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[图文]利用摄像机菜单功能提高图像质量
 
慧聪网   2006年5月11日10时33分   信息来源:《声像与电脑》    

    沈志伟  武汉广民局制作中心技术设备部助理工程师

    目前,许多电视台已基本完成设备的数字化改造。作为图像采集用的数字摄像机,以其优异的性能和高质量的画质已得到了广泛认可,但是,大多数摄像师在使用摄像机时,一般不会根据拍摄环境的不同,对摄像机的菜单进行相应的设置,多在出厂设置状态下拍摄,很大程度限制了摄像机潜在性能的发挥。特别是在室外强光或室内光源不匀的环境下,所拍摄的图像在层次表现,透明度和色彩饱和度上却不是很理想。为此,我们以松下的AJ-D910和JVC摄像机DY-90为例,介绍通过对摄像机菜单的调整来改善图像的还原。

改善图像层次与明亮度

1、消隐电平的设置

    现在的数字摄像机的灵敏度已越来越高,例如松下AJ-D910在2000Lwx,3200K时达到F11。同时,由于广播级摄像机比较注重低照度环境下图像层次的表现。因此,如果按出厂默认菜单的设定来拍摄灰度卡,从波形监视器上会发现信号的暗部电平会相对比较高。那么,如果在光照很强烈的环境下拍摄时,信号的底电平感觉被抬高,图像信号主观表现比较灰,层次感不强。

    在AJ-D910的用户菜单“ROP”子菜单中,“MASTER PED”调整项是用来设置消隐电平大小的,我们可以将“MASTER PED”主消隐电平适当降低,由出厂设置时的+2减少至-10左右,使暗部电平降低,让黑的变黑而不发灰,从而提高图像的黑白反差。从视觉角度上,改善了图像的层次和透明感。

    在这个项目参数的设置中,将原出厂设置数值下降比较多,主要是考虑到后面“GAMMA”伽玛参数的调整后对图像电平的提升。由于调整后牺牲了暗部的亮度,所以在夜间,剧院舞台等光线较暗,又不允许打灯的情况下,还是使用该项目的工厂默认值比较好。或者也可通过适当增加摄像机的增益来提高图像的电平,建议增益最好控制在6dB以内,否则图像信号的噪声会比较大。

    JVC数字摄像机DY-90中MAIN菜单中“MASTER BLACK”基准黑色参数的功能与松下AJ-910中的“MASTER PED”参数一致。除菜单外,DY-90同时提供一个变换图像黑暗部分增益的开关“BLACK”黑扩展/黑压缩开关,它有三档“BLACK STRETCH”提升黑增益以改善黑色部分的对比度,通常在整个图像较暗时使用。“BLACK COMPRESS”当整个图像都比较亮,对比度又低时,可以压缩黑暗部分的增益以增加图像对比度。在使用过程中,可根据图像情况来设置“MASTER BLACK”参数,它有21档从+10~-10逐级变化,出厂设置为+4,可减少至-6左右。而“BLACK”开关多用于一些特定的环境,整个图像较亮时开关放在“BLACK COMPRESS”,整个图像较暗时,可以放在“BLACK STRETCH”。

2、主伽玛调整(MASTER GAMMA)

    在电视和监视器中,显像管发生的电子束及其生成的图像亮度并不是随显像管的输入电压线性变化。电子流与输入电压相比是按照指数曲线变化的,输入电压的指数要大于显象管电子束的指数。这说明在显像管上得到的图像会表现为暗区的信号要比实际情况更暗,而亮区的信号则会表现得更亮。所以,要重现摄像机拍摄的画面,电视机和监视器必须进行相应在补偿,我们把这种补偿叫做伽玛校正。这种伽玛校正既可以由电视机和监视器来实现,也可以由摄像机来完成。我们对整个电视系统进行伽玛补偿的目的,就是使摄像机能根据入射光亮度与显像管的亮度对称而产生相应的输出信号,所以应对图像信号引入一个相应的非线性失真,即与电视系统伽玛曲线对应的摄像机伽玛曲线,它的值应为1/r,我们称为摄像机的伽玛值。电视系统的伽玛值约为2.2,所以电视系统的摄像机非线性补偿伽玛值为0.45。

    彩色显像管的伽玛值为2.8,它的图像信号校正指数应为1/2.8=0.35,但由于显像管内外杂散光的影响,重现图像的对比度和饱和度有所降低,所以现在的彩色摄像机的伽玛值仍多采用0.45。在实际应用中,我们可以根据实际情况在一定范围内调整伽玛值,以获得最佳画面效果。由于伽玛校正对彩色还原有着举足轻重的作用,伽玛校正曲线又是一种非常复杂的非线性曲线,所以伽玛校正需要非常精确。现在数字摄像机都提供全数字处理校正电路来完成这项工作。

    松下的AJ-D910的伽玛曲线调整范围可以从0.35~0.75,数值越小,曲线弧度越高,数值越大曲线弧度越平直。在AJ-D910的“ROP”菜单中,“MASTER GAMMA”主伽玛值出厂设置被设定为“0.45”。在摄像机使用中发现,在背景亮度相同的情况下,人的脸部电平相对较暗。为此将“MASTER GAMMA”值改为0.42,使人的肤色电平适当提高,以改善图象的色彩效果。考虑到随之带来的低部电平的提高,我们可在前一项“MASTER PED”中已进行了相应的补偿。

主伽玛调整

主伽玛调整

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    在JVC摄像机DY-90中伽玛值在前置菜单中的“GAMMA”中设定,GAMMA参数调整范围从+7~-7共18档,鉴于上述所说的原因,可将该值下调1~2档。

    由于消隐电平和伽玛调整两个参数的改变对图像的亮度,层次有很大的影响,建议在实际使用时,要根据阳光,阴天,室内,夜景,演播室等不同环境,结合节目风格做相应的调整。

改善图像的柔和度

    所有的摄像机都使用图像增强技术来改善图像质量。简单地说,图像增强技术就是增强亮区到暗区和暗区到亮区的对比度,即提高视频信号边缘的脉冲峰值,使物体垂直和水平边缘变得更清晰,即改善画面细节的清晰度。

    虽然细节校正的功能是使图像更加清晰,但是在某些情况下,例如拍摄人的面部时,就需要柔和的效果,使画面看起来更加自然。

    在AJ-D910的工程师菜单的“LOW SETTING”子菜单的“LOW SETTING”子菜单中,分别有“H.DTL.LEVEL”(行细节电平)和“V.DTL.LEVEL”(场细节电平)两个调整项,使用者可以根据需要对图像轮廊的细节进行调整,来改善画面柔和度。可以将“H.DTL.LEVEL”电平由出厂设置的+12降低到+6。当然,每个人对画面柔和度的感觉是不一样的,我们调整该项目,主要是为了兼顾家庭中电视机的图像接受效果,因为电视机所采用的构边电路,会使图像还原的柔和程度比监视器上差很多。

    DY-90摄像机主菜单屏中“DETAIL”调整用来调整细部增强级别,有十六档从+7~-8,突出细节可增大数字,削弱细节则减小数字,所以DY-90改善图像柔和程度可将该调整项设为-3~-4左右。

色还原与肤色改善(MATRIX调整)

    所有的可见光都是由R、G、B三原色组成,而R、G、B三原色的光谱特性是不同的,其中在某些区域包括了负的光谱响应。由于负区光这部分是不可能产生的,所以有时某一些颜色里不能得到光学上的再生。但是,在视频系统中摄像机要实现全部色再现,这些负区光的值是不能被忽略的。

    线性矩阵电路根据R、G、B视频信号的负光谱响应再生和增加,对其电路信号进行补偿。矩阵校正电路被设计在伽玛校正之前,这样就可以保证补偿值不会超过伽玛校正的范围。

    彩色校正现在主要通过线性矩阵电路经过线性变换实现。根据R、G、B三原色的光谱响应曲线,我们得出其线性关系为:

    R′=a1R+b1G+c1B

    G′= a2R+b2G+c2B

    B′= a3R+b3G+c3B

    经过矩阵变换后,其线性关系为:

    R′=R+b1(G-R)+c1(B-R)

    G′= a2(R-G)+G+c2(B-G)

    B′= a3(R-B)+b3(G-B)+B

    此时我们只需确认a2、 a3、 b1、 b3、 c1、 c2六个矩阵参数,由各基色信号相减组成的色差信号,也很容易通过差分放大器得到,另外,因色差信号占用带宽较窄,所以使用色差信号作为校正信号也不会引入过多的噪波。

    数字摄像机可以通过调整线性矩阵数精确地进行色彩的校正与重现。由于线性的矩阵校正被设置在非线性的伽玛校正之前,因而可以提供完美的光谱响应。

 
 
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