论文部分内容阅读
【摘要】电视转播行业从业多年，我经常深有感触，电视观众永远不知道现场真实的色彩到底是什么样的，因为现场有很多的因素会对图像处理造成影响，但我们可以通过一些技术方法把现场真实的颜色尽可能的记录并展现出来。
【关键词】色域 黑白平衡 GAMMA主黑电平
一.引言
色彩是从出生睁开眼的那一刻就不断的在感知，那么我们究竟能看到多少种颜色呢，有资料称人眼一共约能区分一千万种颜色，不过这只是一个估计，因为每个人眼的构造不同，每个人看到的颜色也少许不同，因此对颜色的区分是相当主观的。我们知道8位通道RGB图像，3个通道共24位，约1670万种颜色，而目前主流的摄像机的成像器件已经做到了16位色，16位通道RGB图像，3个通道共48位，2的48次方是多少种颜色，这么多的颜色，其实作为普通人已经无法仔细分辨了，所以我们只能说，我们大概能看到的色彩区域是什么，这就是我们说的色域的概念。在图里我们可以看到，显示出来的这个马蹄形就是人眼的可见光区域，针对4K HDR和HD SDR的色域范围大概是这样的。
在日常转播过程中，我通过一些成功有效的技术处理和技术方法，把我们肉眼看到的颜色，尽可能的记录并展现出来。在中超足球转播、马拉松转播、室外大型活动等转播过程中得到了很好的應用和呈现，得到了节目部门和领导的一致好评。
二.相关技术处理和方法
第一阶段：摄像机基础调整，让设备进入标准状态
1.黑平衡（BLACK）调整
a.新机开机或长时间未使用时需执行自动黑平衡调整。建议定期进行自动黑平衡。
b.自动黑平衡后矢量示波器显示亮点不在矢量中心点时，需要手动调整黑平衡。
2.白平衡（WHITE）调整
a.自动白平衡的调整：在灯光确认且不变的情况下进行，自动白平衡的调整完成后，通过示波器上的矢量图，看图上白亮圆点是否处于矢量中心。
b.自动白平衡后若示波器上的矢量图显示白亮圆点未处于矢量中心，即表示白平衡不准，此时需采用手动白平衡调整。
手动白平衡调整过程中不能调整G路的电平值。因为G路是摄像机中三路信号的基准，从高清亮度方程式我们可以看到：Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B，其中绿（G）色成份亮度值占总量的70%以上，如调整G路参数，会造成图像亮度的明显改变。
3.多机位调整
在制作多机位节目时，镜头型号、变焦比、机位角度、灯光方向不同时，会出现所拍摄出的画面的色彩不一致，这可能是由于景物反光角度不同和镜头上的镀膜不同所造成的图像差异。遇到这种情况，则需要对RGB三路的白平衡进行手动调整来确保画面色彩的一致性，先调整好一台机位作为参考，用切换台上左右划像的方法来对比调节。
4.后焦调整
a.将法兰卡放置于摄像机镜头平行等高3-5米的距离。
b.拧松摄像机镜头后焦环锁扣，并将光圈调整为手动，并开到最大。
c.打开寻像器的Peaking旋钮，镜头推满后，转动前聚焦环，聚实画面。
d.再将镜头拉到广角端，看是否跑焦，画面不实则转动后焦环，聚实画面。如此反复2-3次，确定画面聚实后，锁死后焦环扣。
第二阶段：重点参数调整，让色彩真实还原
1.主黑电平
图像数据电平为0时，对应的信号电平为基础黑电平，从主观判断上看，黑电平值过高画面变灰，太低则出现死黑，应达到拉开图像反差但不损失暗部细节为宜。从示波器上看，调节黑电平不影响信号的放大倍数，而仅仅是对信号进行上下平移。通过示波器波形判断主黑电平调整的范围接近0线，但不超出为最佳，标准范围为0-50mv，在20mv左右为最佳。
主黑电平往负值适量调整（幅度底向下平移）可以实现加大反差，增加图像的对比度，但调整时又要避免死黑。
主黑电平往正值调整（向上平移）则反差减小，减弱图像对比度，图像变灰，层次不分明。
2.曝光
光圈的作用在于决定镜头的进光量，在快门速度（曝光速度）不变的情况下，光圈F数值越小则光孔越大，进光量越多，画面比较亮，同时画面的景深越小；光圈F数值越大则光孔越小，画面比较暗，同时画面的景深越大。
在演播室摄像机调整中，首先要确定拍摄主体曝光正常，即：调节摄像机光圈，在监视器上确定拍摄主体曝光正常，同时监看示波器波形图，确定亮度电平不超过700mv。从最终的成像效果看，摄像机光圈应控制在F4-F11之间，最大不能超过F4。曝光的基本原则：曝光过程宁欠勿过，曝光不足时可通过其他手段弥补，但曝光过度则丢失的细节无法找回。
曝光的控制：
（1）示波器上选择 “WFM”，观察示波器上图像的亮度幅度，确定其不超过700mv。如下图：
（2）打开示波器上的行选择按钮，将主画面切换为picture，则会在图像画面上出现一条白色的线。然后通过选择旋钮选择要曝光的主体，将“选择线”上下移到曝光主体上，然后回到示波器的波形监视界面，看曝光幅度是否满足700mv内，并控制光圈使最大幅度接近700mv线。如下图：
3.中灰度层次：GAMMA
GAMMA主要影响画面中灰度层次，正常情况下不调整GAMMA的值，使其为默认值0.45。在光圈、黑电平、环境光等条件确定的情况下，如果画面层次不分明时，可以适当调整GAMMA值，GAMMA的调节范围为0.35-0.9。GAMMA数值低，画面越发灰，变得没层次，GAMMA数值偏大，画面变透。GAMMA调节时，从示波器上波形图可以看出，中灰区变化明显，高亮区的幅度有细小的影响。下图为γ特性曲线：
4 .暗部层次：L O W K E Y SATURATION与BLACK GAMMA
针对暗部细节的处理，调整画面的暗部层次，使用BLACK GAMMA功能。调节黑GAMMA，不会影响主黑电平。如果要拉大亮部主体与暗部背景的反差，调整M A S T E R BLACK GAMMA向负值方向。如果要提高暗部物体的细节和亮度，则将主黑GAMMA（MASTER BLACK GAMMA）调节往正值方向调节，调节后会降低畫面反差并增加噪点。
摄像机同一时刻只接受其中某一选择区域调整的指令并展现其处理效果。
5.高光层次的调整：K N E E和KNEE SATURATION
由于2/3英寸IT-CCD所记录的亮度的动态范围大约是摄像机成像系统动态范围的6倍，即600IRE，但是摄像机的有效成像范围只有110IRE，为了让更多的亮度细节进入成像系统，摄像机采用了一种“掰弯压缩”的方式将高亮度电平压缩到摄像机有效的成像范围之内，就是KNEE。knee设置值在50%-109%（white clip）之间，默认值为95%，为了不影响人脸肤色（70%）的亮度，建议不低于80%。
6.画面质感的控制：DETAIL
电视画面的质感由细节来决定，人的眼睛对清晰度的感觉，除了画面本身的分辨率之外，影像线条之间的反差也是非常重要的。在同样的画面分辨率的条件下，线条反差高的影像与反差低的影像相比，反差高的影像会给人一种清晰度更高的感觉。所以在制作中可以通过细节来处理画面的轮廓。调节细节电平后，必然引起一些噪波，所以在细节调整之后应该进行噪波抑制。
7.皮肤细节校正：SKIN DETAIL
SKIN DETAIL主要对肤色细节进行调节，如脸部的缺陷可以通过肤色细节进行弱化，在调节中选取面部区域局部调节，削弱尖波电平以达到弱化，使肤色看上次更柔和细腻。
8.噪点抑制
在摄像机中，对画面噪点有三种降噪处理方式：超级降噪、暗部抑噪和挖芯校正。其中超级降噪是对整个画面的噪点进行降噪，暗部抑噪只针对图像的暗部噪点处理，挖芯校正处理图像的中灰部噪点。
9.多区矩阵：Multi Matrix
多区矩阵可以独立的调整不同颜色的相位和饱和度，摄像机将色域矢量圆盘分成16个区。可以对单一的一个区进行饱和度的调节。用于在局部画面色彩还原不正常的情况下，如主持人脸色偏黄，衣服色彩暗淡时，可以用多区矩阵进行调节，以补偿色调失真。
10.LED灯超色域
在演播室环境里现在大规模使用LED灯，在某些局部区域，摄像机所拍摄的画面中会出现蓝斑，在矢量图上显示色域超标。对于该现象，摄像机新増了“adaptive matrix”功能，可对蓝斑超色域作修正。只要打开此功能就可以。
三.总结
摄像机图像调整过程中，要从画面的层次，轮廓细节和色彩三方面去逐一判别与处理。影响画面层次的决定因素有曝光量、基础黑电平、GAMMA、拐点控制等。画面主体曝光准确，不限幅超标，不出现暗部死黑现象，层次分明，通透，给人画面干净清爽的感觉。而轮廓细节决定着画面的质感，影响主次立体感，因此要通过细节校正等手段作处理。针对画面上的噪波，也要用噪点抑制手段来消减。影响画面另一个重要因素就是色彩还原，一个正确的视频画面应是当时是现场的情景真实再现，不能出现色差或者色偏。如果画面色彩产生偏差，先通过黑白平衡校正，然后再用色彩矩阵处理，让其得以准确还原。
近些年重庆举办了大量重大赛事、活动和节目，如国际女排邀请赛、中国重庆马拉松大赛、甲A重庆赛区比赛、国际攀岩大赛、大河歌会等，我通过以上的理论和方法的实践，实现了转播信号的高质量和高色彩还原度，多次获得国家和省市的技术奖项，以及转播方的好评。B&P
【参考文献】
《高清数字电视转播车图像质量评价方法研究 》 宗守鹰
《江苏卫视2017澳门跨年演唱会制作之图像质量控制篇 》徐徯
《光源显色性对电视图像色彩还原的影响》赵建平 王京池 朱悦
【关键词】色域 黑白平衡 GAMMA主黑电平
一.引言
色彩是从出生睁开眼的那一刻就不断的在感知，那么我们究竟能看到多少种颜色呢，有资料称人眼一共约能区分一千万种颜色，不过这只是一个估计，因为每个人眼的构造不同，每个人看到的颜色也少许不同，因此对颜色的区分是相当主观的。我们知道8位通道RGB图像，3个通道共24位，约1670万种颜色，而目前主流的摄像机的成像器件已经做到了16位色，16位通道RGB图像，3个通道共48位，2的48次方是多少种颜色，这么多的颜色，其实作为普通人已经无法仔细分辨了，所以我们只能说，我们大概能看到的色彩区域是什么，这就是我们说的色域的概念。在图里我们可以看到，显示出来的这个马蹄形就是人眼的可见光区域，针对4K HDR和HD SDR的色域范围大概是这样的。
在日常转播过程中，我通过一些成功有效的技术处理和技术方法，把我们肉眼看到的颜色，尽可能的记录并展现出来。在中超足球转播、马拉松转播、室外大型活动等转播过程中得到了很好的應用和呈现，得到了节目部门和领导的一致好评。
二.相关技术处理和方法
第一阶段：摄像机基础调整，让设备进入标准状态
1.黑平衡（BLACK）调整
a.新机开机或长时间未使用时需执行自动黑平衡调整。建议定期进行自动黑平衡。
b.自动黑平衡后矢量示波器显示亮点不在矢量中心点时，需要手动调整黑平衡。
2.白平衡（WHITE）调整
a.自动白平衡的调整：在灯光确认且不变的情况下进行，自动白平衡的调整完成后，通过示波器上的矢量图，看图上白亮圆点是否处于矢量中心。
b.自动白平衡后若示波器上的矢量图显示白亮圆点未处于矢量中心，即表示白平衡不准，此时需采用手动白平衡调整。
手动白平衡调整过程中不能调整G路的电平值。因为G路是摄像机中三路信号的基准，从高清亮度方程式我们可以看到：Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B，其中绿（G）色成份亮度值占总量的70%以上，如调整G路参数，会造成图像亮度的明显改变。
3.多机位调整
在制作多机位节目时，镜头型号、变焦比、机位角度、灯光方向不同时，会出现所拍摄出的画面的色彩不一致，这可能是由于景物反光角度不同和镜头上的镀膜不同所造成的图像差异。遇到这种情况，则需要对RGB三路的白平衡进行手动调整来确保画面色彩的一致性，先调整好一台机位作为参考，用切换台上左右划像的方法来对比调节。
4.后焦调整
a.将法兰卡放置于摄像机镜头平行等高3-5米的距离。
b.拧松摄像机镜头后焦环锁扣，并将光圈调整为手动，并开到最大。
c.打开寻像器的Peaking旋钮，镜头推满后，转动前聚焦环，聚实画面。
d.再将镜头拉到广角端，看是否跑焦，画面不实则转动后焦环，聚实画面。如此反复2-3次，确定画面聚实后，锁死后焦环扣。
第二阶段：重点参数调整，让色彩真实还原
1.主黑电平
图像数据电平为0时，对应的信号电平为基础黑电平，从主观判断上看，黑电平值过高画面变灰，太低则出现死黑，应达到拉开图像反差但不损失暗部细节为宜。从示波器上看，调节黑电平不影响信号的放大倍数，而仅仅是对信号进行上下平移。通过示波器波形判断主黑电平调整的范围接近0线，但不超出为最佳，标准范围为0-50mv，在20mv左右为最佳。
主黑电平往负值适量调整（幅度底向下平移）可以实现加大反差，增加图像的对比度，但调整时又要避免死黑。
主黑电平往正值调整（向上平移）则反差减小，减弱图像对比度，图像变灰，层次不分明。
2.曝光
光圈的作用在于决定镜头的进光量，在快门速度（曝光速度）不变的情况下，光圈F数值越小则光孔越大，进光量越多，画面比较亮，同时画面的景深越小；光圈F数值越大则光孔越小，画面比较暗，同时画面的景深越大。
在演播室摄像机调整中，首先要确定拍摄主体曝光正常，即：调节摄像机光圈，在监视器上确定拍摄主体曝光正常，同时监看示波器波形图，确定亮度电平不超过700mv。从最终的成像效果看，摄像机光圈应控制在F4-F11之间，最大不能超过F4。曝光的基本原则：曝光过程宁欠勿过，曝光不足时可通过其他手段弥补，但曝光过度则丢失的细节无法找回。
曝光的控制：
（1）示波器上选择 “WFM”，观察示波器上图像的亮度幅度，确定其不超过700mv。如下图：
（2）打开示波器上的行选择按钮，将主画面切换为picture，则会在图像画面上出现一条白色的线。然后通过选择旋钮选择要曝光的主体，将“选择线”上下移到曝光主体上，然后回到示波器的波形监视界面，看曝光幅度是否满足700mv内，并控制光圈使最大幅度接近700mv线。如下图：
3.中灰度层次：GAMMA
GAMMA主要影响画面中灰度层次，正常情况下不调整GAMMA的值，使其为默认值0.45。在光圈、黑电平、环境光等条件确定的情况下，如果画面层次不分明时，可以适当调整GAMMA值，GAMMA的调节范围为0.35-0.9。GAMMA数值低，画面越发灰，变得没层次，GAMMA数值偏大，画面变透。GAMMA调节时，从示波器上波形图可以看出，中灰区变化明显，高亮区的幅度有细小的影响。下图为γ特性曲线：
4 .暗部层次：L O W K E Y SATURATION与BLACK GAMMA
针对暗部细节的处理，调整画面的暗部层次，使用BLACK GAMMA功能。调节黑GAMMA，不会影响主黑电平。如果要拉大亮部主体与暗部背景的反差，调整M A S T E R BLACK GAMMA向负值方向。如果要提高暗部物体的细节和亮度，则将主黑GAMMA（MASTER BLACK GAMMA）调节往正值方向调节，调节后会降低畫面反差并增加噪点。
摄像机同一时刻只接受其中某一选择区域调整的指令并展现其处理效果。
5.高光层次的调整：K N E E和KNEE SATURATION
由于2/3英寸IT-CCD所记录的亮度的动态范围大约是摄像机成像系统动态范围的6倍，即600IRE，但是摄像机的有效成像范围只有110IRE，为了让更多的亮度细节进入成像系统，摄像机采用了一种“掰弯压缩”的方式将高亮度电平压缩到摄像机有效的成像范围之内，就是KNEE。knee设置值在50%-109%（white clip）之间，默认值为95%，为了不影响人脸肤色（70%）的亮度，建议不低于80%。
6.画面质感的控制：DETAIL
电视画面的质感由细节来决定，人的眼睛对清晰度的感觉，除了画面本身的分辨率之外，影像线条之间的反差也是非常重要的。在同样的画面分辨率的条件下，线条反差高的影像与反差低的影像相比，反差高的影像会给人一种清晰度更高的感觉。所以在制作中可以通过细节来处理画面的轮廓。调节细节电平后，必然引起一些噪波，所以在细节调整之后应该进行噪波抑制。
7.皮肤细节校正：SKIN DETAIL
SKIN DETAIL主要对肤色细节进行调节，如脸部的缺陷可以通过肤色细节进行弱化，在调节中选取面部区域局部调节，削弱尖波电平以达到弱化，使肤色看上次更柔和细腻。
8.噪点抑制
在摄像机中，对画面噪点有三种降噪处理方式：超级降噪、暗部抑噪和挖芯校正。其中超级降噪是对整个画面的噪点进行降噪，暗部抑噪只针对图像的暗部噪点处理，挖芯校正处理图像的中灰部噪点。
9.多区矩阵：Multi Matrix
多区矩阵可以独立的调整不同颜色的相位和饱和度，摄像机将色域矢量圆盘分成16个区。可以对单一的一个区进行饱和度的调节。用于在局部画面色彩还原不正常的情况下，如主持人脸色偏黄，衣服色彩暗淡时，可以用多区矩阵进行调节，以补偿色调失真。
10.LED灯超色域
在演播室环境里现在大规模使用LED灯，在某些局部区域，摄像机所拍摄的画面中会出现蓝斑，在矢量图上显示色域超标。对于该现象，摄像机新増了“adaptive matrix”功能，可对蓝斑超色域作修正。只要打开此功能就可以。
三.总结
摄像机图像调整过程中，要从画面的层次，轮廓细节和色彩三方面去逐一判别与处理。影响画面层次的决定因素有曝光量、基础黑电平、GAMMA、拐点控制等。画面主体曝光准确，不限幅超标，不出现暗部死黑现象，层次分明，通透，给人画面干净清爽的感觉。而轮廓细节决定着画面的质感，影响主次立体感，因此要通过细节校正等手段作处理。针对画面上的噪波，也要用噪点抑制手段来消减。影响画面另一个重要因素就是色彩还原，一个正确的视频画面应是当时是现场的情景真实再现，不能出现色差或者色偏。如果画面色彩产生偏差，先通过黑白平衡校正，然后再用色彩矩阵处理，让其得以准确还原。
近些年重庆举办了大量重大赛事、活动和节目，如国际女排邀请赛、中国重庆马拉松大赛、甲A重庆赛区比赛、国际攀岩大赛、大河歌会等，我通过以上的理论和方法的实践，实现了转播信号的高质量和高色彩还原度，多次获得国家和省市的技术奖项，以及转播方的好评。B&P
【参考文献】
《高清数字电视转播车图像质量评价方法研究 》 宗守鹰
《江苏卫视2017澳门跨年演唱会制作之图像质量控制篇 》徐徯
《光源显色性对电视图像色彩还原的影响》赵建平 王京池 朱悦