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敦煌莫高窟狭小空间内立体面摄影采集与图像处理
内容摘要:随着“数字敦煌”的实施和推进,图像数字技术飞速发展,洞窟图像数字信息完整性进一步拓展。第254窟的狭小空间制约了立体面摄影采集,依据摄影数字技术和积累的经验,采用焦点堆栈技术有效解决了部分立体面摄影采集景深问题。焦点堆栈所采集的图像数据拼接完成后,需结合定位测量技术进行定位与纠正,最终实现符合数字敦煌档案的高品质数字图像。
关键词:敦煌石窟;数字化;立体面;摄影采集;焦点堆栈
中图分类号:TP391.9;K870.6文献标识码:A文章编号:1000-4106(2012)06-0108-05
1引言
莫高窟第254窟开凿于北魏时期465—500年之间,是一个中心塔柱窟,其形式特征是在一个纵向矩形空间轴线偏后部分建造一方形塔柱,绕柱有通道,塔柱四面开有佛龛、塑佛及菩萨数身。柱前宽敞的前堂顶部是人字披形式,披面上有浮塑的横梁和椽子[1]。南壁和北壁上部各开五个佛龛,龛内均有彩塑。第254窟形制复杂,整体保存完整,壁画总面积243平方米。在获取高精度壁画数字图像的同时,为了全方位推动“数字敦煌”进程,进一步完善洞窟图像数字信息,采用焦点堆栈技术和平行移动摄影采集,有效解决了狭小空间内立体面摄影采集景深问题。以第254窟数字化为例,对狭小空间内立体面进行了数字化摄影采集。
2第254窟立体面摄影采集
洞窟内共有17个佛龛,4个阙形龛,13个圆券龛。佛龛形制、装饰形式、大小、高低和纵深各异(图1)。
针对该窟立体面起伏变化突出的问题、拍摄空间狭小的局限,为理想的布光和色彩还原、降低人为因素造成图像畸变,以取得高品质影像数据的完整性,我们借鉴现阶段石窟壁画数字化摄影采集技术,针对狭小空间内立体面的特点,调整和改进数字化摄影采集方法,从而获取了狭小空间内立体面的有效图像数据。现以中心柱南向面的佛龛及龛沿立体面摄影采集为例,阐述狭小空间内立体面摄影采集具体步骤和图像拼接处理所面临的难点。
2.1运用焦点堆栈技术拍摄佛龛立体面
(1)摄影采集设备及各项参数
相机:佳能Eos-1DsMarkⅢ,镜头:佳能EF50mmf/1.2USM,像素数:5616×3744,感光度:ISO100,白平衡:测试值手动设置或闪光灯模式,光圈:f/16,图像文件格式:Raw,色彩空间:AdobeRGB,相机锐化:无,拍摄风格:标准,灯光:ElinchromFreeLite频率闪光灯和自定义反射柔光箱,摄影采集分辨率:300dpi/英寸,摄距:67厘米。
(2)景深与焦点堆栈技术
景深(depthoffield)是指在拍摄主体(对焦点)前后,其影像仍然有一段清晰范围的,就是景深。图像景深的大小取决于使用的镜头、设定的光圈值及传感器与被摄体的距离的大小,根据主要因素对景深的影响,可通过景深计算公式计算景深范围(图2)。如:摄距:67厘米,光圈:f/16,弥散圆直径:0.035毫米,在景深计算器中填入相关数据,计算出在此条件下的景深,前景深是8.74厘米,后景深是11.83厘米,清晰范围是58.26-78.83厘米,景深是20.57厘米,得出结论是景深很浅。
石窟数字化摄影采集中的立体面景深,受拍摄空间和图像采集精度的限制,景深相对减弱。镜头焦距和摄距可调控景深非常有限,缩小光圈值可增加景深,但为了达到景深问题而盲目缩小光圈值,会造成数字图像品质下降。因为当光圈值太小时,衍射现象就会出现,反而降低图像的反差和细节再现能力,影响高品质数字化图像采集。解决狭小空间内立体面摄影采集的景深问题,是当前急需攻克的数字技术难点。随着壁画数字化经验的积累和数字化技术的发展,狭小空间内立体面数字化采用了焦点堆栈技术,焦点堆栈技术有效解决了狭小空间内立体面景深问题。焦点堆栈技术是一个宏观的摄影技术,摄影师针对不同景深的对象,拍摄多幅图片,将品质好的图像运用图像处理软件进行堆叠拼接,获得一个清晰的大景深。
(3)焦点堆栈技术的具体运用
佛龛立体面摄影采集要点:①摄影架安装要与佛龛所在的壁面平行,相机焦平面要与被摄立体面平行。②立体面摄影采集顺序为自下而上,自左而右”,以拍摄立体面的左下角为坐标原点,建立拍摄坐标系,以原点为拍摄起点,X轴方向为拍摄方向,拍摄第一行row01,然后拍摄第二行row02……(图版35),最终完成立体面的拍摄。③同一取景范围不同立体面上选取焦点,要确保每个立体面的景深。④同一取景范围的相同立体面应减少重复选取焦点,以免造成拼接处理工作量的增加。⑤1、2、3、4、5、6……标识为选取的拍摄焦点(图版36),拍摄焦点的选取依图像景深大小而定,立体面变化较大时可增加拍摄焦点。由于考虑到图像形变较大,图像边缘质量衰减,景深问题
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