用测试的方法探究4K电视节目灯光制作要求.pdf
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1、由于 4K 技术相比高清在清晰度、色域、动态范围等方面的巨大优势,当前的电视节目制作正逐步由高清转向 4K 制作。4K 摄像机由于同样尺寸的感光成像元器件上的像素密度增加了 4 倍,导致灵敏度大大降低;同时更广的色域和高动态范围等技术细节上的提升也使 4K 节目制作对灯光的要求与高清相比有了更高的要求。为了更好地掌握 4K 电视灯光的制作特点,总台近年来开展了一系列的研究工作,目的就是为了摸清 4K 电视节目灯光制作的相关要求和规律,它与高清时代相比有哪些异同点,从而更好地指导灯光师进行 4K 电视节目灯光制作。一 待研究的问题 众所周知,4K 相比高清,主要的提升与变化体现在分辨率、量化深度
2、、帧速率、色域和动态范围等五个方面,所以我们的研究也基于这些变化,结合电视灯光的特点和实际使用情况,设定了一些需要研究的问题。关键词4K 电视灯光制作 灯光测试 演播室照度 肤色还原用测试的方法探究4K电视节目灯光制作要求 作者 中央广播电视总台谭磊夏诚梓本文从实际应用的角度,研究了 4K 环境下灯具的色彩还原能力、照度范围、超 BT.709 色域的问题、4K 摄像机光圈和照度的关系等一系列 4K 电视节目灯光制作中面临的问题,并用测试的方法探索了 4K 时代相较高清时代电视节目灯光制作的新要求。摘要1.色域与肤色还原色域为 BT.2020 是 4K HDR 电视节目制作区别于 HD SDR
3、电视节目制作的重要特征之一。演播室电视节目制作中,灯光对颜色的还原能力对电视画面的最终呈现又有至关重要的影响。在进行 4K HDR 制作时,演播室现有常用灯具其光谱特性是否能够满足 4K HDR 制作中超 BT.709(高清色域)的 BT.2020 色域的要求,同时不同类型及显色指数的灯具对拍摄画面肤色的还原是否有影响是我们需要弄清楚的问题。2.高动态范围高动态范围是 4K HDR 电视制作的另一重要特征。对于能够表现更多亮度层次的 HDR 制作和具有新技术的 4K HDR 摄像机,适用于 HD SDR 的灯光照度是否同样适用于 4K HDR 制作?我们将模拟现有演播室常用灯光和拍摄制作设备,
4、试验 4K HDR节目制作的适用灯光照度范围。3.LED 大屏幕目前演播室节目制作中大量使用LED背景屏幕,高清时代因为动态范围的限制,使用中存在不少的局限和问题。4K 时代随着技术的提升,是否能够解决曾经的各类痛点?通过模拟实际节目制作环境,探索背景屏幕亮度与演播室灯光照度的关系,使得拍摄制作的电视节目中人物肤色及场景色彩还原更真实自然,能更好地体现 4K HDR 电视节目宽色域、高动态范围的制作特点。4.CRI 与 TLCI显 色 指 数 CRI(Color Rendering Index)与 电视光源一致性参数(Television Lighting Consistency Index,
5、缩写为 TLCI)是两种光源色彩还原能力的评价指数。标准与测量STANDARD&TESTAdvanced Television Engineering123TLCI 相比 CRI,色彩采样点更多,可以更加全面评价灯具的真实色彩还原能力。而且相比 CRI 是基于人眼的评价体系,TLCI 是完全基于摄像机输出画面在标准电视监视器上显示的色彩表现,更贴合演播室拍摄环境对灯具色彩还原能力的评价与判断。由于近几年在演播室拍摄照明中已经普遍使用LED 光源。由于 LED 光源发光原理和光谱分布不连续的特殊性,可能会造成有些CRI 指数很高的光源,会因某些 LED 光源光谱成分与摄像机的感光芯片彩色特性的不
6、匹配,使用在演播室的拍摄时,导致输出的画面颜色上存在偏差。由于 TLCI 与 CRI 的测试目的和方法不同,因此结合这两个技术指标是否可以更加全面、真实地考察现在演播室各类常用的灯具特性,也是我们试验关注的重点。5.摄像机摄像机作为图像采集的直接工具,它的性能优劣直接关系到图像质量的好坏。演播室里各类不同的品牌型号的常用 4K 摄像机对灯具的要求是否相同,它的拍摄特性及灵敏度如何?对它的研究有利于我们更好地、有针对性地完成 4K 节目制作。二 研究的开展 带着上述问题,近年来总台联合国家广播电视总局广播电视规划院开展了一系列的测试研究,试图摸清 4K 时代电视灯光的制作方法和特点。下面就针对做
7、过的研究及试验做一些介绍,同时抛砖引玉给出一些结论,欢迎同行探讨与指正。(因篇幅有限,部分测试数据仅做简单展示。)1.测试 1:灯具特性对静物场景色彩和肤色表现能力的影响显色指数 Ra 表示了灯具对物体真实颜色的呈现程度。SPD 是光谱功率分布的简称,人们通过 SPD 技术实现对 LED 灯光谱的控制和设计。我们从演播室常用灯具选择了 7 种 Ra 和 SPD 不同的高色温灯、6 种Ra和SPD不同的低色温灯,对相同的场景进行照射,通过拍摄静物场景查看输出信号的矢量图,同时观看监视器主观评价显示的图像。对比分析得出结论。(1)测试场景拍摄场景中设计了便于摄像机进行白平衡调整的DSCLABS 测
8、试卡;由于人眼对肤色的变化很敏感,场景中设计了代表白种人、黄种人和黑种人肤色特性的玩具娃娃;为了体现宽色域制作,还在场景中设计了孟塞尔颜色(Munsell Color)色卡。静物场景示意图见图 1,静物场景中孟塞尔颜色(Munsell Color)色卡CIE图见图2。矢量图及输出信号的截图见表1,灯具特性及信号截图见表 2。1静物拍摄场景2静物场景中孟塞尔颜色色卡 CIE 图灯具编号4K 摄像机拍摄输出信号的矢量图4K 摄像机拍摄输出信号的CIE 图高清摄像机拍摄输出信号的矢量图CCU HD 输出信号的矢量图1表1矢量图及输出信号的截图(以一款灯具为例)标准与测量STANDARD&TEST12
9、4(2)测试 1 结论一是对于相同灯具照射下的相同场景,高清摄像机 HDC1580 拍摄输出信号的矢量比 HDC4300 CCU HD 输出信号的矢量丰富,说明高清摄像机拍摄采集到的色彩分量要多于 4K 拍摄经下变换后的输出。二是对于相同灯具照射下的相同场景,4K 拍摄输出的信号比高清拍摄输出的信号层次更丰富,颜色还原更接近真实场景。三是无论灯具的色温高低,其 Ra 值越高,输出信号的矢量图的矢量越丰富,摄像机拍摄输出的图像色彩还原性能越好,肤色还原越准确。四是灯具的 Ra 值越高,SPD 曲线波动越小,摄像机拍摄输出的图像色彩还原性能越好,肤色还原越准确。五是当灯具的 Ra 值较高,但 SP
10、D 曲线波动较大时,摄像机拍摄输出的图像色彩还原性仍较差,说明SPD 对色彩还原准确性的影响更大。六是当灯具的 Ra 值相同时,SPD 曲线波动越小,摄像机拍摄输出的图像色彩还原性能越好,肤色还原越准确。2.测试 2:极限光圈下拍摄人物场景灯光的照度范围根据 ITU-R Rep.BT.2408 的要求,当拍摄浅肤色人物时,人物面光电平最高为 110nit。由于现场人物模特肤色较白,按照报告书的要求,将现场人物面光电平定为 110nit。采用 4K 摄像机拍摄人物场景,光圈范围为3.010.0,即总台规范要求拍摄人物的最大光圈至摄像机发生衍射时的最小光圈值。通过调整灯光的照度值使得人物面光电平保
11、持为 110nit。摄像机光圈、灯光照度值、输出信号截图具体见表 3。3.测试 3:LED 背景屏亮度与演播室人物拍摄照度关系模拟演播室拍摄人物的场景,背景为 LED 屏幕,前景为人物,人物与大屏的距离为 7 米。将 4K 摄像机的光圈设置为 8,调整现场灯光照度使得 4K 摄像机输出的图像和高清摄像机输出的图像均可达到人物肤色还原准确。此时,测量人物面部亮度为 56cd/m2,背景 LED屏幕亮度为 135cd/m2。4K 摄像机输出图像截图和高清摄像机输出图像的截图见图 3 和图 4。4K 摄像机输出信号截图3HD 摄像机输出信号截图4灯具编号灯具特性(Ra 和 SPD 图)4K 摄像机拍
12、摄输出信号的截图高清摄像机拍摄输出信号的截图1表2灯具特性及信号截图(以一款灯具为例)序号4K 摄像机光圈值灯光照度值(lx)4K 摄像机拍摄输出信号截图高清摄像机拍摄输出信号的截图13.0287210.03250表3极限光圈下拍摄人物场景输出信号截图Advanced Television Engineering125四是演播室内使用 LED 背景大屏时,为突出被摄人物,背景 LED 屏显示景物的平均亮度应低于人脸面部亮度。建议背景 LED 屏峰值亮度 100nit,最高不超过 120nit,显示景物平均亮度 30nit50nit,低于人脸面部肤色亮度,背景画面不干扰拍摄主体。6.测 试 5:
13、灯 具 显 色 指 数 Ra、TLCI 值 和SPD 图与图像质量的关系此测试综合考量灯具的 Ra、TLCI 值和 SPD 图与摄像机拍摄画面之间的关系,对摄像机在 16 种灯具照射下拍摄的静物场景,组织 14 位专家从画面的清晰度、色彩还原、肤色、高饱和色、暗部层次、质感、临场感评价要素对图像进行打分,通过将灯具客观指标与画面主观评价相结合,试图找到规律性的经验,以便指导我们更直观地评价灯具光质的优劣。(1)拍摄场景拍摄静物场景中设计了便于摄像机进行白平衡调整的 DSCLABS 测试卡;由于人眼对肤色的变化很敏感,场景中设计了代表白种人、黄种人和黑种人肤色特性的玩具娃娃;为了测试对图像彩色还
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