基于RGB分量示波器判读的绿幕抠像技术实验

王聪

（浙江纺织服装职业技术学院 浙江宁波 315021）

1 实验方案

使用超级键技术的色度抠像技术已经广泛应用在各类影视行业中［1］，视频抠像技术中抠像质量的好坏有80%取决于前期拍摄工作［2］。本实验集中探讨在其他拍摄条件相同、影视灯在不同功率下及人物与背景的不同距离的变量情况下，使用效果较好的绿幕背景拍摄［3］，得到素材之后，观测RGB分量示波器中绿色通道的亮度数值，使用默认状态下的超级键键控进行抠像处理，比较抠像的结果，得出不同的实验数据，分析数据后，得出实验结论。

1.1 实验道具

实验拍摄场景选在600m2的实验室中央位置，关闭窗帘，此时，实验室内无其他光线照入。实验道具有索尼Alpha7S III 相机、索尼24-70MM 焦距镜头、Nanlite 南光原力Forza500 影视灯×3、FEELWORLD LUT6S专业4K 高亮摄影监视器、3m×5m 纯棉绿幕，其他道具包括相机三角架、灯架、背景幕布支架等。软件技术使用Adobe premiere cc 2021中的超级键，在默认参数下，吸取背景中绿色进行抠图，即主要颜色中使用颜色吸管吸取主体头部周边颜色，颜色代码4C9655。超级键参数分别为：遮罩生成选项中，透明度数值为45、高光10，阴影5、容差50、基值10；遮罩清除选项中，抑制0、柔化0、对比度0、中间点50；溢出抑制中，降低饱和度25、范围50、溢出50、亮度50；颜色校正中，饱和度100、色相0、明亮度100。

1.2 实验灯光设置

实验拍摄时，对背景打光方法是采用左右45°各一个500W 影视灯，配800mm 柔光箱，灯光角度为平视90°，灯光位置到绿幕的距离为2.2m，以保证亮度的均匀分布［4］。人物灯光为一个500W影视灯，配长方形柔光箱和蛋格，角度为侧面45°，高度为向下45°，影视灯到人物的距离为1.8m。镜头焦段为70mm，相机设置1/125 快门、6500K 色温、广域测光模式、感光度1250 和光圈5.6，相机到背景的距离为5.5m，并固定机位进行测试。实验采用控制变量法，在相同场景条件下，人物照明灯的功率保持不变，调整背景影视灯的功率进行拍摄，背景影视灯的功率分别采用400W、300W、200W、150W、100W、50W进行测试。

1.3 实验人与背景距离设置

实验拍摄时，人物与背景幕布的距离是其中的一个实验变量，基于绿幕抠像的人物和幕布之间需要有一定的距离，距离过近会使照射在绿幕的光线反射到人物身上，从而降低抠像的效果［5］。因此，本实验中分别采用人与背景之间的距离为1m、2m、3m 和4m 进行拍摄，给人物打光的影视灯距离人物1.8m，其他条件保持不变的情况下再进行测试。

2 实验步骤

2.1 不同灯光功率的拍摄

先采用400W 的功率进行拍摄，RGB 分量示波器中显示背景幕布亮度范围在85～94，平均亮度为90，波动范围9。调整影视灯功率为300W进行拍摄，RGB分量示波器中的背景幕布亮度为72～83，波动范围11。调整影视灯功率为200W 时进行拍摄，RGB 分量示波器中显示背景幕布的亮度范围在58～71 之间，波动范围为13。影视灯功率调整为150W 时进行拍摄，RGB分量示波器中显示的背景幕布亮度范围为54～67，波动范围为13。当影视灯功率调整为100W 时，RGB 分量示波器中显示背景幕布的亮度范围为46～57，波动范围为11。当影视灯调整功率在50W 时进行拍摄，RGB 分量示波器中显示的背景幕布亮度范围为27～38，亮度波动范围为11。上述数据如表1所示。

表1 不同影视灯功率下的各项参数值

2.2 不同人与背景距离的拍摄

首先，设置人物与绿幕背景的距离为1m，可以从RGB 分量示波器中观测到亮度范围为43～63，波动范围为20。然后，设置人物与绿幕背景的距离为2m，可以从RGB 分量示波器中观测到亮度范围为47～59，波动范围为12。再设置人物与绿幕背景的距离为3m，从RGB 分量示波器中观测到亮度范围为46～58，波动范围为12。再将人物与绿幕背景的距离调整到4m，此时，RGB分量示波器中亮度范围为46～58，波动范围为12。以上数据如表2所示。

表2 不同影视灯功率下的各项参数值

3 数据分析

3.1 不同灯光功率的拍摄参数分析

从实验步骤的数据显示，使用不同影视灯功率进行拍摄，得到的视频素材在后期抠像中的效果也不同。如图1所示，灯光功率在400W，背景颜色亮度与人物面部的颜色亮度有重叠，从预览窗口中可以看到背景的绿色明度高，呈现很亮的绿色。通过使用默认状态下的超级键进行抠像后，从RGB分量示波器中可以看出背景的亮度范围分布在8～42，波动范围为34，而在预览窗口中看到背景呈现出大片的灰色，这说明部分背景被抠除。在放大200%的预览窗口中，可以看到，人物及头发的边缘都非常清晰，但是背景被抠除得不干净，呈现灰色状态。所以，当影视灯功率为400W时，背景幕布在RGB 分量示波器中亮度范围为4～82，背景仍有残留。所以，背景颜色亮度与人物面部的颜色亮度有重叠时，抠像效果差［6］。

图1 400W 影视灯拍摄实验效果

灯光功率设置在300W 时，背景颜色亮度与人物面部的颜色亮度与400W 功率拍摄的情况相差无几。如图2所示，从RGB 分量示波器中可以看出背景的亮度范围分布在8～41，波动范围为33，在预览窗口中看到背景仍然呈现出大片的灰色，相比较影视灯400W时没有太大改善。而在放大200%的预览窗口中，可以看到，抠像的效果仍然差，无法达到可以使用的标准。

图2 300W 影视灯拍摄实验效果

灯光功率为200W和150W时，如图3所示，使用默认状态下的超级键进行抠像，从RGB分量示波器中可以看出200W 功率下背景的亮度范围在0～10，波动范围10；150W 功率下背景的亮度范围在0～5，波动范围5。这表明大部分的背景已经被抠除，只有少部分的背景颜色没有被抠除。在预览窗口中看到背景左侧有大部分的范围呈现浅灰色，而在人物头顶和右侧有小部分为浅灰色，这表明背景大部分已经被抠除，小部分没有被抠除干净。虽然比功率400W 和300W 时的抠像效果要好，但还是无法达到背景全部抠除的效果，可勉强使用。在放大200%的预览窗口中，可以看到，人物头发周围会有少量的灰色包围，表明人物头发周围的背景没有被抠除。由此可见，当影视灯功率为200W和150W时，使用默认状态下的超级键后，所得到的抠像的结果虽然不是很好，但能勉强使用。由此可见，如果能够在前期拍摄时根据RGB 示波器的判读调整相关参数符合一定的标准，就能够增加后期抠像的实际效果，提高素材的可用性［7］。

图3 200W 和150W 影视灯拍摄实验效果

我们再分析影视灯功率在100W时的情况，如图4所示，继续使用默认状态下的超级键进行抠像，从RGB分量示波器中可以看出背景的亮度范围在0～3，而且背景中心亮度近乎为0，在背景两侧靠近边缘位置拥有很少颜色亮度。而在预览窗口中看到背景近乎为纯净的黑色，无法观察出有其他颜色的存在，这表明背景颜色近乎全部抠除，是理想的抠像效果。在放大200%的预览窗口中，在人物周围仅有很细的灰色线。当影视等功率为100W时，背景亮度平均为53，由于人物面部的亮度平均值在80左右，比较接近于人物与背景的最佳光比2∶1，从而得到很好的抠像的效果［8］。

图4 100W 影视灯拍摄实验效果

影视灯功率在50W时，如图5所示，使用默认状态下的超级键进行抠像后，从RGB分量示波器中可以看出背景的亮度范围在0～6，波动范围约为6。而在预览窗口中看到背景呈现出肉眼可见的雪花状灰色，分布平均且广泛，这表明背景中有少部分的颜色没有被抠除，会影响到最终的抠像效果，素材可以勉强使用。

图5 50W 影视灯拍摄实验效果

3.2 不同人物距离拍摄参数分析

人物与背景距离为1m，如图6所示，左半边背景的颜色亮度范围为43～62，波动范围为19；右半边背景的颜色亮度范围为50～63，波动范围为13。由此可见，左半边的波动范围比右半边的波动范围大。在预览窗口中，可以看到，人物头发边缘会被溅射到少许来自背景的绿色反光，是因为人物距离背景只有1m，且右侧的灯光照射到人物的同时，也会在背景产生人物的阴影，会降低左半边背景的颜色亮度，让左半边背景颜色的最亮与最暗差值变大，波动范围增大。在预览窗口中，人物头发边缘和头发中间会夹杂着绿色，原因是绿幕背景反射的光线照射在人物头发上。在使用超级键进行抠像后，从RGB分量示波器中可以看出背景的亮度范围在0～6，波动范围约为6。左半边的亮度范围和波动情况明显比右半边大，在人物阴影的地方会有少许斑点状的灰色，证明抠像的效果会受到人物的阴影的影响。在放大200%的预览窗口中，人物头发边缘参差不齐，边缘的碎发已经被抠除。抠像的效果不好。

图6 人物与背景距离为1m 实验效果

然后，设置人物距离背景2m，如图7所示，左半边背景的亮度范围为49～58，波动范围为9；右半边背景的亮度范围为47～59 之间，波动范围为12。左半边波动范围比右半边低3，是因为人物产生少许阴影落在左侧背景上。在使用默认状态下的超级键进行抠像后，从RGB分量示波器中可以看出背景的亮度范围为0～4，波动范围为4，背景处没有灰色斑点。在放大200%的预览窗口中，可以看到，人物头发边缘参差不齐的情况减少，证明抠像的效果比1m的抠像效果有所提升。

图7 人物与背景距离为2m 实验效果

再然后，设置人物距离背景为3m，如图8所示，左半边背景的颜色亮度范围为46～57，波动范围为11；右半边背景的颜色亮度范围为47～58，波动范围为11。左半边与右半边的背景亮度波动一致，证明人物距离背景为3m 时背景亮度不再受到人物灯光的影响。在使用超级键进行抠像后，从RGB分量示波器中可以看出背景的亮度范围在0～2，波动范围为2，从预览窗口中看到背景全部为黑色，证明背景全部被抠除。虽然，理论上人物距离背景越远，就越不容易被反射光溅射到，但是人物位置越远，所需要的背景宽度和高度就同步增加，从实用性与经济型的角度考虑［9］，人物距离背景3m以上时，可以很好地避免人物被背景的反光溅射到［10］。在放大200%的预览窗口中，可以看到，人物头发边缘参差不齐的情况进一步减少，人物头部中间的部分没有被抠除，头发边缘几乎无法察觉出灰色细线，证明抠像效果理想。

图8 人物与背景距离为3m 实验效果

最后，再设置人物距离背景为4m，如图9所示，左半边与右半边背景的颜色亮度范围和波动同3m 的情况一致。在使用超级键进行抠像之后，无论从预览窗口中，还是RGB分量示波器中，得到的结果同3m的情况非常接近。所以，设置人物与背景的距离为4m 时，同样能得到理想的抠像结果。

图9 人物与背景距离为4m 实验效果

4 结语

通过实验，在相同场景条件下，人物布光灯功率保持不变，调整背景影视灯的功率进行拍摄，当100W功率时，在RGB分量示波器中就能够取得不错的抠像效果。当影视灯功率超过200W 时，会因为其明度值和主体人物的肤色、服饰的明度值接近或者相同，从而降低抠像的效果。当影视灯功率小于50W，绿幕背景的平均亮度低于30 时，会因为明度值过低，在默认参数的超级键下无法被抠除干净，会留下大片的半透明背景，从而降低抠像效果。

实验测得，当人物距离幕布＞3m时，拍摄得到的背景在RGB分量示波器中波动范围较小，在后期抠像时能够得到边缘完整的效果。如果人物与背景幕布的距离≤2m，人物会被背景的反射光溅射到绿色，使背景在RGB分量示波器中波动范围增大，同时，人物的边缘变成绿色，容易在后期抠像中一并抠除，从而得到边缘不完整的人物抠像效果。因此，当人物与背景幕布的距离＞3m时，人物不容易被背景反射光溅射到绿色，背景在RGB分量示波器中波动范围不再减少并趋于稳定，能过获得边缘较为完整的抠像效果。

在本实验中，虽然进行了影视灯功率范围的设定和人物与背景之间距离两个方面的实验，为后期抠像效果提供了较好的参考数据，但是，本实验始终无法完全将人物细节（如头发）很精细地与背景进行分离。反思之后，如果在拍摄时添加一个影视灯，给人物添加背光，使人物头发或者衣服边缘更加明显，显著区别于背景，或能得到更好的抠像效果。