曝光值&螢幕視覺

本篇目的在於探索不同相機曝光值對影像呈現在液晶螢幕的視覺色彩影響為何?由於數位攝影影像曝光標準與否是透過液晶螢幕顯示由人眼加以判讀,因此必須進一步了解不同被攝體表面與色彩,經由液晶螢幕對於曝光人眼觀測產生之變化,探究出最佳化影像模式。

測試影像:亮面&霧面拍攝

選擇以木質表面分別塗佈霧面與亮面塗料,了解不同表面材質(反射率)及色彩的主體在攝影上之視覺效果。

考量被攝體在實際應用上受光角度的多樣變化性,與複雜的商業攝影需求較為接近,採用測試被攝體為素描練習用之小木偶(30cm高),表面光質特性根據使用塗料的不同,分散射表面(霧面)與鏡射表面(亮面)兩種。

圖3-1 第一列:霧面、第二列:亮面

  • 圖3-1對於拍攝的兩種表面塗佈木偶(第一列: 霧面,第二列: 亮面)進行色彩評估。
  • 由於色彩範圍太過廣泛,因此採用實際商用領域經常性接觸之色彩(咖啡色、橙色、粉紅色、水藍色)四種以及無色彩(黑色、白色、銀灰色)三種為代表。
  • 以14個小木偶分為兩組,一組則表面是霧面,另一組表面上亮面噴漆。
  • 為求色彩能完全均勻覆蓋木頭顏色,故分為3次重複性著色,以達到所要之色彩呈現。
  • 14個小木偶著色後經24小時乾燥,以Eye-One Pro分光儀搭配Eye-One Share軟體量測每個小木偶胸前平滑區域的CIELAB值,結果如表3-1。

表 3-1 小木偶表面塗佈後的 CIE LAB 色度值

  • 攝影燈光的設定如圖 3-2,使用3具COMET-3200W電筒及COMET – 400W單燈1盞。
  • 燈光位置與出力分別為:主光位於左上方約60輸出瓦數為400W光圈值為f22,頂光位於上方約90輸出瓦數為200W,輔助光位於右上方約45輸出瓦數為317W,背景光則位於正後方約15處輸出瓦數為1/4。
  • 使用光源面積比為2:1,光源對比分別為主光是3頂光是2輔助光是1,主光比為2:1,次光比為5:1。
  • 燈光的色溫及頻譜部分(圖3-3)經由使用MINOLTA色溫表與Eye-0ne Pro光度計所測得的數據,分別是主光5050K、頂光5050K、輔助光5050K以及背景光5010K。
  • 光質控制部份使用的是自製100×100公分木質框,並利用雙面膠黏貼95公克之描圖紙進行光質柔化,架設方式以四片控光幕距離木偶40公分處以ㄇ字型圍繞,與光源距離則為100公分。

圖3-2 攝影燈光設置

圖3-3 攝影燈光之頻譜特性(相關色溫CCT=5,251K,演色指數CRI=98)

  • 攝影燈光的設置如圖3-2所示:主光位於左上方約60輸出瓦數400W光圈值為f22,頂光位於上方約90輸出瓦數為200W,輔助光位於右上方約45輸出瓦數為317W,背景光則位於正後方約15處輸出瓦數為1/4(400W)。
  • 首先將Horseman 4×5相機固定在FOBA大型角架上,裝上Schneider Makro – Symmer 5.6/180 mm傳統鏡頭,使Horseman 4×5相機前後面板上裝置之水平儀呈現在水平狀態,拍攝畫面比例約為80 % 後進行對焦。
  • 以測光表測得的標準光圈 f22為中心,以1/2級光圈包圍曝光方式連續拍攝五張影像。
  • 所得影像曝光量分別為:f16 ~ f161/2 ~ f22 ~ f221/2 ~ f32。

應用設計:

依據測試影像視窗設計,產生霧面(黑、白、銀灰、彩色)與亮面(黑、白、銀灰、彩色)兩類共8種影像,每一種影像以間格1/2級光圈(f16、f19、f22、f27、f32)拍攝五張,再以拍攝時底片特性區分(Linear、Standard)兩種,總共是80張測試影像。

圖 3E-1 使用之標準觀測燈箱 ( D65 ) 的光源頻譜特性,( 相關色溫 CCT = 6,517 K,演色指數 CRI = 95,頻譜為紅色曲線 )

首先使用 Phase One P45+ 數位機背拍攝 Color Checker SG 導表,並以該機背專屬用軟體(Capture One 4.81) 輸出 Film Standard (簡稱Standard)與 Linear Response (簡稱Linear)兩種底片特性曲線(Base Characteristics – Curve)模式,再以Profile Maker中 Measure Tool 對 Color Checker SG 導表中12級灰階值進行測量,進而比對出兩者底片特性曲線(Standard and Linear)之間與曝光的關係並進行人眼視覺實驗。使用Matlab軟體撰寫影像配對比較實驗程式,為考慮實驗數據信度,因此程式內增加重複比對,以檢測其實驗信度。實驗對象是以目前仍在線上執行專業攝影人士,其中分為平面廣告攝影、人物攝影、報導攝影及一般網路攝影工作者,受測人數約為25 ~ 30人,年齡分布約在30 ~ 50歲。實驗場地設於專業攝影棚內,並以全暗室環境提供觀測者進行視覺實驗。實驗前先行對受邀觀測者進行色盲檢測,使用的是石原忍色盲檢測手冊(Ishihara Test),通過後才可進入正式視覺實驗。

圖3E-2 標準觀測燈箱(D65)與液晶螢幕(D65)

如圖 3E-1與 3E-2。受測者進入實驗場地時,先行對液晶螢幕適應60 ~ 90秒,並對觀測者配對實驗指導語加以說明:首先輸入觀測者號碼然後按下啟動按鈕,在螢幕中出現的兩個影像根據影像曝光選擇最標準的亮度,然後按下Better按鈕。在螢幕顯現的所有配對影像順序和左右位置,完全以隨時方式出現。當要改變決定可按下 Undo 按鈕,消除前面所選影像的配對,但左右順序是隨機。由於本實驗採用記憶配對法,螢幕配對前先行觀看旁邊標準觀測燈箱(D65)內實物(被攝體)約60 ~ 90秒左右之後,關閉一旁之標準光源觀測燈箱(D65)。依序完成所有觀測者配對實驗,再利用 Thrustone 的配對比較法則統計出記憶配對比較所獲得數據之實驗結果。

操作流程:

  • 拍攝Color Checker SG導表,並以該機背專屬用軟體(Capture One 4.81)輸出兩種底片特性曲線(Standard and Linear)模式。
  • 利用Profile Maker中Measure Tool對Color Checker SG導表中12級灰階值進行測量,比對底片特性曲線(Standard and Linear)與曝光的關係。
  • 使用Matlab軟體撰寫影像配對比較實驗程式。
  • 觀測者觀看色盲檢測手冊,進行色盲檢定。
  • 觀測者進行約60 ~ 90秒左右,螢幕亮度適應。
  • 觀測者配對實驗指導語解釋與說明。
  • 標準觀測燈箱(D65)內實際被攝體記憶,約60 ~ 90秒左右。
  • 在螢幕上選出測試影像中,曝光指數增減較佳的影像。
  • 利用 Thrustone 的配對比較法則分析數據。

技術分析:

數位機背(Phase One P45+)由專屬軟體 Capture One 4.81 控制,影像擷取時可選用不同的底片特性曲線(Characteristic Curve),獲得不同的階調效果。因此有必要先了解不同特性曲線對灰階的影響。本研究選用業界常用的 Standard 與Linear 兩種特性曲線做比較。比較的方式是經由 Phase One P45+ 數位機背透過 Capture One 拍攝 SG 色卡影像。在 Capture One 中,將影像分別套用 Standard 與 Linear 兩種特性曲線,再以 Adobe 1998 規格輸出 RGB 影像。最後在 Photoshop 中套用 Adobe RGB 描述檔,轉換至LAB空間後讀取影像12個灰階色塊的L*值。圖 3E-3 是將 Linear 曲線的 L*值當作水平軸,Standard 曲線的L*值當成垂直軸所繪製的階調特性圖。由圖 3E-3可看出 Standard 曲線是一個增強對比提高亮部明度的 S 型階調曲線。圖 3E-4的水平軸改用 SG 色卡灰階實際量測的 L*值,由該圖可看出 Linear 與 Standard 兩種特性曲線都稍微提高灰階的明度,Linear 特性曲線與實際測量值的關係近乎線性,Standard 特性曲線則明顯將亮部的明度提高。

圖3E-3 底片特性曲線&線性模式            圖3E-4 底片特性曲線&色卡灰階明度

以五種光圈大小(間隔半級)拍攝自行設計製作之亮面與霧面小木偶後,分別套用兩種不同底片特性曲線(Standard 與Linear),並在完成轉檔作業後,邀請25位目前在專業攝影領域從事攝影工作之專業人士進行暗室視覺評比,在正式實驗之前,先請一些專業人士進行前測實驗,結果發現影像的背景明顯隨著光圈大小變化,背景的明暗很可能影響視覺對階調的判斷,因此視窗E與視窗F都改以「有背」(圖3E-5)與「去背」(圖3E-6)兩組影像作視覺評比,「去背」影像是用 Photoshop 中的選色工具人工分割背景,再填入RGB = (127,127,127)。

圖3E-5 視窗E的「有背」影像 (以銀灰亮面木偶為例)

圖3E-6 視窗E的「去背」影像 (以銀灰亮面木偶為例)

視覺評比結果詳列於表3E-1至表3E-4。圖3E-5是表3E-1中的一個例子(銀灰去背)。從數據的觀察,可獲得以下歸納:

  • 從Z分數的變化幅度可知半級光圈的差異對視覺感受的影響相當大。
  • 各組的最佳光圈都在f22正負半級光圈之內。
  • 不同光圈造成的Z分數差異,比不同特性曲線造成的Z分數差異要更明顯。
  • Linear Response 與 Film Standard 兩種特性曲線的效果對白色與銀灰的木偶差異較大。
  • 亮面與霧面的視覺評分表現差異不大。
  • 黑色霧面或亮面木偶的Z分數趨勢一致,最佳光圈都是f19,也就是偏好調亮一點,以凸顯暗部細節。

大致而言,「去背」與「有背」的結果差異不大,其中以白色木偶受背景影響的差異較大,「去背」影像的最佳光圈是 f 22,但「有背」影像的最佳光圈則是 f 27。

圖 3E-7 黑色(去背)Z 值分析

為了解本實驗信度,因此將表3E-1的16組「有背」影像實驗中4組重複測試,以適合度檢定(Goodness of Fit)、皮爾森相關係數(Pearsons Correlation Coefficient)以及平均誤差(也就是兩組資料誤差絕對值平均數),計算第一次測試與重複測試的差異是否顯著。統計結果如表3E-2,由適合度檢定p值皆小於0.05與相關係數R值皆大於0.7可知本實驗重複測試結果與第一次相當近似,因此本研究的視覺實驗結果具有相當不錯的信度。

表3E-2 不同光圈「有背」影像視覺評比實驗之Z分數的信度評估

表3E-3不同光圈「去背」影像視覺評比實驗之Z分數

表 3E-4 呈現中表 3E-3 的 16 組「去背」影像實驗中的 4 組重複測試的信度評估。由適合度檢定的 p 值皆小於 0.05 與相關係數 R 值皆大於 0.7 可知本實驗重複測試的結果與第一次相當近似,因此本研究的視覺實驗結果具有相當不錯的信度。

表3E-4不同光圈「去背」影像視覺評比實驗之Z分數的信度評估

結  論:

攝影曝光值對影像呈現液晶螢幕視覺色彩為半級光圈的差異對視覺感受的影響相當大,各種顏色與表面被攝物(小木偶)的最佳光圈都在標準測光正負半級光圈之內,不同光圈造成的影像品質差異,相對於不同特性曲線造成差異更明顯。在相機應用軟體(Capture One)中,線性響應(Linear Response)與標準底片(Film Standard)兩種特性曲線的效果對白色與銀灰的被攝物差異較大,亮面與霧面的視覺評分表現差異不大,黑色霧面或亮面被攝物偏好調亮一點,以凸顯暗部細節。

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