クロマキー – HiSoUR 芸術文化美術歴史

クロマキー合成（Chroma key compositing）、またはクロマキーリング（Chroma keying）は、色相（クロマ範囲）に基づいて2つの画像またはビデオストリームを合成（レイヤリング）するための視覚効果/ポストプロダクション技術です。技術は、多くの分野で写真やビデオのテーマから背景を取り除くために頻繁に使用されてきました。特にニュースキャスティング、動画、ビデオゲームの業界です。フォアグラウンドフッテージのカラー範囲は透明になり、別々に撮影されたバックグラウンドフッテージまたは静止画像がシーンに挿入されます。クロマキーイング技法は、ビデオ制作およびポストプロダクションで一般的に使用されています。この技法は、カラーキーイング、カラーセパレーションオーバーレイ（CSO;主にBBC）、またはグリーンスクリーンやブルースクリーンなどの特定のカラー関連バリアントのさまざまな用語でも呼ばれます。クロマキーイングは、均一ではっきりしているが、緑色と青色の背景色は、色合いが人間の肌の色のほとんどとはっきりと異なるため、より一般的に使用されます。撮影または撮影された被写体の部分は、バッキングとして使用されている色を複製することはできません。

これは一般に天気予報放送に使用されます。ニュース発表者は、実際には大きな青または緑の背景ではありますが、通常はライブテレビニュースの放送中に大きなCGI地図の前に立って見られます。ブルースクリーンを使用すると、画像の色が青色である部分に異なる天気図が追加されます。ニュース発表者が青い服を着た場合、服も背景ビデオに置き換えられます。映画やビデオゲームでの視覚効果のために、エンターテイメント業界でもクロマキーイングが一般的です。

歴史
前任者
走行マットおよび光学印刷の導入に先立って、最初の露光では存在しなかった要素をシーンに導入するために二重露光が用いられた。これは今日、緑のスクリーンが使用される黒のドレープを使用して行われました。 George Albert Smithは、1898年にこのアプローチを初めて使用しました。1903年、Edwin S. PorterのThe Great Train Robberyは、ガベージ・マットを使ってウィンドウ領域だけを公開して、黒いウィンドウに背景シーンを追加しました。

1つの露出の図形を実際にもう一方の代替背景の前に移動させるには、各フレームの背景の正しい部分を塞ぐために移動マットが必要でした。 1918年、フランク・ウィリアムズは、黒い背景をベースにした旅行マット技術の特許を取得しました。これは、The Invisible Manのような多くの映画で使用されていました。

1920年代、ウォルト・ディズニーは白い背景を使って、漫画のキャラクターと背景を持つ人間の俳優を彼のアリス・コメディに含めました。

ブルースクリーン
ブルースクリーン方式は1930年代にRKO Radio Picturesで開発されました。 RKOでは、Linwood Dunnが「ワイプ」を作成するために、初期のバージョンのトラベルマットを使用しました。このワイパーは、Flying Down リオ（1933）。ラリー・バトラーは、ボトルから脱出するジニーをフィーチャーしたシーンは、その年のベスト・スペシャル・エフェクト・アカデミー賞を受賞したThe Thief of Bagdad（1940）の旅行マットを作成するための適切なブルースクリーンプロセスの最初の使用でした。 1950年、ワーナーブラザーズの従業員と元コダックの研究者であるArthur Widmerは紫外線移動マットプロセスに取り組み始めました。彼はまた、ブルースクリーン技術の開発に着手しました。最初のフィルムの1つは、1958年のSpencer Tracy主演のErnest Hemingway小説「The Old Man and the Sea」の1958年の適応です。

彼の技術は、実際のシーンのほとんどのオブジェクトが、青色成分が緑色成分と同じ輝度を持つ色を持つという事実を利用しています。ペトロ・ブラオスは、1964年にこれらのテクニックを洗練させたアカデミー賞を授与されました。 ZbigniewRybczyńskiもブルースクリーン技術に貢献しました。 2台のプロジェクター、フィルムカメラ、「ビームスプリッター」を備えた光学式プリンターを使用して、ブルースクリーンの前面にあるアクターとバックグラウンドフッテージを1フレームずつ結合しました。 1970年代初頭に、アメリカとイギリスのテレビネットワークは、ニュースのために青の代わりに緑の背景を使用し始めました。 1980年代、光学式プリンタの制御にミニコンピュータを使用しました。映画「The Empire Strikes Back」のために、Richard Edlundはプロセスをかなり加速し、お金を節約する「クワッド光学プリンタ」を作成しました。彼は革新のために特別なアカデミー賞を受賞しました。

何十年もの間、旅行マットショットは「ロックダウン」されなければならなかったので、マットされた被写体もバックグラウンドもカメラの視点をシフトさせることはできませんでした。その後、コンピュータのタイミングをとったモーションコントロールカメラは、同じカメラの動きで前景と背景の両方を撮影することができるため、この問題を軽減しました。

テレビの気象学者は、画面の横にあるフィールドモニタを使用して、どこで背景画像に手を当てているのかを確認することがよくあります。より新しい技術は、薄い画像をスクリーンに投影することです。

いくつかのフィルムは、CGI（computer-generated imagery）を使用して完全に構築された背景を追加するためにクロマキーを多用しています。異なるテイクからのパフォーマンスを一緒に合成することができます。これにより、アクターを別々に撮影してから、同じ場面に配置することができます。クロマキーを使用すると、演奏者はスタジオから離れずに任意の場所にいるように見えるようになります。コンピュータ開発では、ハンドヘルドカメラを使用する場合でも、合成ショットにモーションを組み込むことが容易になりました。基準点は、色付きの背景（通常、塗装されたグリッド、テープでマークされたX、または壁に取り付けられた等間隔のテニスボール）に配置できます。ポストプロダクションでは、コンピュータが参照を使用してカメラの位置を計算し、前景のパースペクティブと動きに完全に一致するイメージをレンダリングすることができます。近代的なソフトウェアと計算力の進歩により、マーカを正確に配置する必要性がなくなりました。ソフトウェアは、空間内での位置づけを把握しています（カメラの動きが大きいことが必要です。モーション）。

プロセス

主要被写体は、単色または比較的狭い範囲の色（通常は青色または緑色）からなる背景に対して撮影または撮影されます。これらの色は肌色から最も遠いと考えられるからです。あらかじめ選択された色に一致するビデオの部分は、代替の背景ビデオに置き換えられます。このプロセスは一般に「キーイング」、「キーイング」または単に「キー」として知られています。

緑色の背景を処理する
テレビの天気予報士は青い服を着る傾向があったため、グリーンはTVや電子撮影の背景として使用されています。クロマキーイングがテレビプロダクションで初めて使用されたとき、映画業界の標準であったブルースクリーンは、テレビ業界が青色から緑色の画面に移行するまでの実用的な考慮がなくなるまで慣れていませんでした。放送品質のカラーテレビカメラは、別個の赤、緑、青のイメージセンサを使用し、初期のアナログTVクロマキータは、確実に動作するためにはRGBコンポーネントビデオを必要とする。技術的な観点から見ると、青色または緑色のチャンネルを使用することも同様に可能でしたが、青色の衣服が進行中の課題であったため、緑色の画面が一般的に使用されました。新聞社はクロマキーのドレスコードを忘れることがあり、キーが背景と同じ色の服に当てられれば、その人はキーに消えてしまうように見えます。緑色の衣類は青色よりも一般的ではないので、オンエアの才能の衣服の選択を絶えず警察するよりも、緑色のマットスクリーンを使用する方が簡単であることがすぐに明らかになりました。また、人間の目は、可視光スペクトルの中央にある緑色波長に対してより敏感であるため、一般的に、緑色アナログビデオチャネルは、他のコンポーネントビデオチャネルに比べて信号強度が高く、緑色の画面キーが最もクリーンなキーを生成する可能性があります。デジタルテレビや映画館では、質の高いキーを作るために必要な調整の多くは自動化されています。しかし、残っている1つの定数は、フォアグラウンドの被写体がキーアウトされないようにするために、あるレベルのカラー調整です。

青い背景を処理する
電子クロマキーイングの前に、（化学）フィルム上で合成を行った。カメラのカラーネガは、フィルタまたは白黒フィルムの色感度を使用して、青色チャンネルに制限する高コントラストの白黒フィルムに印刷されました。このフィルムがネガであったとすれば、青色のマットスクリーンはどこか他の場所ではっきりしていましたが、白い物体（青色も含まれていたため）が明確になっていました。これらのスポットを除去することは、カラーポジティブ、および他の多くの技術を用いた適切な二重露光によって行うことができる。最終的な結果は、真ん中の被写体の不透明な形の明確な背景でした。これは、デジタルキーイングのアルファマットと同様に、女性マットと呼ばれます。この映画を別のコントラストの強いネガにコピーすると、反対側の「男性マット」が生まれました。その後、バックグラウンドネガは、雌マットで詰められ、最終フィルムストリップに露光され、次いで、カメラネガは、雄マットがパックされ、この同じフィルム上に二重印刷された。これらの2つの画像を組み合わせると最終的な効果が得られます。

主な要因
キーの最も重要な要素は、前景（被写体）と背景（画面）の色分解です。カメラがより敏感であるにもかかわらず、被写体が主に緑色（例：植物）の場合は青い画面が使用されます緑の光。

アナログカラーTVでは、色は、基準発振器に対する彩度副搬送波の位相によって表される。クロマキーは、ビデオの位相を予め選択された色に対応する位相と比較することによって達成される。ビデオの同相部分は代替の背景ビデオに置き換えられます。

デジタルカラーテレビでは、色は3つの数字（赤、緑、青の強度レベル）で表されます。クロマキーは、ビデオとあらかじめ選択された色との単純な数値比較によって実現されます。画面上の特定のポイントの色が（正確にまたは範囲内に）一致する場合、そのポイントのビデオは代替の背景に置き換えられます。

点灯
目的の背景シーンに撮影された文字やオブジェクトが存在するという幻想を作り出すためには、2つのシーンの照明が合理的なものでなければならない。屋外の場面では、曇りの日は、拡散した均一な色の光を作ります。これは、スタジオでのマッチングが容易である一方、直射日光は時刻に基づいて両方向と全体的な色で一致する必要があります。

緑色のスクリーンの前で撮られたスタジオは、その光の散乱のために自然に周辺光をスクリーンと同じ色にします。この効果はspill ::p20と呼ばれます。これは不自然に見えるか、文字の一部が消えてしまいますので、俳優から離れた大きなスクリーンを使って補正するか避けなければなりません。

カメラ
色付きの画面の前にシーンを記録するために使用されるフィールドの深度は、背景のものと一致する必要があります。これは、通常よりも深度の深い俳優を録音することを意味します。

衣類

クロマキーの主題は、クロマキーの色と似た色の服を着用しないようにする必要があります（例えば、緑色のトップを身につけないように意図的に着用する場合を除き）。背景画像/ビデオ。これを意図的に使用する例は、俳優が身体の一部に青い覆いをして最終的なショットで見えなくする場合です。この技法を使用して、不可視のマントの効果を作り出すためにハリー・ポッターのフィルムで使用されているのと同様の効果を達成することができます。アクタは、クロマキーの背景に対して撮影し、ディテール効果でバックグラウンドショットに挿入して、わずかに検出可能なマントを作成することもできます。

スーパーマンの伝統的な青い服のように、エフェクトショットの衣装が青色でなければならないときは、ブルースクリーンで問題が発生します。 2002年の映画Spider-Manでは、Spider-ManとGreen Goblinの両方が空中にいるシーンでは、Spider-Manを緑のスクリーンの前で撃たなければならず、Green Goblinは青の前で撃たれなければならなかった画面。色違いは、Spider-Manが赤と青の色のコスチュームを着用し、Green Goblinが完全に緑色のコスチュームを着用しているためです。両方が同じスクリーンの前で撮影された場合、1人のキャラクターの一部がショットから消去されます。

背景から前景をきれいに分割するには、前髪の衣服と髪の毛がかなりシンプルなシルエットを持つことも重要です。これは、髪の毛などの細部が正しく解決されないことがあるからです。同様に、コスチュームの部分的に透明な要素は問題を引き起こす。

背景色

ブルーはもともとテレビのクロマキーイングの特殊効果に使用されていました。なぜなら、人間の肌の色合いには青がほとんどなく、映画業界でも同様の目的で青の背景が使用されていたからです。青色は、乳剤の赤色層および緑色層と比較して匹敵する粒状およびディテールを有するフィルムの青色乳剤層に結びついた。しかし、テレビやデジタル映画制作では、いくつかの実用上の理由から緑色が好まれています。また、アナログとデジタル両方のTV配信で使用される損失圧縮アルゴリズムが緑色のチャンネルでより詳細に保持されるためです。色の選択は、エフェクトアーティストと特定のショットのニーズに依存します。ブルースクリーンは映画業界によってテレビ業界に導入されたのに対して、電子イメージングは映画の化学フィルムストックの使用を増強し、置き換えたので、グリーンスクリーンの視覚効果が映画業界に導入されました。また、青い空がフレームに表示され、誤って取り替えられる可能性のある屋外撮影の場合、緑色の背景が青色よりも優先されます。赤色、緑色および青色成分は可視光スペクトルを符号化するために緑色および青色が最も一般的であるが、任意のキーカラーを使用することができる。レッドは、ヒトの正常な皮膚色素におけるその有病率のために、ヒト被験者にとっては避けられるが、人を伴わない物体およびシーンにしばしば使用され得る。

いわゆる「黄色いスクリーン」は、白い背景で達成される。通常の舞台照明は、明るい黄色のナトリウムランプと組み合わせて使用されます。ナトリウム光は、ほぼ完全に狭い周波数帯域内に落ち、プリズムを使用して他の光から分離され、カメラ内の別個のしかし同期したフィルムキャリア上に投影される。この第2のフィルムはコントラストの高い白黒であり、マットを作るために加工される。

マゼンタまたはフクシアが「マジックピンク」と呼ばれることがあるソフトウェアアプリケーションのように、マゼンタの背景が使用されることがあります。

より新しい技術は、背景に再帰反射カーテンを使用し、カメラレンズの周りに明るいLEDのリングを使用することです。これは、大型ステージライトとは違って、非常に少量の電力とスペースを使用するLED以外のバックグラウンドで光を照らす必要がなく、リギングを必要としません。この進歩は、エメラルドグリーンLEDを可能にする実用的な青色LEDの1990年代の発明によって可能になった。

また、人間の目に見えない光スペクトルを使用するカラーキーイングの形式もあります。サーモキーと呼ばれる、キーカラーとして赤外線を使用します。後処理中にバックグラウンドイメージに置き換えられません。

「スタートレック：次世代」では、CISハリウッドのドン・リーによって提案された紫外光マッティングプロセスがGary HutzelとImage Gのスタッフによって開発されました。これは蛍光橙色の背景を含んでおり、ホールドアウトマットエフェクトチームが他の方法に必要な時間の4分の1の時間でエフェクトを生成することができます。

原理的には、任意のタイプの静止背景を単色の代わりにクロマキーとして使用することができます。最初に、背景は俳優または他の前景要素なしで捕捉される。シーンが記録されます。背景の画像は、実際の映像の背景を取り消すために使用されます。例えばデジタル画像では、各画素は異なるクロマキーを有する。これは差マットと呼ばれることもあります。しかし、これにより、背景に似たようなものが発生した場合や、カメラのノイズによって背景が残ったり、基準映像から少し変化したりする場合に、オブジェクトを誤って削除することが容易になります。反復パターンの背景は、これらの問題の多くを軽減し、単色の背景よりもワードローブの色にあまり敏感ではありません。

公差
照明でさえ

ブルースクリーンやグリーンスクリーンを設定するときの最大の課題は、ライティングとシャドウの回避です。可能な限り狭い色範囲を持つことが最善です。シャドーはカメラ自体の色が濃く、交換のために登録しないことがあります。これは、エラーを手動で修復することができない低予算またはライブブロードキャストでは時々見られることがあります。使用されている材料は、品質に影響し、均一に点灯させることが容易です。光沢のある材料は、光沢のない材料よりもはるかに少ない成功を収めます。光沢のあるサーフェスにはライトを反映する領域があり、他の領域が暗くなることがあります。マット面は、反射光を拡散し、より均一な色範囲を有する。グリーンスクリーンを撮影する際に最もきれいなキーを得るには、被写体とグリーンスクリーンの間に価値の差をつける必要があります。被写体を画面から区別するために、2ストップの違いは、緑のスクリーンを被写体よりも2ストップ高くするか、またはその逆にすることによって行うことができます。

時には影を使って視覚効果を作り出すことができます。ブルースクリーンまたはグリーンスクリーン上の影が付いた領域は、希望の背景ビデオ画像の暗いバージョンに置き換えることができ、人が影を投げかけているように見えます。クロマキーの色がこぼれると、結果が不自然になります。使用されるレンズの焦点距離の違いは、クロマキーの成功に影響する可能性があります。

暴露

ブルースクリーンまたはグリーンスクリーンのもう1つの課題は、適切なカメラ露出です。着色された背景を露出不足または過度に露出すると、飽和レベルが低下する可能性があります。ビデオカメラの場合、露出不足の画像には大量のノイズが含まれることがあります。背景は、カメラが明るく飽和した画像を作成できるほど十分に明るくなければなりません。

プログラミング
ソフトウェアでカラーキーイングを実装するには、いくつかの品質と速度に最適化されたテクニックがあります。

ほとんどのバージョンでは、関数f（r、g、b） → α が画像内のすべてのピクセルに適用されます。 α （アルファ）は、アルファ合成技術における意味と同様の意味を有する。 α≤0 は、ピクセルが完全に緑色の画面にあることを意味し、 α ≧ 1はピクセルが前景オブジェクトに完全にあることを意味し、中間値はピクセルが前景オブジェクトによって部分的に覆われる（または透明である）ことを示します。前景オブジェクト上の緑色のこぼれを除去するために、さらなる関数g（r、g、b） → （r、g、b）が必要である。

緑色画面の非常に単純なf（）関数はA（r + b） – Bgです。ここで、AとBはデフォルト値1.0のユーザー調整可能な定数です。非常に単純なg（）は（r、min（g、b）、b）です。これは、アナログおよびフィルムベースのスクリーン引っ張り機能にかなり近いです。

これらの関数の最近の例は、3-D rgb空間内の2つの閉じた入れ子になったサーフェスによって最もよく記述されます。内面の内側の色は緑色の画面とみなされます。外面の外側の色は不透明な前景です。表面間の色は部分的に覆われており、表面に近づくほど不透明になります。緑色のこぼれを取り除く方法を決定するために、より多くの閉じた表面が使用されることがあります。 f（）が現在のピクセルの色以上のものに依存することは非常に一般的ですが、（x、y）位置、近くのピクセルの値、参照画像の値、またはシーン、およびユーザが描いたマスクからの値が含まれます。これらは、3次元以上の空間で閉じた表面を生成する。

別のクラスのアルゴリズムは、フォアグラウンドとバックグラウンドを分離する2Dパスを把握しようとします。このパスは出力でもよいし、最終ステップとしてα= 1でパスを塗りつぶして描画することもできる。このようなアルゴリズムの一例は、アクティブ輪郭の使用である。近年のほとんどの研究は、これらのアルゴリズムになっています。