Комбинация клавиш Chroma или хроматическая манипуляция — это технология визуальных эффектов / пост-продакшн для компоновки (наложения) двух изображений или видеопотоков на основе цветовых оттенков (диапазон цветности). Этот метод широко использовался во многих областях, чтобы удалить фон из темы фотографии или видео, в частности, из газетных материалов, кинофильмов и видеоигр. Цветовая гамма на переднем плане сделана прозрачной, позволяя отдельно снимать фоновый кадр или статическое изображение, которое должно быть вставлено в сцену. Технология цветной клавиатуры широко используется в производстве видео и пост-продакшн. Этот метод также упоминается как цветовая кодировка, наложение цветного разделения (CSO, в первую очередь BBC), или различные термины для конкретных цветовых вариантов, таких как зеленый экран и синий экран — цветная манипуляция может быть выполнена с фоном любой цвет, который является однородным и четким, но зеленый и синий фон чаще используются, потому что они отличаются наиболее ярко в оттенках от большинства цветов кожи человека. Никакая часть объекта, снимаемого или сфотографированного, не может дублировать цвет, используемый в качестве основы.

Он обычно используется для трансляции прогнозов погоды, в которых ведущий новостей обычно стоит перед большой картой CGI во время прямых трансляций в прямом эфире, хотя на самом деле это большой синий или зеленый фон. При использовании синего экрана на частях изображения добавляются разные карты погоды, где цвет синий. Если ведущий новостей носит синюю одежду, его или ее одежда также будет заменена фоновым видео. Chroma keying также распространен в индустрии развлечений для визуальных эффектов в фильмах и видеоиграх.

история
Предшественники
До введения дорожных матов и оптической печати двойное воздействие использовалось для введения элементов в сцену, которые не присутствовали при первоначальной экспозиции. Это было сделано с использованием черных драпировок, где сегодня будет использоваться зеленый экран. Джордж Альберт Смит впервые использовал этот подход в 1898 году. В 1903 году Великое ограбление поезда Эдвина С. Портера использовало двойное воздействие, чтобы добавить фоновые сцены к окнам, которые были черными при съемке на съемочной площадке, используя мусорный штекер, чтобы выставлять только окна.

Чтобы фигуры в одной экспозиции фактически перемещались перед замещенным фоном в другом, понадобилась передвижная матовая, чтобы закрепить правильную часть фона в каждом кадре. В 1918 году Фрэнк Уильямс запатентовал технику передвижного штейна, снова основанную на использовании черного фона. Это использовалось во многих фильмах, таких как «Невидимый человек».

В 1920-х годах Уолт Дисней использовал белый фон, чтобы включить человеческих актеров с персонажами мультфильмов и фонами в своих комедиях Алисы.

Синий экран
Метод синего экрана был разработан в 1930-х годах на RKO Radio Pictures. В RKO Linwood Dunn использовал раннюю версию передвижного штейна для создания «салфеток» — там, где были переходы, такие как стеклоочиститель в таких фильмах, как Flying Down to Rio (1933). Записанный Ларри Батлеру, сцена, изображающая джинна, вырвавшегося из бутылки, была первым использованием правильного процесса блюзового экрана для создания путешествующего мата для The Thief of Bagdad (1940), который в этом году получил премию «Оскар» за лучшие спецэффекты. В 1950 году сотрудник Warner Brothers и бывший исследователь Kodak Артур Видмер начал работать над ультрафиолетовым матовым процессом. Он также начал разрабатывать техники блюзового экрана: одним из первых фильмов, которые им пользовались, была адаптация 1958 года к новелле Эрнеста Хемингуэя «Старик и море» в главной роли Спенсера Трейси.

В 1964 году Петру Влахосу была присуждена премия Академии за его утонченность этих методов. Его техника использует тот факт, что большинство объектов в реальных сценах имеют цвет, компонент синего цвета которого по своей интенсивности похож на их зеленый цвет. Zbigniew Rybczyński также внесли свой вклад в технологию bluescreen. Оптический принтер с двумя проекторами, пленочной камерой и «разделителем луча» использовался для объединения актера перед синим экраном вместе с фоновым отснятым материалом, по одному кадру за раз. В начале 1970-х годов американские и британские телевизионные сети начали использовать зеленые фоны вместо синих для своих выпусков новостей. В 1980-х годах для управления оптическим принтером использовались миникомпьютеры. Для фильма «Империя наносит ответный удар» Ричард Эдлунд создал «четырехмерный оптический принтер», который значительно ускорил процесс и сэкономил деньги. Он получил специальную премию Академии за свои нововведения.

В течение десятилетий, путешествующие матовые снимки должны были быть сделаны «запертыми», так что ни матовый предмет, ни фон не могли полностью переключить свою перспективу на камеру. Позже компьютерные камеры контроля движения смягчили эту проблему, так как передний и задний фон можно было снимать с одними и теми же движениями камеры.

Метеорологи на телевидении часто используют полевой монитор в боковой части экрана, чтобы увидеть, где они прикладывают свои руки к фоновым изображениям. Новым методом является проецирование слабого изображения на экран.

В некоторых фильмах интенсивно используется цветной ключ для добавления фонов, которые полностью создаются с использованием созданных компьютером образов (CGI). Спектакли из разных пьес могут быть объединены вместе, что позволяет снимать актеров отдельно и затем размещаться вместе на одной сцене. Chroma key позволяет исполнителям появляться в любом месте, не выходя из студии. Развитие компьютеров также облегчило включение движения в композитные снимки, даже при использовании карманных камер. Опорные точки могут быть размещены на цветном фоне (обычно в виде раскрашенной сетки, X обозначены лентой или равноотстоящими теннисные мячи, прикрепленные к стене). В пост-продакшн компьютер может использовать ссылки, чтобы вычислить положение камеры и, таким образом, сделать изображение, которое идеально соответствует перспективам и движению переднего плана. Современные достижения в области программного обеспечения и вычислительной мощности устраняют необходимость точного размещения маркеров — программное обеспечение определяет их положение в космосе (недостатком этого является то, что для этого требуется большое движение камеры, что, возможно, поощряет современные кинотехнологии, где камера всегда находится в движение).

Обработать

Основной объект снимается или фотографируется на фоне, состоящем из одного цвета или относительно узкого диапазона цветов, обычно синего или зеленого, потому что эти цвета считаются самыми удаленными от тонов кожи. Части видео, которые соответствуют предварительно выбранному цвету, заменяются альтернативным фоновым видео. Этот процесс обычно называют «ключом», «ключом» или просто «ключом».

Обработка зеленого фона
Green используется в качестве фона для телевидения и электронного кинематографа больше, чем любой другой цвет, потому что телевизионные метеорологи имеют тенденцию носить синие костюмы. Когда технология цветности впервые использовалась в телевизионном производстве, синий экран, который был тогда нормой в киноиндустрии, использовался по привычке, пока другие практические соображения не заставили телевизионную индустрию перейти от синих к зеленым экранам. Широковещательные цветные цветные телевизионные камеры используют отдельные красные, зеленые и синие датчики изображения, а для ранних аналоговых цветных цветных телевизоров требуется компонентное видео RGB для надежной работы. С технологической точки зрения одинаково можно было использовать синий или зеленый канал, но поскольку синяя одежда была постоянной проблемой, зеленый экран стал распространенным явлением. Новостные агентства иногда забывают код одежды цвета цветности, и когда ключ применяется к одежде того же цвета, что и фон, человек, похоже, исчезнет в ключе. Поскольку зеленая одежда менее распространена, чем синяя, вскоре стало очевидно, что легче использовать зеленый матовый экран, чем это было, чтобы постоянно поливать выбор одежды в эфире. Кроме того, поскольку человеческий глаз более чувствителен к зеленым волнам, которые лежат в середине спектра видимого света, зеленый аналоговый видеоканал обычно обладает большей мощностью сигнала, обеспечивая лучшее соотношение сигнал / шум по сравнению с другими компонентными видеоканалами, поэтому клавиши зеленого экрана могут производить самый чистый ключ. В эпоху цифрового телевидения и кино большая часть настроек, необходимых для создания качественного ключа, была автоматизирована. Тем не менее, одна константа, которая остается, представляет собой некоторый уровень согласования цвета, чтобы сохранить объекты переднего плана от разблокировки.

Обработка синего фона
Перед электронным кодированием цветности композиция выполнялась на (химической) пленке. Отрицательный цвет камеры был напечатан на высококонтрастной черно-белой пленке с использованием фильтра или цветовой чувствительности черно-белой пленки, чтобы ограничить его синим каналом. Предполагая, что этот фильм был отрицательным, он ясно дал понять, где сине-матовый экран был черным в другом месте, за исключением того, что он также был прозрачным для любых белых объектов (так как они также содержали синий цвет). Удаление этих пятен может быть выполнено с помощью подходящего двойного воздействия с положительным цветом и многих других методов. Конечным результатом был ясный фон с непрозрачной формой объекта в середине. Это называется женским матом, похожим на альфа-матовый в цифровой манипуляции. Копирование этой пленки на другой высококонтрастный негатив производило противоположный «мужской штейн». Фоновой негатив затем упаковывали с помощью матового штифта и экспонировали на конечной полосе пленки, затем отрицательную фотографию упаковали с помощью матового штейна, который был дважды напечатан на этой же пленке. Эти два изображения, объединенные вместе, создают окончательный эффект.

Основные факторы
Важнейшим фактором для ключа является цветовое разделение переднего плана (объекта) и фона (экрана) — синий экран будет использоваться, если объект преимущественно зеленый (например, растения), несмотря на то, что камера более чувствительна к зеленый свет.

В аналоговом цветной телевизор, цвет представлен фазой цветовой поднесущей относительно опорного генератора. Хроматический ключ достигается путем сравнения фазы видео с фазой, соответствующей предварительно выбранному цвету. Секционные фрагменты видеозаписей заменяются альтернативным фоновым видео.

В цифровом цветном телевизоре цвет представлен тремя цифрами (красный, зеленый, синий уровни интенсивности). Хрома-ключ достигается простым цифровым сравнением между видео и предварительно выбранным цветом. Если цвет в определенной точке на экране соответствует (точно или в диапазоне), тогда видео в этой точке заменяется альтернативным фоном.

Осветительные приборы
Чтобы создать иллюзию, что персонажи и объекты, снятые, присутствуют в намеченной фоновой сцене, освещение в двух сценах должно быть разумным. Для наружных сцен, пасмурные дни создают диффузный, равномерно окрашенный свет, который может быть легче сочетаться в студии, тогда как прямой солнечный свет должен сочетаться как в направлении, так и в общем цвете, основанном на времени суток.

Студийный снимок, сделанный перед зеленым экраном, естественно, будет иметь окружающий свет того же цвета, что и экран, из-за его рассеяния света. Этот эффект известен как spill.: P20 Это может выглядеть неестественно или приводить к исчезновению части символов, поэтому его нужно компенсировать или избегать, используя больший экран, расположенный далеко от актеров.

камера
Глубина поля, используемая для записи сцены перед цветным экраном, должна соответствовать глубине фона. Это может означать запись актеров с большей глубиной резкости, чем обычно.

Одежда

Предмет ключевого ключевого слова должен избегать носить одежду, похожую по цвету на цвет (ы) цвета (если это преднамеренно, например, носить зеленый верх, чтобы он казался, что объект не имеет тела), потому что одежда может быть заменена фоновое изображение / видео. Примером преднамеренного использования этого является то, когда актер носит синее покрытие над частью своего тела, чтобы сделать его невидимым в финальном снимке. Этот метод можно использовать для достижения эффекта, подобного тому, который использовался в фильмах Гарри Поттера, чтобы создать эффект плаща-невидимки. Актер также может быть снят с фона цветной клавиши и вставлен в фоновый снимок с эффектом искажения, чтобы создать плащ, который можно обнаружить незначительно.

Трудности возникают с синим экраном, когда костюм в эффекте выстрела должен быть синим, например, традиционным синим нарядом Супермена. В 2002 году в фильме «Человек-паук», в сценах, где и «Человек-паук», и «Зеленый гоблин» находятся в воздухе, Человек-паук должен был быть застрелен перед зеленым экраном, а «Зеленый гоблин» должен был быть снят перед синим экран. Разница в цвете заключается в том, что Человек-паук носит костюм красного и синего цвета, а Зеленый Гоблин носит костюм, который полностью зеленого цвета. Если оба были сняты перед одним и тем же экраном, части одного символа будут удалены из кадра.

Для чистого разделения переднего плана с фона важно также, чтобы одежда и волосы на переднем плане имели довольно простой силуэт, так как мелкие детали, такие как вьющиеся волосы, могут не разрешаться должным образом. Аналогичным образом, частично прозрачные элементы костюма вызывают проблемы.

Фоновый цвет

Синий был первоначально использован для спецэффектов цветной тональности, потому что тон кожи человека содержит очень мало синего цвета, и потому, что киноиндустрия использовала синие фоны для аналогичных целей. Цвет синий был привязан к синему эмульсионному слою пленки, имеющей сравнимое зерно и детали по сравнению с красными и зелеными слоями эмульсии. Тем не менее, в телевизионном и цифровом кинематографе зеленый цвет стал предпочтительным цветом из-за некоторых практических соображений, и поскольку алгоритмы сжатия с потерями, используемые как в распределении аналогового, так и цифрового телевидения, сохраняют более подробные сведения в зеленом канале. Выбор цвета зависит от исполнителей эффектов и потребностей конкретного кадра. В то время как синий экран был представлен телевизионной индустрии киноиндустрии, использование визуальных эффектов зеленого экрана было представлено в киноиндустрии, поскольку электронное изображение увеличило и заменило использование запасов кинопленки в кинотеатре. Кроме того, зеленый фон предпочитается синим для наружной съемки, где синее небо может появляться в кадре и может случайно быть заменено в процессе. Хотя зеленый и синий являются наиболее распространенными, потому что для кодирования спектра видимого света используются красные, зеленые и синие компоненты, можно использовать любой цвет клавиш. Красный исключается для людей из-за его распространенности в нормальных пигментах кожи человека, но их часто можно использовать для предметов и сцен, которые не связаны с людьми.

Так называемый «желтый экран» выполняется с белым фоном. Обычное осветительное освещение используется в сочетании с яркой желтой натриевой лампой. Натрий-свет практически полностью падает в узкой полосе частот, которая затем может быть отделена от другого света с помощью призмы и проецируется на отдельный, но синхронизированный носитель пленки внутри камеры. Этот второй фильм является высококонтрастным черно-белым и обрабатывается для изготовления мата.

Иногда используется пурпурный фон, как в некоторых программных приложениях, где пурпурный или фуксий иногда называют «волшебным розовым».

Новым методом является использование световозвращающей занавески в фоновом режиме, а также кольцо ярких светодиодов вокруг объектива камеры. Это не требует света, чтобы сиять на фоне, отличном от светодиодов, которые используют очень малое количество энергии и пространства, в отличие от больших фаз, и не требуют фальсификации. Это продвижение стало возможным благодаря изобретению в 1990-х годах практических синих светодиодов, которые также позволяют использовать светодиоды с изумрудно-зелеными светодиодами.

Существует также форма цветовой синхронизации, которая использует невидимый для человеческого глаза световой спектр. Вызывается Thermo-Key, он использует инфракрасный цвет в качестве ключевого цвета, который не будет заменен фоновым изображением во время постобработки.

Для Star Trek: «Следующее поколение» процесс увязки ультрафиолетового света был предложен Дон Ли из Голливуда СНГ и разработан Гэри Хутцелем и персоналом Image G. Это связано с флуоресцентным оранжевым фоном, который облегчил создание мата для простоя, таким образом позволяя команде эффектов производить эффекты в течение четверти времени, необходимого для других методов.

В принципе, любой тип неподвижного фона может использоваться как цветной ключ вместо сплошного цвета. Сначала фон захватывается без актеров или других элементов переднего плана; затем записывается сцена. Изображение фона используется для отмены фона в фактических кадрах; например, в цифровом изображении, каждый пиксель будет иметь другой цветной ключ. Это иногда называют разностным штейном. Тем не менее, это облегчает случайное удаление объектов, если они похожи на фон или фон остается из-за шума камеры или, если это происходит, слегка изменяется от опорных кадров. Фон с повторяющимся шаблоном устраняет многие из этих проблем и может быть менее чувствительным к цвету гардероба, чем сплошные цветовые фоны.

Погрешности
Даже освещение

он самый большой вызов при настройке экрана bluescreen или greenscreen — это даже освещение и предотвращение тени, потому что лучше всего иметь как можно более узкий диапазон цветов. Тень представила бы себя как более темный цвет для камеры и, возможно, не зарегистрировалась для замены. Это иногда можно увидеть в низкобюджетных или прямых трансляциях, где ошибки не могут быть восстановлены вручную. Используемый материал влияет на качество и легкость его равномерного освещения. Материалы, которые являются блестящими, будут намного менее успешными, чем те, которые не являются. На блестящей поверхности будут области, которые отражают свет, что делает их бледными, в то время как другие области могут быть затемнены. Матовая поверхность будет рассеивать отраженный свет и иметь более четный цветовой диапазон. Чтобы получить самый чистый ключ от съемки зеленого экрана, необходимо создать разницу значений между объектом и зеленым экраном. Для того, чтобы отличить субъекта от экрана, можно использовать двухпозиционное различие, либо сделав зеленый экран на две ступени выше, чем объект, или наоборот.

Иногда тень может использоваться для создания визуального эффекта. Области экрана bluescreen или greenscreen с тенью на них могут быть заменены более темной версией желаемого фонового видеоизображения, что делает его похожим на то, что человек бросает на них тень. Любое разлитие цвета цветной клавиши сделает результат неестественным. Различие в фокусном расстоянии используемых линз может повлиять на успех цветного ключа.

Воздействие

Еще одна проблема для bluescreen или greenscreen — правильная экспозиция камеры. Недоэкспонирование или переэкспонирование цветного фона может привести к снижению уровня насыщения. В случае с видеокамерами недоэкспонированные изображения также могут содержать большое количество шума. Фон должен быть достаточно ярким, чтобы камера могла создавать яркое и насыщенное изображение.

программирование
Существует несколько различных методов оптимизации качества и скорости для реализации цветовой клавиатуры в программном обеспечении.

В большинстве версий функция f (r, g, b) → α применяется к каждому пикселю изображения. α (альфа) имеет значение, аналогичное методу альфа-композитинга. α ≤ 0 означает, что пиксель полностью находится на зеленом экране, α ≥ 1 означает, что пиксель полностью находится в объекте переднего плана, а промежуточные значения указывают, что пиксель частично покрыт объектом переднего плана (или он прозрачен). Следующая дополнительная функция g (r, g, b) → (r, g, b) необходима для удаления зеленого разлива на объектах переднего плана.

Очень простая функция f () для зеленого экрана — A (r + b) — Bg, где A и B — настраиваемые пользователем константы со значением по умолчанию 1.0. Очень простая g () есть (r, min (g, b), b). Это довольно близко к возможностям аналогового и пленочного экранирования.

Современные примеры этих функций лучше всего описываются двумя замкнутыми вложенными поверхностями в трехмерном пространстве rgb, часто довольно сложными. Цвета внутри внутренней поверхности считаются зелеными. Цвета снаружи внешней поверхности непрозрачны передним планом. Цвета между поверхностями частично покрыты, они более непрозрачны, чем ближе они к внешней поверхности. Иногда для определения того, как удалить зеленый разлив, используются более закрытые поверхности. Также очень важно, чтобы функция f () зависела не только от цвета текущего пикселя, но также могла использовать положение (x, y), значения соседних пикселей, значение из опорных изображений или статистическую цветовую модель сцены и значений из пользовательских масок. Они производят замкнутые поверхности в пространстве с более чем тремя измерениями.

Другой класс алгоритмов пытается определить 2D-путь, который отделяет передний план от фона. Этот путь может быть выходным, или изображение может быть нарисовано путем заполнения пути α = 1 в качестве последнего шага. Примером такого алгоритма является использование активного контура. Большинство исследований в последние годы были включены в эти алгоритмы.