pudieron cambiar la perspectiva de su cámara. Más tarde, las cámaras de control de movimiento sincronizadas por computadora aliviaron este problema, ya que tanto el primer plano como el fondo podrían filmarse con los mismos movimientos de cámara.
Los meteorólogos en la televisión a menudo usan un monitor de campo, al costado de la pantalla, para ver dónde están poniendo sus manos sobre las imágenes de fondo. Una técnica más nueva es proyectar una imagen tenue en la pantalla.
Algunas películas hacen un uso intensivo de la clave de croma para agregar fondos que se construyen completamente utilizando imágenes generadas por computadora (CGI). Las interpretaciones de diferentes tomas se pueden componer juntas, lo que permite filmar a los actores por separado y luego colocarlos juntos en la misma escena. Chroma key permite a los artistas aparecer en cualquier ubicación sin salir del estudio. El desarrollo de la computadora también facilitó la incorporación del movimiento en tomas compuestas, incluso cuando se usan cámaras de mano. Los puntos de referencia se pueden colocar en el fondo de color (generalmente como una rejilla pintada, X’s marcados con cinta o pelotas de tenis igualmente espaciadas unidas a la pared). En la postproducción, una computadora puede usar las referencias para calcular la posición de la cámara y, por lo tanto, renderizar una imagen que coincida perfectamente con la perspectiva y el movimiento del primer plano. Los avances modernos en software y potencia computacional han eliminado la necesidad de ubicar los marcadores con precisión: el software determina su posición en el espacio (una desventaja es que requiere un gran movimiento de la cámara, posiblemente fomentando técnicas modernas de cine donde la cámara siempre está movimiento).
Proceso
El sujeto principal es filmado o fotografiado sobre un fondo que consiste en un solo color o una gama relativamente estrecha de colores, generalmente azul o verde porque estos colores se consideran los más alejados del tono de la piel. Las partes del video que coinciden con el color preseleccionado se reemplazan por el video de fondo alternativo. Este proceso se conoce comúnmente como «incrustación», «incrustación» o simplemente una «clave».
Procesamiento de un fondo verde
El verde se utiliza como telón de fondo para la televisión y la cinematografía electrónica más que cualquier otro color porque los meteorólogos de la televisión tienden a usar trajes azules. Cuando se utilizó por primera vez la creación de croma en la producción de televisión, la pantalla azul que era la norma en la industria del cine se usó por costumbre, hasta que otras consideraciones prácticas causaron que la industria de la televisión pasara de pantallas azules a pantallas verdes. Las cámaras de televisión en color de calidad de transmisión utilizan sensores de imagen separados de rojo, verde y azul, y los teclados de croma de televisión analógicos anteriores requerían que el video de componentes RGB funcionara de manera confiable. Desde una perspectiva tecnológica, era igualmente posible utilizar el canal azul o verde, pero como la ropa azul era un desafío continuo, la pantalla verde se convirtió en un uso común. Los presentadores de noticias a veces olvidan el código de vestimenta de la clave de croma, y cuando la clave se aplica a la ropa del mismo color que el fondo, la persona parece desaparecer en la tecla. Debido a que la ropa verde es menos común que el azul, pronto se hizo evidente que era más fácil usar una pantalla verde mate de lo que era para vigilar constantemente las opciones de ropa del talento en el aire. Además, debido a que el ojo humano es más sensible a longitudes de onda verdes, que se encuentran en el medio del espectro de luz visible, el canal de video analógico verde típicamente tiene más intensidad de señal, proporcionando una mejor relación señal / ruido en comparación con los otros canales de video componente. así que las teclas de pantalla verde podrían producir la clave más limpia. En la era de la televisión digital y el cine, gran parte de los ajustes necesarios para crear una clave de buena calidad se han automatizado. Sin embargo, la única constante que queda es algún nivel de coordinación del color para evitar que los sujetos en primer plano sean eliminados.
Procesando un fondo azul
Antes de la incrustación electrónica de croma, la composición se realizaba en una película (química). El color negativo de la cámara se imprimió en una película en blanco y negro de alto contraste, utilizando un filtro o la sensibilidad del color de la película en blanco y negro para limitarlo al canal azul. Asumiendo que esta película era negativa, se veía claramente dónde estaba la pantalla azul mate, negra en todas partes, excepto que también producía claridad para cualquier objeto blanco (ya que también contenía azul). La eliminación de estos puntos podría hacerse mediante una doble exposición adecuada con el color positivo y muchas otras técnicas. El resultado final fue un fondo claro con una forma opaca del sujeto en el medio. Esto se llama un mate femenino, similar a un mate alfa en la codificación digital. Copiar esta película en otro negativo de alto contraste produjo el «mate mate» opuesto. El negativo del fondo se empaquetó entonces con el mate femenino y se expuso sobre una tira final de película, luego el negativo de la cámara se empaquetó con el mate macho y se imprimió doblemente en esta misma película. Estas dos imágenes combinadas crean el efecto final.
Factores principales
El factor más importante para una tecla es la separación de color del primer plano (el sujeto) y el fondo (la pantalla): se utilizará una pantalla azul si el sujeto es predominantemente verde (por ejemplo, plantas), a pesar de que la cámara es más sensible a luz verde.
En la televisión en color analógica, el color se representa por la fase de la subportadora de croma relativa a un oscilador de referencia. La clave de croma se logra comparando la fase del video con la fase correspondiente al color preseleccionado. Las partes en fase del video son reemplazadas por el video de fondo alternativo.
En la televisión digital en color, el color se representa con tres números (niveles de intensidad de rojo, verde y azul). La clave de croma se logra mediante una simple comparación numérica entre el video y el color preseleccionado. Si el color en un punto particular de la pantalla coincide (ya sea exactamente, o en un rango), entonces el video en ese punto es reemplazado por el fondo alternativo.
Iluminación
Con el fin de crear una ilusión de que los personajes y objetos filmados están presentes en la escena de fondo prevista, la iluminación en las dos escenas debe ser una coincidencia razonable. Para las escenas al aire libre, los días nublados crean una luz difusa, uniformemente coloreada que puede ser más fácil de igualar en el estudio, mientras que la luz solar directa debe combinarse en ambas direcciones y en el color general en función de la hora del día.
Una toma de estudio tomada frente a una pantalla verde tendrá naturalmente luz ambiental del mismo color que la pantalla, debido a su dispersión de luz. Este efecto se conoce como derrame: p20. Esto puede parecer antinatural o hacer que desaparezcan partes de los caracteres, por lo que debe compensarse o evitarse utilizando una pantalla más grande situada lejos de los actores.
Cámara
La profundidad de campo utilizada para grabar la escena frente a la pantalla de color debe coincidir con la del fondo. Esto puede significar registrar a los actores con una mayor profundidad de campo de lo normal.
Ropa
Un sujeto de clave de croma debe evitar usar prendas de color similar a los colores de clave de croma (a menos que intencionalmente, por ejemplo, usar una parte superior verde para que parezca que el sujeto no tiene cuerpo), porque la ropa puede ser reemplazada con el imagen de fondo / video. Un ejemplo del uso intencional de esto es cuando un actor usa una cubierta azul sobre una parte de su cuerpo para hacerlo invisible en la toma final. Esta técnica se puede utilizar para lograr un efecto similar al utilizado en las películas de Harry Potter para crear el efecto de una capa de invisibilidad. El actor también puede filmarse contra un fondo de croma-clave e insertarse en el plano de fondo con un efecto de distorsión, para crear un manto que sea marginalmente detectable.
Las dificultades surgen con la pantalla azul cuando un traje en una toma de efectos debe ser azul, como el atuendo azul tradicional de Superman. En la película de 2002 Spider-Man, en escenas en las que tanto Spider-Man como Green Goblin están en el aire, Spider-Man tuvo que ser fusilado frente a la pantalla verde y el Green Goblin tuvo que ser fusilado frente a un azul pantalla. La diferencia de color se debe a que Spider-Man usa un traje que es de color rojo y azul y el Green Goblin usa un traje que es completamente de color verde. Si ambos se dispararan en frente de la misma pantalla, partes de un personaje serían borradas de la toma.
Para una división limpia entre el primer plano y el fondo, también es importante que la ropa y el cabello en primer plano tengan una silueta bastante simple, ya que los detalles finos como el pelo rizado pueden no resolverse adecuadamente. Del mismo modo, los elementos parcialmente transparentes del disfraz causan problemas.
Color de fondo
Originalmente, Blue se usaba para efectos especiales de croma de TV porque el tono de la piel humana contiene muy poco azul, y porque la industria del cine usaba fondos azules para fines similares. El color azul estaba ligado a la capa de emulsión azul de la película que tenía un grano y un detalle comparables en comparación con las capas roja y verde de la emulsión. Sin embargo, en televisión y cine digital, el verde se ha convertido en el color favorito debido a algunas consideraciones prácticas, y porque los algoritmos de compresión con pérdida utilizados en la distribución de TV analógica y digital retienen más detalles en el canal verde. La elección del color corresponde a los artistas de efectos y las necesidades de la toma específica. Mientras que la industria cinematográfica introdujo la pantalla azul en la industria de la televisión, el uso de efectos visuales en pantalla verde se introdujo en la industria del cine a medida que las imágenes electrónicas aumentaron y reemplazaron el uso de películas químicas en el cine. Además, el fondo verde se ve favorecido en lugar de azul para la filmación en exteriores, donde el cielo azul podría aparecer en el marco y podría ser reemplazado accidentalmente en el proceso. Aunque el verde y el azul son los más comunes en parte porque los componentes rojo, verde y azul se usan para codificar el espectro de luz visible, se puede usar cualquier color clave. El rojo se evita para los sujetos humanos debido a su prevalencia en los pigmentos normales de la piel humana, pero se puede usar a menudo para objetos y escenas que no involucran a las personas.
La llamada «pantalla amarilla» se logra con un fondo blanco. La iluminación ordinaria del escenario se usa en combinación con una lámpara de sodio amarilla brillante. La luz de sodio cae casi por completo en una banda de frecuencia estrecha, que luego puede separarse de la otra luz con un prisma y proyectarse sobre un portador de película separado pero sincronizado dentro de la cámara. Esta segunda película es de alto contraste en blanco y negro, y se procesa para producir el mate.:16
Ocasionalmente, se utiliza un fondo magenta, como en algunas aplicaciones de software donde el magenta o fucsia a veces se denomina «rosa mágico».
Una técnica más nueva es usar una cortina retrorreflectante en el fondo, junto con un anillo de LED brillantes alrededor de la lente de la cámara. Esto no requiere que brille luz en el fondo que no sean los LED, que usan una cantidad extremadamente pequeña de energía y espacio a diferencia de las luces de escenario grande, y no requieren aparejo. Este avance fue posible gracias a la invención en la década de 1990 de prácticos LED azules, que también permiten LED de color verde esmeralda.
También hay una forma de incrustación de color que utiliza un espectro de luz invisible para el ojo humano. Llamado Thermo-Key, utiliza infrarrojos como el color de la tecla, que no sería reemplazado por la imagen de fondo durante el postprocesamiento.
Para Star Trek: The Next Generation, Don Lee de CIS Hollywood propuso un proceso de estera de luz ultravioleta, desarrollado por Gary Hutzel y el personal de Image G. Esto involucró un fondo naranja fluorescente que facilitó la generación de un mate resistente, por lo tanto permitiendo que el equipo de efectos produzca efectos en un cuarto del tiempo necesario para otros métodos.
En principio, cualquier tipo de fondo fijo se puede utilizar como una clave de croma en lugar de un color sólido. Primero, el fondo se captura sin actores u otros elementos en primer plano; entonces la escena está grabada. La imagen del fondo se usa para cancelar el fondo en el metraje real; por ejemplo, en una imagen digital, cada píxel tendrá una clave de croma diferente. Esto a veces se conoce como una diferencia mate. Sin embargo, esto facilita que los objetos se eliminen accidentalmente si resultan ser similares al fondo, o si el fondo permanece debido al ruido de la cámara o si cambia ligeramente con respecto al metraje de referencia. Un fondo con un patrón repetitivo alivia muchos de estos problemas, y puede ser menos sensible al color del guardarropa que los fondos de color sólido.
Tolerancias
Incluso iluminación
El mayor desafío al configurar una pantalla azul o pantalla verde es la iluminación uniforme y evitar las sombras, ya que es mejor cambiar el rango de color más estrecho posible. Una sombra se presentaría como un color más oscuro para la cámara y podría no registrarse para su reemplazo. Esto a veces se puede ver en transmisiones en vivo o de bajo presupuesto donde los errores no se pueden reparar manualmente. El material que se utiliza afecta la calidad y la facilidad de tenerlo encendido uniformemente. Los materiales que son brillantes tendrán mucho menos éxito que aquellos que no lo son. Una superficie brillante tendrá áreas que reflejan las luces que las hacen parecer pálidas, mientras que otras áreas pueden oscurecerse. Una superficie mate difundirá la luz reflejada y tendrá un rango de color más uniforme. Para obtener la clave más limpia de la captura de pantalla verde, es necesario crear una diferencia de valor entre el sujeto y la pantalla verde. Para diferenciar el sujeto de la pantalla, se puede usar una diferencia de dos paradas, ya sea haciendo que la pantalla verde sea dos veces más alta que el sujeto, o viceversa.
Algunas veces se puede usar una sombra para crear un efecto visual. Las áreas de la pantalla azul o verde con una sombra en ellas pueden reemplazarse por una versión más oscura de la imagen de video de fondo deseada, lo que hace que parezca que la persona proyecta una sombra sobre ellas. Cualquier derrame del color de la clave de croma hará que el resultado no sea natural. Una diferencia en la distancia focal de las lentes utilizadas puede afectar el éxito de la clave de croma.
Exposición
Otro desafío para la pantalla azul o pantalla verde es la exposición adecuada de la cámara. Subexponer o sobreexponer un fondo de color puede conducir a niveles de saturación pobres. En el caso de las cámaras de video, las imágenes subexpuestas también pueden contener grandes cantidades de ruido. El fondo debe ser lo suficientemente brillante como para permitir que la cámara cree una imagen brillante y saturada.
Programación
Hay varias técnicas diferentes optimizadas de calidad y velocidad para implementar la incrustación de color en el software.
En la mayoría de las versiones, se aplica una función f (r, g, b) → α a cada píxel de la imagen. α (alfa) tiene un significado similar al de las técnicas de composición alfa. α ≤ 0 significa que el píxel está completamente en la pantalla verde, α ≥ 1 significa que el píxel está completamente en el objeto de primer plano, y los valores intermedios indican que el píxel está parcialmente cubierto por el objeto de primer plano (o es transparente). Se necesita una función adicional g (r, g, b) → (r, g, b) para eliminar el derrame verde en los objetos en primer plano.
Una función f () muy simple para la pantalla verde es A (r + b) – Bg, donde A y B son constantes ajustables por el usuario con un valor predeterminado de 1.0. Un muy simple g () es (r, min (g, b), b). Esto está bastante cerca de las capacidades de extracción de pantalla analógica y basada en película.
Los ejemplos modernos de estas funciones se describen mejor con dos superficies anidadas cerradas en el espacio 3-D rgb, a menudo bastante complejas. Los colores dentro de la superficie interna se consideran pantalla verde. Los colores fuera de la superficie externa son primer plano opaco. Los colores entre las superficies están parcialmente cubiertos, son más opacos cuanto más cerca están de la superficie exterior. A veces se usan más superficies cerradas para determinar cómo eliminar el derrame verde. También es muy común que f () dependa de algo más que el color del píxel actual, también puede usar la posición (x, y), los valores de los píxeles cercanos, el valor de las imágenes de referencia o un modelo de color estadístico del escena y valores de máscaras dibujadas por el usuario. Estos producen superficies cerradas en un espacio con más de tres dimensiones.
Una clase diferente de algoritmo intenta descubrir una ruta 2D que separa el primer plano del fondo. Esta ruta puede ser la salida, o la imagen puede dibujarse llenando la ruta con α = 1 como paso final. Un ejemplo de dicho algoritmo es el uso del contorno activo. La mayoría de la investigación en los últimos años se ha centrado en estos algoritmos.