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一种模拟基于图像照明 技术的产品拍摄方法

发布时间:2020年08月31日 来源:中国自动识别网 作者:梁源 何榕

随着互联网和电子商务的发展,产品信息的采集,特别是产品图片的采集技术越来越受到重视。在B2C领域,购买一个产品时,其图片往往决定了消费者对该产品外观、功能的第一认识。注重产品图片拍摄的卖家也能够获得较为可观的销量,由此催生了不少专注于产品图片拍摄的工作室团队和企业。
产品图片拍摄的本质是静物的摄影。而静物的摄影过程中,布光是相当重要的环节。根据产品图片的不同用途和需求,选择不同的布光方案。当前,在产品图像的摄影领域,可粗略地将布光方案分为个性化精细布光方案和标准化统一固定布光方案两种。
个性化精细布光方案
产品的生产企业多会选择将产品图片的拍摄外包给专业的摄影团队。生产企业对产品图片的要求较高,对不同的产品和应用场景可能会要求不同的个性化精细的布光方式。但某种特定的布光方式仅适用于该场景环境的要求,如果改变产品的场景环境,则需要重新进行布光。而对精细布光的方式选择上,更多的是摄影师凭借自己的感性认识,因此为了让拍摄出来的产品图片效果更好,看起来更自然,仅在布光的研究上就会花费更多的时间和更高的人力成本,最终图片效果也因人而异。
标准化统一固定布光方案
有一些产品的商业图片拍摄(例如中国物品编码中心的“源数据”服务等),由于产品包装更新换代频率较高,而且产品数量较大,这类产品的图片若是应用在零售产品信息采集与展示时,就需要优先考虑拍摄效率。此类网页图片在拍摄时往往采用统一固定的布光方式,例如使用柔光箱。这种布光方式能够大量节省摄影师工作的时间,在短期内产出数量较大的产品图片,但图片效果往往不能突出不同产品的个性化特征,也不能根据其广告目的凸显相应的主题。
基于图像的光照技术(Image-based Lighting,以下简称IBL技术),也称为基于图像的照明,是利用真实环境中的光源对计算机生成的虚拟影像进行照明的技术,多应用于电影的拍摄,随着计算机软硬件技术的发展,逐渐成为近年来热门的研究领域。IBL技术考虑到一个被拍摄物所呈现的光线效果,会受到其所在环境中的所有发光物和反光物的影响,因此使用IBL技术的布光拍摄静物时,也需要尽可能的模拟其所在的真实环境。
所要拍摄的某个作品,最终所呈现的图像是“一个被拍摄物以及其后面的景色(即背景图像)”。通过更换背景图像表达不同的主题内容。
静物拍摄时,照相机所采集到的光线主要是被拍摄物对光源的反射光。而根据光菲涅尔效应,光的入射角越大,被拍摄物的反光率就越高。
由前置光源的照明光路图可知,光线入射角θ1较小,其大部分的光波被被拍摄物吸收,照相机最终捕捉到的大部分被拍摄物的反射光为被拍摄物的表面漫反射光(呈现被拍摄物的原色),如图1所示。
图1  前置光源的光路示意图
 
后置光源光线的入射角θ2较大,仅有少部分的光波被被拍摄物吸收,照相机最终捕捉到的大部分被拍摄物的反射光为被拍摄物的表面镜面反射光(呈现光源的颜色),如图2所示。
图2  后置光源的光路示意图
 
综合上述两点可得出结论:位于来自被拍摄物前面的光照,对被拍摄物的反射光效果影响不大;但位于被拍摄物后面光照则会对其反射光效果影响较大。为摄影作品中的被拍摄物更换背景图像后,若不去计算其对应的反射光变化,则作品中的光照效果会呈现出不自然的效果。
因此,在拍摄时,使用光源模拟其背景图,提供后置照明。背景图像的颜色不是单一的,根据图像的不同,其各个区域的光照颜色、强度均不同。将背景图像分割成M行×N列多个区块,由对应的M行×N列的阵列式光源依次提供后置照明,拍摄记录下M×N张该静物在其照明下的光照效果,后期逐个调整其颜色后,再用于合成最终图像。
在拍摄静物时,所利用的反射光主要分为两类:漫反射和镜面反射。在布光时,也将有针对性地主要提供这两种光源——位于被拍摄对象背后的后置光源和位于被拍摄对象前的前置光源。
前置光源采用纯白色柔光灯,主要位置只需位于被拍摄物前面,提供充足照明即可,无特殊要求,可参照传统的三点布光方式。
后置光源由N×M的白色平板柔光矩阵灯提供,矩阵的水平方向光源个数为N,竖直方向光源个数为M。一般情况下N:M为背景图像的长宽比,且每个矩阵灯的形状建议为正方形(若N:M与背景图像的长宽比不相等,可将背景图像裁去一些区域,被裁去的区域对被拍摄物的影响将被忽略,也不会在此布光过程中被考虑在内)。为矩阵中的每个光源设置编号(n, m),1≤n≤N,1≤m≤M,各自对应矩阵中横向第n列,纵向第m行的柔光灯。照相机放置于矩阵灯前面,被拍摄物放置于矩阵灯与照相机之间,使照相机镜头对准被拍摄物的几何中心,其连线的延长线垂直交于后置光源平面的几何中心点,布光方式,如图3所示。
图3  布光方式示意图
 
建议在拍摄时使全套布光系统处于暗室环境,整个过程中仅让被拍摄物接受到来自布光灯具的光照。
拍摄过程
整个拍摄过程中,布光系统以及被拍摄物的相对位置须保持静止。
首先,拍摄一张被拍摄物仅在前置光源的照明下的图像:关闭所有提供后置光源的矩阵灯,打开前置光源,照相机拍摄下此时的被拍摄物,图片文件可命名为“main_light”。
后置光源原始图像的拍摄:开启后置光源矩阵灯的(1,1)号灯,保持其他编号灯的关闭状态,并使照相机拍摄下此时的被拍摄对象,图片文件可命名为“IBL_01_01”。随后依次单独开启下一个灯,并拍摄。直到获取N×M张分别以不同编号的后置光源矩阵灯单独照明下的被拍摄物图片:“IBL_01_02” “IBL_01_03”……“IBL_N_M”。
IBL_N_M图片用于记录被拍摄物在单个IBL光源下的光影效果,以便在后期做出颜色和亮度调整。为了便于说明,此次使用一只铜权样品作为被拍摄物,使用的背景图由Unsplash.com网站提供,以此拍摄方法进行实验,如图4所示。实验使用的后置光源为16×9(即M=9,N=16)的矩阵照明灯。实验拍摄中的“IBL_7_4”,如图5所示。
图4  被拍摄物和背景图
 
图5   IBL_7_4图片在拍摄中
 
后期制作
制作被拍摄物的轮廓蒙版,推荐使用 Photoshop 软件,使用 main_light 图片,按照图片中的被拍摄物主体轮廓制作蒙版(蒙版图片中的被拍摄物为纯白色,背景为纯黑色),图片命名为“mask”。实验制作的“mask”图片,如图6所示。
图6  实验制作的蒙版“mask”图片
梁源 何榕/文
(作者单位:广西壮族自治区标准技术研究院)
《中国自动识别技术》2020年第4期总第85期

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