Clave de croma

La practicidad de la composición de pantalla verde es demostrada por el actor Iman Crosson en un vídeo autoproducido.
Panel superior: Un marco en un video de movimiento completo en el salón del actor.
Panel inferior: El marco correspondiente en la versión final en la que el actor personifica a Barack Obama "aparecer" fuera de la Sala Este de la Casa Blanca.

Composición de clave de croma, o clave de croma, es una técnica de posproducción y efectos visuales para componer (capas) dos imágenes o secuencias de video en función de los tonos de color. (rango de croma). La técnica se ha utilizado en muchos campos para eliminar un fondo del sujeto de una foto o video, particularmente en las industrias de transmisión de noticias, películas y videojuegos. Una gama de colores en el metraje de primer plano se hace transparente, lo que permite insertar en la escena un metraje de fondo filmado por separado o una imagen estática. La técnica de codificación de croma se usa comúnmente en la producción y postproducción de video. Esta técnica también se conoce como incrustación de colores, superposición de separación de colores (CSO; principalmente por la BBC), o por varios términos para aplicaciones específicas. variantes relacionadas con el color, como pantalla verde o pantalla azul; La codificación de croma se puede realizar con fondos de cualquier color que sean uniformes y distintos, pero los fondos verdes y azules se usan más comúnmente porque difieren más claramente en el tono de cualquier color de piel humana. Ninguna parte del sujeto filmado o fotografiado puede duplicar el color utilizado como respaldo, o la parte puede identificarse erróneamente como parte del respaldo.

Se suele utilizar para transmisiones de pronóstico del tiempo en las que se suele ver a un presentador de noticias parado frente a un gran mapa CGI durante los noticieros de televisión en vivo, pero en realidad es un gran fondo azul o verde. Usando una pantalla azul, se agregan diferentes mapas meteorológicos en las partes de la imagen en las que el color es azul. Si el presentador de noticias usa ropa azul, su ropa también se reemplazará con el video de fondo. La codificación de croma también es común en la industria del entretenimiento para efectos visuales en películas y videojuegos. En cambio, la rotoscopia se puede realizar en sujetos que no están frente a una pantalla verde (o azul). El seguimiento de movimiento también se puede usar junto con la codificación cromática, como para mover el fondo a medida que se mueve el sujeto.

Historia

Predecesores

Antes de la introducción de los mates de viaje y la impresión óptica, se usaba la doble exposición para introducir elementos en una escena que no estaban presentes en la exposición inicial. Esto se hizo usando drapeado negro donde hoy se usaría una pantalla verde. George Albert Smith utilizó por primera vez este enfoque en 1898. En 1903, The Great Train Robbery de Edwin S. Porter usó la doble exposición para agregar escenas de fondo a las ventanas que eran negras cuando se filmaron en el set, usando un mate de basura. para exponer sólo las áreas de la ventana.

Para que las figuras en una exposición se movieran frente a un fondo sustituido en la otra, se necesitaba un mate móvil para ocluir la parte correcta del fondo en cada cuadro. En 1918, Frank Williams patentó una técnica de mate móvil, nuevamente basada en el uso de un fondo negro. Esto se usó en muchas películas, como El hombre invisible.

En la década de 1920, Walt Disney usó un fondo blanco para incluir actores humanos con personajes de dibujos animados y fondos en sus Comedias de Alicia.

Pantalla azul

El método de pantalla azul se desarrolló en la década de 1930 en RKO Radio Pictures. En RKO, Linwood Dunn usó una versión anterior del mate viajero para crear "toallitas" – donde hubo transiciones como un limpiaparabrisas en películas como Flying Down to Rio (1933). Atribuida a Larry Butler, una escena en la que un genio escapa de una botella fue el primer uso de un proceso de pantalla azul adecuado para crear un mate de viaje para El ladrón de Bagdad (1940), que ganó el Premio de la Academia por Los mejores efectos especiales de ese año. En 1950, Arthur Widmer, empleado de Warner Brothers y ex investigador de Kodak, comenzó a trabajar en un proceso de mate viajero ultravioleta. También comenzó a desarrollar técnicas de pantalla azul: una de las primeras películas en utilizarlas fue la adaptación de 1958 de la novela de Ernest Hemingway, El viejo y el mar, protagonizada por Spencer Tracy.

El nombre "Chroma-Key" fue el nombre comercial de RCA para el proceso, como se usa en sus transmisiones de televisión de NBC, incorporando patentes otorgadas a Albert N. Goldsmith de RCA. Uno de los primeros usos de transmisión fue el George Gobel Show de NBC en el otoño de 1957.

Petro Vlahos recibió un premio de la Academia por perfeccionar estas técnicas en 1964. Su técnica explota el hecho de que la mayoría de los objetos en escenas del mundo real tienen un color cuyo componente de color azul es similar en intensidad a su componente de color verde.. Zbigniew Rybczyński también contribuyó a la tecnología de pantalla azul. Se utilizó una impresora óptica con dos proyectores, una cámara de cine y un 'divisor de haz' para combinar al actor frente a una pantalla azul junto con las imágenes de fondo, un cuadro a la vez. A principios de la década de 1970, las cadenas de televisión estadounidenses y británicas comenzaron a utilizar fondos verdes en lugar de azules para sus noticieros. Durante la década de 1980, se utilizaron minicomputadoras para controlar la impresora óptica. Para la película El imperio contraataca, Richard Edlund creó una "impresora óptica cuádruple" eso aceleró el proceso considerablemente y ahorró dinero. Recibió un premio especial de la Academia por su innovación.

Durante décadas, las tomas mates de viaje tenían que hacerse "bloqueadas", de modo que ni el sujeto mate ni el fondo pudieran cambiar la perspectiva de la cámara en absoluto. Más tarde, las cámaras de control de movimiento cronometradas por computadora aliviaron este problema, ya que tanto el primer plano como el fondo podían filmarse con los mismos movimientos de cámara.

Los meteorólogos de la televisión a menudo usan un monitor de campo, al costado de la pantalla, para ver dónde están poniendo sus manos contra las imágenes de fondo. Una técnica más nueva consiste en proyectar una imagen tenue en la pantalla.

Algunas películas hacen un uso intensivo de la clave de croma para agregar fondos que se construyen completamente con imágenes generadas por computadora (CGI). Las actuaciones de diferentes tomas se pueden componer juntas, lo que permite filmar a los actores por separado y luego colocarlos juntos en la misma escena. Chroma key permite que los artistas parezcan estar en cualquier lugar sin salir del estudio.

Los avances en la tecnología informática han simplificado la incorporación de movimiento en tomas compuestas, incluso cuando se utilizan cámaras de mano. Los puntos de referencia, como una cuadrícula pintada, X marcadas con cinta adhesiva o pelotas de tenis equidistantes pegadas a la pared, se pueden colocar sobre el fondo de color para que sirvan como marcadores. En la posproducción, una computadora puede usar estos marcadores para calcular la posición de la cámara y, por lo tanto, generar una imagen que coincida perfectamente con la perspectiva y el movimiento del primer plano. Los avances modernos en software y poder computacional han eliminado la necesidad de colocar con precisión los marcadores ⁠— ⁠el software determina su posición en el espacio; una desventaja potencial de esto es que requiere el movimiento de la cámara, lo que posiblemente contribuya a las técnicas cinematográficas modernas en las que la cámara está siempre en movimiento.

Proceso

Juego de películas Las Crónicas de Spiderwick, donde se está preparando una escena de efectos visuales usando la tecla croma de pantalla azul

El sujeto principal se filma o fotografía contra un fondo que consiste en un solo color o una gama relativamente estrecha de colores, generalmente azul o verde porque estos colores se consideran los más alejados del tono de la piel. Las partes del video que coinciden con el color preseleccionado se reemplazan por el video de fondo alternativo. Este proceso se conoce comúnmente como "keying", "keying out" o simplemente una "llave".

Procesando un fondo verde

El verde se usa como telón de fondo para la televisión y la cinematografía electrónica más que cualquier otro color porque los presentadores del clima de televisión solían usar trajes azules. Cuando se empezó a utilizar la codificación de croma en la producción de televisión, la pantalla azul que entonces era la norma en la industria del cine se utilizó por costumbre, hasta que otras consideraciones prácticas hicieron que la industria de la televisión pasara de las pantallas azules a las verdes. Las cámaras de televisión en color con calidad de transmisión usan sensores de imagen rojos, verdes y azules separados, y los primeros codificadores de croma de TV analógicos requerían video componente RGB para funcionar de manera confiable. Desde una perspectiva tecnológica, era igualmente posible usar el canal azul o el verde, pero debido a que la ropa azul era un desafío constante, la pantalla verde pasó a ser de uso común. Los presentadores de noticias a veces olvidan el código de vestimenta de la clave de croma, y cuando la clave se aplica a la ropa del mismo color que el fondo, la persona parecería desaparecer en la clave. Debido a que la ropa verde es menos común que la azul, pronto se hizo evidente que era más fácil usar una pantalla mate verde que vigilar constantemente las elecciones de ropa de los talentos en el aire. Además, debido a que el ojo humano es más sensible a las longitudes de onda verdes, que se encuentran en el medio del espectro de luz visible, el canal de video analógico verde generalmente transportaba una señal más intensa, lo que brinda una mejor relación señal/ruido en comparación con los otros canales de video componente. por lo que las teclas de pantalla verde podrían producir la clave más limpia. En la era del cine y la televisión digital, gran parte de los ajustes necesarios para crear una clave de buena calidad se han automatizado. Sin embargo, la única constante que permanece es cierto nivel de coordinación de color para evitar que los sujetos en primer plano queden eliminados.

Procesando un fondo azul

Antes de la codificación cromática electrónica, la composición se realizaba en película (química). El negativo en color de la cámara se imprimió en un negativo en blanco y negro de alto contraste, usando un filtro o la sensibilidad de color de la película de alto contraste para exponer solo frecuencias azules (y más altas). La luz azul solo brilla a través del negativo de color donde no hay azul en la escena, por lo que dejó la película clara donde estaba la pantalla azul y opaca en el resto, excepto que también produjo una clara para cualquier objeto blanco (ya que también contenían azul). La eliminación de estas manchas se puede realizar mediante una doble exposición adecuada con el color positivo (convirtiendo así cualquier área que contenga rojo o verde en opaca), y muchas otras técnicas. El resultado fue una película clara donde estaba la pantalla azul y opaca en el resto. Esto se denomina matón femenino, similar a un matón alfa en la codificación digital. Copiar esta película en otro negativo de alto contraste produjo el matón masculino opuesto. Luego, el negativo de fondo se empaquetó con el mate femenino y se expuso en una tira final de película, luego el negativo de la cámara se empaquetó con el mate masculino y se imprimió dos veces en esta misma película. Estas dos imágenes combinadas crean el efecto final.

Factores principales

El factor más importante para una clave es la separación de color del primer plano (el sujeto) y el fondo (la pantalla): se usará una pantalla azul si el sujeto es predominantemente verde (por ejemplo, las plantas), a pesar de que la cámara esté más sensible a la luz verde.

En la televisión analógica, el color se representa mediante la fase de la subportadora de croma en relación con un oscilador de referencia. La clave de croma se logra comparando la fase del video con la fase correspondiente al color preseleccionado. Las partes en fase del video se reemplazan por el video de fondo alternativo.

En la televisión digital en color, el color se representa mediante tres números (niveles de intensidad rojo, verde y azul). La clave de croma se logra mediante una simple comparación numérica entre el video y el color preseleccionado. Si el color en un punto particular de la pantalla coincide (ya sea exactamente o en un rango), entonces el video en ese punto se reemplaza por el fondo alternativo.

Iluminación

Para crear la ilusión de que los personajes y los objetos filmados están presentes en la escena de fondo prevista, la iluminación de las dos escenas debe coincidir razonablemente. Para las escenas al aire libre, los días nublados crean una luz difusa de color uniforme que puede ser más fácil de igualar en el estudio, mientras que la luz solar directa debe coincidir en ambas direcciones y en el color general según la hora del día.

Una foto de estudio tomada frente a una pantalla verde naturalmente tendrá luz ambiental del mismo color que la pantalla, debido a la dispersión de la luz. Este efecto se conoce como spill. Esto puede parecer antinatural o hacer que desaparezcan partes de los personajes, por lo que debe compensarse o evitarse mediante el uso de una pantalla más grande ubicada lejos de los actores.

Cámara

La profundidad de campo utilizada para grabar la escena frente a la pantalla a color debe coincidir con la del fondo. Esto puede significar grabar a los actores con una mayor profundidad de campo de lo normal.

Ropa

Una persona con ropa azul frente a la pantalla verde. Las sombras arrojadas sobre la pantalla verde no son ideales (ver incluso la iluminación).

Un sujeto clave de croma debe evitar usar ropa que sea similar en color a los colores clave de croma (a menos que sea intencional, por ejemplo, usar una blusa verde para que parezca que el sujeto no tiene cuerpo), porque la ropa puede ser reemplazado con la imagen/video de fondo. Un ejemplo de uso intencional de esto es cuando un actor usa una cubierta azul sobre una parte de su cuerpo para que sea invisible en la toma final. Esta técnica se puede utilizar para conseguir un efecto similar al utilizado en las películas de Harry Potter para crear el efecto de una capa de invisibilidad. El actor también se puede filmar contra un fondo de clave de croma e insertarlo en la toma de fondo con un efecto de distorsión, para crear una capa que sea marginalmente detectable.

Las dificultades surgen con la pantalla azul cuando un traje en una toma de efectos debe ser azul, como el traje azul tradicional de Superman. En la película Spider-Man de 2002, en las escenas en las que Spider-Man y Green Goblin están en el aire, Spider-Man tenía que filmarse frente a una pantalla verde y Green Goblin tenía que dispararse frente a una pantalla azul. La diferencia de color se debe a que Spider-Man usa un traje de color rojo y azul y Green Goblin usa un traje que es completamente de color verde. Si ambos se filmaran frente a la misma pantalla, partes de un personaje se borrarían de la toma.

Para una división clara entre el primer plano y el fondo, también es importante que la ropa y el cabello en la toma de primer plano tengan una silueta bastante simple, ya que es posible que los detalles finos, como el cabello encrespado, no se resuelvan correctamente. Del mismo modo, los elementos parcialmente transparentes del disfraz causan problemas.

Color de fondo

Demostración de la creación de técnicas de efectos visuales utilizando clave de croma

El azul se usó originalmente para los efectos especiales de codificación de croma de TV porque la industria cinematográfica usaba fondos azules para fines similares. El color azul se unió a la capa de emulsión azul de la película que tenía un grano y un detalle comparables en comparación con las capas roja y verde de la emulsión. Sin embargo, en la televisión y el cine digital, el verde se ha convertido en el color favorito debido a algunas consideraciones prácticas y porque los algoritmos de compresión con pérdida utilizados en la distribución de televisión analógica y digital retienen más detalles en el canal verde. La elección del color depende de los artistas de efectos y de las necesidades de la toma específica. Mientras que la industria cinematográfica introdujo la pantalla azul en la industria de la televisión, el uso de efectos visuales de pantalla verde se introdujo en la industria cinematográfica a medida que las imágenes electrónicas aumentaron y reemplazaron el uso de películas químicas en el cine. Además, el fondo verde se prefiere al azul para filmaciones al aire libre, donde el cielo azul podría aparecer en el cuadro y podría reemplazarse accidentalmente en el proceso. Aunque el verde y el azul son los más comunes en parte porque los componentes rojo, verde y azul se usan para codificar el espectro de luz visible, se puede usar cualquier color clave. El rojo se evita para los sujetos humanos debido a su prevalencia en los tonos de piel blanca, pero a menudo se puede usar para objetos y escenas que no involucran a personas.

La llamada "pantalla amarilla" se logra con un fondo blanco. La iluminación de escenario ordinaria se utiliza en combinación con una lámpara de sodio de color amarillo brillante. La luz de sodio cae casi por completo en una banda de frecuencia estrecha, que luego puede separarse de la otra luz usando un prisma y proyectarse en un soporte de película separado pero sincronizado dentro de la cámara. Esta segunda película es en blanco y negro de alto contraste y se procesa para producir el mate.

Ocasionalmente, se usa un fondo magenta, como en algunas aplicaciones de software donde el magenta o el fucsia a veces se denominan "rosa mágico".

Una técnica más nueva consiste en utilizar una cortina retrorreflectante en el fondo, junto con un anillo de LED brillantes alrededor de la lente de la cámara. Esto no requiere que la luz brille en el fondo aparte de los LED, que usan una cantidad extremadamente pequeña de energía y espacio a diferencia de las luces de escenario grandes, y no requieren montaje. Este avance fue posible gracias a la invención en la década de 1990 de los LED azules prácticos, que también permiten los LED verde esmeralda.

También existe una forma de incrustación de colores que utiliza un espectro de luz invisible para el ojo humano. Llamado Thermo-Key, utiliza infrarrojos como el color clave, que no sería reemplazado por una imagen de fondo durante el posprocesamiento.

Para Star Trek: The Next Generation, Don Lee de CIS Hollywood propuso un proceso de matizado de luz ultravioleta y Gary Hutzel y el personal de Image G lo desarrollaron. Se trataba de un fondo naranja fluorescente que facilitó la generación de un mate de exclusión, lo que permitió al equipo de efectos producir efectos en una cuarta parte del tiempo necesario para otros métodos.

En principio, cualquier tipo de fondo fijo se puede utilizar como clave de croma en lugar de un color sólido. Primero, el fondo se captura sin actores u otros elementos de primer plano; luego se graba la escena. La imagen del fondo se usa para cancelar el fondo en el metraje real; por ejemplo, en una imagen digital, cada píxel tendrá una clave cromática diferente. Esto a veces se denomina mate de diferencia. Sin embargo, esto facilita que los objetos se eliminen accidentalmente si resultan ser similares al fondo, o que el fondo permanezca debido al ruido de la cámara o si cambia ligeramente con respecto al metraje de referencia. Un fondo con un patrón repetitivo alivia muchos de estos problemas y puede ser menos sensible al color del vestuario que los fondos de colores sólidos.

Tolerancias

Iluminación uniforme

Una transmisión en vivo de Myx TV usando la clave croma de pantalla verde. Tenga en cuenta la falta de sombras en la pantalla. El área más blanca cerca del centro de la imagen se debe al ángulo desde el que se tomó esta foto, y no aparecería desde el ángulo de la cámara de vídeo.

El mayor desafío al configurar una pantalla azul o una pantalla verde es la iluminación uniforme y evitar las sombras, ya que es mejor reemplazar la gama de colores más estrecha posible. Una sombra se presentaría como un color más oscuro para la cámara y es posible que no se registre para su reemplazo. Esto a veces se puede ver en transmisiones en vivo o de bajo presupuesto donde los errores no se pueden reparar manualmente o las escenas se pueden volver a filmar. El material que se utiliza afecta la calidad y la facilidad de tener una iluminación uniforme. Los materiales que son brillantes tendrán mucho menos éxito que los que no lo son. Una superficie brillante tendrá áreas que reflejan las luces haciéndolas parecer pálidas, mientras que otras áreas pueden oscurecerse. Una superficie mate difundirá la luz reflejada y tendrá una gama de colores más uniforme. Para obtener la clave más limpia al fotografiar una pantalla verde, es necesario crear una diferencia de valor entre el sujeto y la pantalla verde. Para diferenciar el sujeto de la pantalla, se puede utilizar una diferencia de dos pasos, ya sea colocando la pantalla verde dos pasos más arriba que el sujeto, o viceversa.

A veces se puede usar una sombra para crear un efecto visual. Las áreas de la pantalla azul o verde con una sombra se pueden reemplazar con una versión más oscura de la imagen de video de fondo deseada, haciendo que parezca que la persona proyecta una sombra sobre ellas. Cualquier derrame del color de la clave de croma hará que el resultado parezca poco natural. Una diferencia en la distancia focal de las lentes utilizadas puede afectar el éxito de la clave de croma.

Exposición

Otro desafío para la pantalla azul o la pantalla verde es la exposición adecuada de la cámara. Subexponer o sobreexponer un fondo de color puede conducir a niveles de saturación bajos. En el caso de las cámaras de video, las imágenes subexpuestas también pueden contener una gran cantidad de ruido. El fondo debe ser lo suficientemente brillante para permitir que la cámara cree una imagen brillante y saturada.

Programación

Existen varias técnicas diferentes de calidad y velocidad optimizadas para implementar la codificación de color en el software.

En la mayoría de las versiones, una función f(r, g, b) → α se aplica a cada píxel de la imagen. α (alfa) tiene un significado similar al de las técnicas de composición alfa. α ≤ 0 significa que el píxel está completamente en la pantalla verde, α ≥ 1 significa que el píxel está completamente en el objeto de primer plano y los valores intermedios indican que el píxel está parcialmente cubierto por el objeto de primer plano (o es transparente). Otra función g(r, g, b) → (r, g, b) es necesario para eliminar el derrame verde en los objetos de primer plano.

Una función f() muy simple para la pantalla verde es A(r+b) − Bg donde A y B son constantes ajustables por el usuario con un valor predeterminado de 1.0. Un g() muy simple es (r, min(g,b), b). Esto está bastante cerca de las capacidades de extracción de pantalla analógica y basada en películas.

Los ejemplos modernos de estas funciones se describen mejor mediante dos superficies anidadas cerradas en un espacio RGB 3D, a menudo bastante complejo. Los colores dentro de la superficie interior se consideran pantalla verde. Los colores fuera de la superficie exterior son un primer plano opaco. Los colores entre las superficies están parcialmente cubiertos, son más opacos cuanto más cerca están de la superficie exterior. A veces se utilizan superficies más cerradas para determinar cómo eliminar el derrame verde. También es muy común que f() dependa de algo más que el color del píxel actual, también puede usar ( x, y), los valores de los píxeles cercanos, el valor de las imágenes de referencia o un modelo de color estadístico de la escena y los valores de las máscaras dibujadas por el usuario. Estos producen superficies cerradas en el espacio con más de tres dimensiones.

Una clase diferente de algoritmo intenta descubrir una ruta 2D que separa el primer plano del fondo. Esta ruta puede ser la salida, o la imagen se puede dibujar completando la ruta con α = 1 como paso final. Un ejemplo de tal algoritmo es el uso de contorno activo. La mayor parte de la investigación en los últimos años se ha centrado en estos algoritmos.