Clave cromática

La composición de clave de croma , o chroma keying , es una técnica de efectos visuales y posproducción para componer (superponer) dos o más imágenes o secuencias de vídeo juntas 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 vídeo, en particular en las industrias de noticieros , películas y videojuegos . Un rango de color en el metraje de primer plano se hace transparente, lo que permite insertar en la escena metraje de fondo filmado por separado o una imagen estática. La técnica de chroma keying se utiliza comúnmente en la producción y posproducción de vídeo. Esta técnica también se conoce como chroma keying , superposición de separación de colores ( CSO ; principalmente por la BBC ^[3] ), o por varios términos para variantes específicas relacionadas con el color, como pantalla verde o pantalla azul ; el chroma keying se puede realizar con fondos de cualquier color que sean uniformes y distintos, pero los fondos verdes y azules se utilizan más comúnmente porque difieren más claramente en tono de cualquier color de piel humana . Ninguna parte del objeto filmado o fotografiado podrá duplicar el color utilizado como fondo, o dicha parte podrá ser identificada erróneamente como parte del fondo. ^[4]

Se utiliza habitualmente para transmisiones en directo de previsiones meteorológicas en las que se ve a un presentador de noticias de pie delante de un gran mapa CGI que, en realidad, es un gran fondo azul o verde. Utilizando una pantalla azul, se añaden diferentes mapas meteorológicos en las partes de la imagen en las que el color es azul. Si el presentador de noticias lleva ropa azul, su ropa también se sustituirá por el vídeo de fondo. La incrustación cromática también es habitual en la industria del entretenimiento para los efectos visuales en películas y videojuegos. La rotoscopia puede realizarse en cambio en sujetos que no están delante de una pantalla verde (o azul). El seguimiento del movimiento también se puede utilizar junto con la incrustación cromática, por ejemplo, para mover el fondo a medida que se mueve el sujeto.

Antes de la introducción de los travelling mattes y la impresión óptica , se utilizaba la doble exposición para introducir elementos en una escena que no estaban presentes en la exposición inicial. Esto se hacía utilizando un drapeado negro en lugar de una pantalla verde en la actualidad. George Albert Smith utilizó por primera vez este enfoque en 1898. En 1903, The Great Train Robbery de Edwin S. Porter utilizó la doble exposición para añadir escenas de fondo a las ventanas que estaban en negro cuando se filmaron en el set, utilizando un trash matte para exponer solo las áreas de las ventanas. ^[5]

Para que las figuras de una exposición se movieran delante de un fondo sustituido en la otra, se necesitaba un enmascaramiento móvil para tapar la parte correcta del fondo en cada fotograma. En 1918, Frank Williams patentó una técnica de enmascaramiento móvil, basada también en el uso de un fondo negro. Esta técnica se utilizó en muchas películas, como El hombre invisible . ^{[6] : 4}

En la década de 1920, Walt Disney utilizó un fondo blanco para incluir actores humanos con personajes de dibujos animados y fondos en sus Comedias de Alicia . ^{[6] : 5}

El método de pantalla azul fue desarrollado en la década de 1930 en RKO Radio Pictures . En RKO, Linwood Dunn utilizó una versión temprana del travelling matte para crear "borrones", donde había 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 travelling matte para El ladrón de Bagdad (1940), que ganó el Premio de la Academia a los mejores efectos especiales ese año. En 1950, el empleado de Warner Brothers y ex investigador de Kodak Arthur Widmer comenzó a trabajar en un proceso de travelling matte 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 . ^[7]

El nombre "Chroma-Key" era el nombre comercial de RCA para el proceso, tal como se utilizaba en sus emisiones de televisión de la NBC , incorporando patentes otorgadas a Albert N. Goldsmith de RCA. ^[8] Uno de los primeros usos en emisiones fue el George Gobel Show de la NBC en el otoño de 1957. ^[9]

En 1964, Petro Vlahos recibió un premio de la Academia por su perfeccionamiento de estas técnicas. 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 el metraje de fondo, un fotograma 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" que aceleró el proceso considerablemente y ahorró dinero. Recibió un premio especial de la Academia por su innovación.

Durante décadas, las tomas con el objetivo en movimiento debían realizarse "con el objetivo fijo", de modo que ni el sujeto enmarañado ni el fondo pudieran cambiar la perspectiva de la cámara en absoluto. Más tarde, las cámaras con control de movimiento y cronometradas por computadora aliviaron este problema, ya que tanto el primer plano como el fondo se podían filmar con los mismos movimientos de cámara.

Los meteorólogos que trabajan en televisión suelen utilizar un monitor de campo, situado al costado de la pantalla, para ver dónde colocan sus manos en relación con las imágenes de fondo. Una técnica más reciente 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 combinar, lo que permite filmar a los actores por separado y luego colocarlos juntos en la misma escena. La clave de croma permite que los actores 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 manuales. Se pueden colocar puntos de referencia como una cuadrícula pintada, X marcadas con cinta o pelotas de tenis igualmente espaciadas pegadas a la pared 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, de esta manera, generar una imagen que coincida perfectamente con la perspectiva y el movimiento del primer plano. Los avances modernos en software y potencia computacional han eliminado la necesidad de colocar los marcadores con precisión: el software determina su posición en el espacio; una posible desventaja de esto es que requiere el movimiento de la cámara, lo que posiblemente contribuya a las técnicas cinematográficas modernas en las que la cámara siempre está en movimiento.

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. ^[4] 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 "key".

El verde se utiliza como fondo para la televisión y la cinematografía electrónica más que cualquier otro color porque los presentadores del tiempo en televisión solían llevar trajes azules. Cuando el croma keying empezó a utilizarse por primera vez en la producción televisiva, la pantalla azul, que era la norma en la industria cinematográfica, se utilizó por costumbre, hasta que otras consideraciones prácticas hicieron que la industria televisiva pasara de las pantallas azules a las verdes. Las cámaras de televisión en color con calidad de transmisión utilizan sensores de imagen separados rojo, verde y azul, y los primeros croma keyers de televisión analógica requerían vídeo componente RGB para funcionar de forma fiable. Desde una perspectiva tecnológica, era igualmente posible utilizar el canal azul o verde, pero como la ropa azul era un desafío constante, la pantalla verde se convirtió en algo de uso común. Los presentadores de noticias a veces olvidan el código de vestimenta del croma key, y cuando el croma se aplica a la ropa del mismo color que el fondo, la persona parece desaparecer en el croma. Como la ropa verde es menos común que la azul, pronto se hizo evidente que era más fácil utilizar una pantalla mate verde que vigilar constantemente las elecciones de ropa de los talentos en antena. 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 mayor intensidad de señal, lo que brindaba una mejor relación señal/ruido en comparación con los otros canales de video componente, por lo que las incrustaciones de pantalla verde podían producir la incrustación más limpia. En la era de la televisión y el cine digitales, gran parte de los ajustes necesarios para hacer una incrustación 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 excluidos. ^[10]

Antes de la incrustación cromática electrónica, la composición se hacía en película (química). El negativo en color de la cámara se imprimía en un negativo en blanco y negro de alto contraste, utilizando un filtro o la sensibilidad al color de la película de alto contraste para exponer solo frecuencias azules (y superiores). La luz azul solo brilla a través del negativo en color donde no hay azul en la escena, por lo que esto dejaba la película transparente donde estaba la pantalla azul y opaca en el resto, excepto que también producía transparencia para cualquier objeto blanco (ya que también contenía azul). La eliminación de estas manchas se podía hacer mediante una doble exposición adecuada con el positivo en color (con lo que se volvía opaca cualquier área que contuviera rojo o verde) y muchas otras técnicas. El resultado era una película que era transparente donde estaba la pantalla azul y opaca en el resto. Esto se llama mate femenino , similar a un mate alfa en la incrustación digital. Copiar esta película en otro negativo de alto contraste producía el mate masculino opuesto . El negativo de fondo se llenó con el mate femenino y se expuso en una tira final de película; luego, el negativo de la cámara se llenó con el mate masculino y se imprimió dos veces en esta misma película. Estas dos imágenes combinadas crean el efecto final.

El factor más importante para una clave es la separación de colores del primer plano (el sujeto) y el fondo (la pantalla): se utilizará una pantalla azul si el sujeto es predominantemente verde (por ejemplo, plantas), a pesar de que la cámara es 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 del video que están en fase se reemplazan por el video de fondo alternativo. ^{[ cita requerida ]}

En la televisión digital en color , el color se representa mediante tres números (niveles de intensidad de rojo, verde y azul). La clave cromática 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 dentro de un rango), entonces el video en ese punto se reemplaza por el fondo alternativo.

Para crear la ilusión de que los personajes y 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 y de color uniforme que puede ser más fácil de igualar en el estudio, mientras que la luz solar directa debe coincidir tanto en la dirección como en el color general según la hora del día.

Una toma de estudio tomada frente a una pantalla verde tendrá naturalmente una luz ambiental del mismo color que la pantalla, debido a su dispersión de luz. Este efecto se conoce como derrame . ^{[6] : p20} Esto puede parecer poco natural o hacer que desaparezcan partes de los personajes, por lo que debe compensarse o evitarse utilizando una pantalla más grande ubicada lejos de los actores. ^[11]

La profundidad de campo utilizada para grabar la escena que se desarrolla frente a la pantalla de color debe coincidir con la del fondo. Esto puede implicar grabar a los actores con una profundidad de campo mayor que la normal. ^[12]

Un sujeto que utilice una clave cromática debe evitar usar ropa que sea de un color similar al color o colores de la clave cromática (a menos que sea intencional, por ejemplo, usar una camiseta verde para que parezca que el sujeto no tiene cuerpo), porque la ropa puede ser reemplazada por la imagen o el 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 hacerlo invisible en la toma final. Esta técnica se puede usar para lograr un efecto similar al que se usa en las películas de Harry Potter para crear el efecto de una capa de invisibilidad . El actor también puede ser filmado contra un fondo de clave cromática e insertado en la toma de fondo con un efecto de distorsión, para crear una capa que sea marginalmente detectable. ^[13]

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 el Duende Verde están en el aire, Spider-Man tuvo que ser filmado frente a una pantalla verde y el Duende Verde tuvo que ser filmado frente a una pantalla azul. La diferencia de color se debe a que Spider-Man usa un traje que es de color rojo y azul y el Duende Verde 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 lograr una separación clara entre el primer plano y el fondo, también es importante que la ropa y el cabello en la toma del primer plano tengan una silueta bastante simple, ya que los detalles finos, como el cabello encrespado, pueden no resolverse correctamente. De manera similar, los elementos parcialmente transparentes del vestuario causan problemas. ^[12]

El azul se utilizó originalmente para la industria cinematográfica, ya que para realizar las separaciones se necesitaba una película que solo respondiera al color de la pantalla, y la película que respondía solo al azul y a frecuencias más altas (ultravioleta, etc.) era mucho más fácil de fabricar y hacer confiable que la película que de alguna manera excluía tanto las frecuencias más altas como las más bajas que el color de la pantalla.

Sin embargo, en la producción de televisión y cine digital, es igualmente fácil extraer cualquier color, y el verde se convirtió rápidamente en el color favorito. Es menos probable que el verde brillante esté en los objetos del primer plano, las emulsiones de películas en color generalmente tenían un grano mucho más fino en el verde y la compresión con pérdida utilizada para señales de video analógicas e imágenes y películas digitales retiene más detalles en el canal verde. El verde también se puede usar en exteriores donde la temperatura del color de la luz es significativamente azul. El rojo se evita porque está presente en la piel humana, y cualquier otro color es una mezcla de colores primarios y, por lo tanto, produce una extracción menos limpia.

La denominada " pantalla amarilla " se consigue con un fondo blanco. Se utiliza una iluminación de escenario normal combinada con una lámpara de sodio de color amarillo brillante. La luz de sodio cae casi en su totalidad en una banda de frecuencia estrecha, que luego se puede separar de la otra luz mediante un prisma y proyectar sobre un soporte de película independiente pero sincronizado dentro de la cámara. Esta segunda película es en blanco y negro de alto contraste y se procesa para producir el mate. ^{[6] : 16}

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

También existe una forma de codificación por color que utiliza un espectro de luz invisible para el ojo humano. Se denomina Thermo-Key y utiliza el infrarrojo como color clave, que no se sustituiría por la imagen de fondo durante el posprocesamiento . ^{[14] [15]}

Para Star Trek: La nueva generación , Don Lee de CIS Hollywood propuso un proceso de mateado con luz ultravioleta y Gary Hutzel y el personal de Image G lo desarrollaron. Esto implicaba un fondo naranja fluorescente que facilitaba la generación de un mate de retención , lo que permitía al equipo de efectos producir efectos en una cuarta parte del tiempo necesario para otros métodos. ^[16]

En principio, cualquier tipo de fondo estático puede utilizarse como croma en lugar de un color sólido. Primero se captura el fondo sin actores ni otros elementos en primer plano; luego se graba la escena. La imagen del fondo se utiliza para cancelar el fondo en el metraje real; por ejemplo, en una imagen digital, cada píxel tendrá una croma diferente. Esto a veces se conoce como matte de diferencia . ^[17] Sin embargo, esto hace que sea fácil 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. ^[18] Un fondo con un patrón repetido alivia muchos de estos problemas y puede ser menos sensible al color del vestuario que los fondos de color sólido. ^[19]

En algunas imágenes digitales en color se utiliza el color magenta de intensidad completa #FF00FF para codificar la transparencia (de 1 bit); a esto a veces se lo denomina "rosa mágico". ^[20] Esta no es una técnica fotográfica y la extracción del primer plano del fondo es trivial.

El mayor desafío al configurar una pantalla azul o verde es lograr una iluminación uniforme y evitar las sombras , ya que es mejor tener una gama de colores lo más estrecha posible para reemplazar. Una sombra se presentaría como un color más oscuro para la cámara y podría no registrarse para el 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 no se pueden volver a filmar. El material que se utiliza afecta la calidad y la facilidad para 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 reflejen las luces y las hagan parecer pálidas, mientras que otras áreas pueden estar oscurecidas. Una superficie mate difundirá la luz reflejada y tendrá una gama de colores más uniforme. Para obtener la clave más limpia al filmar 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 haciendo que la pantalla verde esté dos pasos más alta que el sujeto, o viceversa.

A veces, se puede utilizar 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 fondo del video deseada, lo que hace que parezca que la persona proyecta una sombra sobre ella. 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.

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

Existen varias técnicas optimizadas en cuanto a calidad y velocidad para implementar la codificación por color en el software. ^{[21] [22]}

En la mayoría de las versiones, se aplica una función f ( r , g , b ) → α 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). Se necesita una función adicional g ( r ,  g ,  b ) → ( r ,  g ,  b ) 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. Una función g () muy simple es ( r , min( g , b ), b ). Esto es bastante cercano a las capacidades de la captura de pantalla analógica y basada en películas.

Los ejemplos modernos ^[22] de estas funciones se describen mejor mediante dos superficies anidadas cerradas en el espacio RGB 3D, a menudo bastante complejas. Los colores dentro de la superficie interna se consideran pantalla verde. Los colores fuera de la superficie externa son 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 más que solo el color del píxel actual, también puede usar la posición ( x ,  y ), los valores de los píxeles cercanos, el valor de imágenes de referencia o un modelo de color estadístico de la escena, ^[23] y valores de máscaras dibujadas por el usuario. Estos producen superficies cerradas en el espacio con más de tres dimensiones.

Una clase diferente de algoritmo intenta determinar una ruta 2D que separe el primer plano del fondo. Esta ruta puede ser la salida, o la imagen puede dibujarse rellenando la ruta con α  = 1 como paso final. Un ejemplo de un algoritmo de este tipo es el uso del contorno activo . La mayor parte de la investigación en los últimos años ^{[ ¿cuándo? ]} se ha centrado en estos algoritmos.

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