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叶德:浅析演播室混合光源的色温与光圈控制

2015-07-12 08:51 来源:电视技术

责编:陈默

浅析演播室混合光源的色温与光圈控制

叶德 福建省广播影视集团电视技术中心

电视是团队合作的艺术,画面是电视的基本元素。一台优美的节目需要精美的舞台设计、导演精巧的构思、摄像师的优美构图、合理的灯光照明来烘托,还要满足摄像机的技术指标。电视照明设计需要了解摄像机的特性,利用先进的照明设备去创作高画质的电视图像;演播室录制的因素不仅仅有光源色温、镜头光圈、摄像机白平衡的问题,还有如场景、效果灯、电子屏幕等的影响,需要各部门的合作才能在混合光源照明的舞台上录制出色彩还原真实、清晰的电视图像。电视照明的设计理念在不断更新,设计也越来越先进,使用的灯具类型多种多样,有辐射型低色温的灯具也有气体放电型高色温的灯具,各种效果光源(电脑灯、LED大彩幕等)的应用,而人眼观看的效果丰富多彩、层次分明的场景,经电视录制完成后的画面色彩还原不够理想,层次不够分明,究其原因就是混合光布光的不均匀性造成的,各种光源在场景中的照度混合不均匀,所引起的光色温不一致。通常而言,人的肤色、布景色彩、灯光自身的色彩等方面的问题是画面色彩还原的主要表现,因此,光色温是非常重要的问题。

1 混合光色温与白平衡

通常,演播室电视照明基本上是高低色温混合的状态,在混合光录制节目,面临光的色温平衡问题。如果摄像机的色温比光源的色温低,拍摄出来的画面就会偏蓝;如果摄像机的色温比光源的色温高,拍摄出来的画面就会偏红。也就是说,如果以3 200 K作为色温校正基准,那么高色温灯就会导致色彩还原失真偏蓝;如果以5 600K作为色温校正基准,那么低色温灯就会导致画面人物肤色偏红、偏黄。由于摄像机的特性无法解决这种混合光色温,所以,影视照明技术及摄录像技术通常将色温标定有5 600 K的高色温和3 200 K的低色温。根据高、低色温的光谱结构,生产出了改变色温的灯光纸,通常称“雷登纸”,对于低色温的光源可以加雷登82纸(即蓝纸),使其产生的光线增加蓝色成分以提高色温,近似日光效果;在高色温光源前增加雷登85纸(即橙黄纸)使其增加橙黄成分减少蓝色成分降低色温,近似灯光效果。改变色温实际上是协调各种光源的光谱成分,低色温的光源相对应于标准高色温的光源的光谱成分缺少蓝色成分,要使低色温的光源和高色温的光源相互光谱协调相对一致,达到物体色彩还原一致。变色温灯光纸常用的有提升色温的雷登82系列(蓝纸),包括“82系列:3200 K↑6 000 K”,“82A:3 200 K↑5 000 K”,“82B:3 200 K↑4 000 K”;有降色温的是雷登85系列(橙黄纸),包括“85系列:6000 K↓3 200 K”,“85A:5 000 K↓3 200 K”,“85B:4 000 K↓3 200 K”。一般演播室内采用方法是将所有作为正面光的低色温光源前加雷登82纸来提升光的色温,这样处理的“光源”与高色温灯一起作为光源将场景均匀铺光,会使色温提升,使用这种方法能使混合光色温达到相对平衡。

在录制节目过程中常提到色温这个词,光源的色温是描述光源的光谱分布的物理量,不同的光源有着不同的光谱能量分布。物体的颜色不仅与自身反射特性有关,还与光源的色温有关,不同时间、地点、环境,色温是不同的。景物的色温影响电视色彩还原,不同色温的光源造就不同的场景气氛,色温高偏蓝绿色,色温低偏红黄色。在这种混合光色温的环境中录制节目,关键是怎样通过摄像机将优美场景灯光效果最终显示在电视屏幕上。摄像机的彩色还原与光源色温有关,为了能够正确拍摄不同色温环境的景物,摄像机就必须调整白平衡,调整摄像机的白平衡是电视录像一个非常重要的工作。白平衡调整的目的是为了保证摄像机获得所需要的标准白光,使所得拍摄画面色彩还原正常,否则画面就会发生彩色失真。调整白平衡包含调黑平衡和调白平衡两个部分,黑平衡是要求摄像机在无光线输入情况下(如镜头盖帽),使RGB三路电平输出一致,而保证黑色部分无彩色干扰,白平衡是调整摄像机内RGB三路电平信号混合比例与当前实际光源的光谱成分相协调一致,使景物色彩正常还原,调整的方法:黑→白→黑。摄像机对光源的色温要求较严格,掌握色温与白平衡的关系很重要,摄像机又是在一定色温环境下使用的,摄像机内部设立了以3 200 K色温为标准的色温校正系统,所以光源的色温改变,摄像机就必须进行白平衡。光源有可能带有高色温的蓝色光谱,也有可能不带,而摄像机不可能同时兼顾高低色温的光源,于是在摄像机上更配置了相对应的不同色温的转换挡的色温挡片,摄像机的色温挡通常设有3 200 K,4 700 K,5600 K,6 500 K。演播室每次录像前为了调整摄像机的色温与当前照明光源的色温协调一致,选择摄像机的相应色温挡片进行白平衡调整,如果光源用的是高色温灯,可以选用5 600 K挡位调白,如果光源用的是低色温灯,可以选用3 200 K 档位调白,所有机位的摄像机调白统一对准白色平衡色谱卡。在整个节目的摄制过程中,必须使用同一种白纸进行白平衡,以保证色彩还原的一致性。依摄像机手册,为了在不同色温条件下使用自动白平衡,使所拍摄的不同场景画面的彩色相一致:

1) 使用同一种白纸进行自动白平衡,掌握如何根据白纸的“颜色”校正彩色。用蓝色调白纸白平衡,画面往往呈现琥珀色;用旧白纸白平衡,画面往往呈现青蓝色。

2) 在混合光的照明下进行自动白平衡时,要将白纸放在被摄目标处进行白平衡。

3) 在晴朗的天气进行户外拍摄时,将白纸与太阳光成45°角进行白平衡。在多云的天气拍摄时,调整白纸的角度,使之接受从地面反射的光进行白平衡。

2 光圈构造及其作用

在电视节目拍摄中,实际上只用镜头光圈来调节对画面曝光的控制,光圈是由若干金属叶片重叠构成,组成一个可根据需要来调节光圈圆孔的大小从而控制到达感光器上进光量的器件(如图1所示)。光圈是曝光系统中的最基本单元之一,在镜头的设计中变焦距镜头的光圈组与透镜组平行地安装,光圈环与变焦距环一起连动,这是为了满足光圈系数f值的要求,同时调光圈时电子快门速度一般是固定的。镜头光圈的变化同灯光照明有着最直接的关系,可以手动或自动放大和缩小,放大时进入镜头的光线就多,反之则少;镜头的光圈变化一档,灯光照明的工作量就将“成倍”的增减,镜头光圈是构成镜头透光率的主要因素之一,透光率决定着录制图像的明亮程度。光圈有“有效口径”与“相对口径”之说。“有效口径”就是每只镜头开足光圈时前镜的光束直径与焦距的比数,有效口径的系数是以焦距对光束直径的比例数字定出来的,一般称为f系数。“相对口径”一般指同一只镜头不同光圈孔径的口径,每只镜头只有一个有效口径,而有多个相对口径,相对口径就是缩小光圈后的光束直径和焦距的比数,同样是f系数,相对口径在一般常用镜头上都有明显的标号,如f1.4,f2.8,f4,f5.6,f8,f11,f16等,数值越大表示相对口径越小,f1.4表示这只镜头的有效口径,光圈系数的每个数字代表不同的通光量,每只镜头的f系数通常只具备有其中连续的7~8挡,如f1.4~f16,f2.8~f22等,并以几何级数排列。数值最小的一级系数就是该镜头通光量最大的光圈,每级光圈系数之间通光量约差1倍。

 

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 图1 光圈结构示意图

每个镜头都有光圈,最主要的功能是调节镜头光圈孔径,改变光圈孔径来控制通光量,光圈对图像的明亮程度起着决定作用,在不改变光线亮度和焦距时,光圈愈大图像愈明亮,同时图像亮度与镜头的焦距也有关,当光束通过口径相同焦距不同的两个镜头时,由于像面大小不同,在单位面积上分布光线也不同,反映的亮度也必然不同。当光线变化大时,要及时调节摄像机光圈,在录制中景别的变化,画面的光线也是动态变化的,画面的层次、细节、色彩、影调受光圈大小的影响,拍摄时要把握好光圈曝光量,曝光量除了与摄像机的光圈有关外,还与电子快门速度有关。光圈与电子快门速度的组合就形成了曝光量,不同的组合所拍摄出来的摄像效果是不同的。摄像机的ND滤光镜可以调节进光量,从而可以控制景深,可以拍摄出不同的艺术摄像效果。曝光不足或曝光过度都不能获得满意的影像,寻像器中的斑马纹(ZEBRA)指示是控制曝光的一个很好的办法,斑马纹就是一种电平超标指示器。斑马纹一般分两种,一种是100%斑马纹,一种是70%斑马纹。对于100%斑马纹来说,当斑马纹出现时,有斑马纹的地方表明曝光达到最大值,说明这个区域的画面曝光过了,必须调低亮度,否则高光区将失去层次,尽量减少斑马纹的出现,对于70%斑马纹来说,有斑马纹的地方表明曝光将要过度,一般拍摄要保证画面的20%左右的面积上存在斑马纹。在场景的灯光照明有明暗的地方,这就要视频技术监看示波器上电平幅度的同时适时对画面曝光量进行调节控制。光圈在镜头中除了控制透过镜头的光线外,还可以改善镜头的成像质量和改变景深,对同一焦距的镜头来说,f系数的数字越小,表示光孔越大,数字越大,表示光孔越小。光圈具有以下作用:1)调节进光照度(控制曝光量),这是基本作用。光圈调大,进光量增加;光圈调小,进光量少。2) 调节景深效果(控制景深),这是光圈的重要作用。光圈大,景深小;光圈小,景深大。3) 影响成像质量(减少像差与色差),这是光圈容易被忽略的作用。任何一只镜头都有某一挡光圈的成像质量是最好的,即像差和色差影响最小,又称“最佳光圈”。一般来说,最佳光圈位于该镜头最大光圈缩小3挡左右处;优质镜头约是缩小2~3挡处;或镜头最大和最小光圈中间的几挡光圈(如图2所示)。

 

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图2 光圈与景深的关系图

3 高清镜头的特点

在电视制作中高清的制作在逐步增加,因而需要对高清镜头的特点有所认识。高清的像素(1 920×1 080)要比标清的像素(768×576)高约5倍,高清画面16∶9的宽高比比标清画面4∶3的宽高比要宽很多;标清镜头采用球面镜面,广角会产生中心区域与边缘部分汇聚不好的问题,高清镜头采用非球面镜面,广角能通过中心区域与边缘部分光线汇聚而增加了视角并校正了像差;高清镜头的抖动要比标清镜头大得多,一个普遍的问题是高清摄像机的焦点不易对准,在用长焦拍摄时轻微晃动都会影响画面焦点;高清的水平视场角比标清大、景深比标清小很多。在高清摄像中对曝光、焦点、构图和伽马等问题应认真对待,否则就会影响高清画面的质量,高清拍摄时曝光量的控制应根据被拍摄景物的明暗程度和明暗部分的分布情况以及与拍摄主体的关系确定亮部与暗部的取舍,必须使得拍摄的景物亮暗适应感光器件CCD所能记录的范围。

4 结语

演播室节目录制大都是多机位的拍摄,场景复杂,布光复杂,光线也复杂,拍摄方式多样(肩扛式、轨道移动式、摇臂式等)。在光影变化强烈的节目中,各处景物空间的光照度有较大的差别,这就使得光圈控制难度增加,光圈调节有手动和自动两种形式,通常在演播室光圈调节都采用手动调节方式,手动方式光圈调节范围广、幅度大,可以随时改善画面质量,在对不同亮度场景拍摄时,光圈的调节既能保证灯光在画面的艺术效果,也能保证技术指标,在拍摄中当景物亮度很亮时,曝光过度,容易导致画面的高亮部分层次丢失甚至限幅;曝光不足,画面的层次少,尤其是不能体现暗部的层次,在演播室拍摄时有标准监视器和示波器的监测,曝光控制就容易的多,应该使得除了黑电平以外其他信号幅度尽量大,但又不超过规定的指标,有足够的层次和眀暗的细节。需要注意,在混合光中不同色调的光很容易造成不同机位在不同光线下色彩还原不同,这样每个机位还原同一景物色彩就会不同,这就需要注意各种因素对调白的影响;有些节目使用多彩灯具,舞美用大色块的布景等,在调白时要避开大色块、关闭彩灯、大屏幕等,在录制节目开始前都要对摄像机进行色温的校对,视频技术选用合适的摄像机色温挡片进行白平衡调整,选用白色平衡色谱卡,置于主体区域在同一光源进行调白,并观察各机位是否有偏色;同时视频技术应了解节目场景光的变化,对黑电平、轮廓清晰度做必要的调整,确保整场节目影调上一致。电视画面彩色还原的重要指标是人的肤色还原,在多机位拍摄时应注意不同机位面光和辅助光的一致性,通过白平衡、黑平衡、杂散光、伽马等技术调整,使画面颜色完美还原。

 

该文已刊登在《电视技术》2015年第10期

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