应用于每个像素的权重值的小矩阵——3×3、5×5或更大。决定图像操作:高斯模糊、Sobel边缘、锐化。
监视器上显示着一个3x3的数字矩阵——这就是你处理像素的工具。你将这个矩阵叠加到图像的每一个像素上,将邻近像素与相应的权重值相乘,然后将结果累加起来。结果将成为新的像素值。你对图像中的每个位置重复这个过程——图像操作就完成了。这就是卷积,而卷积核就是这个矩阵本身。
大小和数值决定一切。一个所有元素都为1,然后除以9的对称3x3矩阵会产生模糊效果——每个像素都成为其邻居的平均值。如果你增加中心区域的权重,你会增强原始信息,产生带有存在感的模糊。著名的高斯模糊在核心上归结为高斯分布作为卷积核——更大的矩阵(5x5, 7x7)的权重向外递减。如果你想检测边缘,你会使用Sobel或Roberts等边缘检测卷积核——在那里,相邻像素具有不同的符号,从而压缩了过渡。锐化效果类似:中心值高(例如+5),邻近值为负——这会增强对比度并带来清晰度。
在片场,这不那么重要,但在后期制作——在Nuke、After Effects或调色流程中——卷积核无处不在。你不会每次都手动编写矩阵;软件有现成的滤镜库,包含优化过的卷积核。但如果你需要自定义外观,或者想了解幕后发生了什么,你必须掌握这个原理。一个5x5的矩阵比一个3x3的矩阵需要更多的计算能力——这对于VFX繁重的镜头很重要。更大的卷积核会带来更平滑的结果,但也会增加延迟。一些DoP和VFX主管会通过迭代叠加模糊层来构建模糊效果,即多个弱模糊而不是一个强模糊——这通常看起来更自然,并且对性能更友好。一个重要点:对于某些滤镜(如高斯),卷积核操作是可分离的。你可以先水平卷积,然后垂直卷积——这可以节省大量的计算能力,因此是真实制作软件中的标准。
请记住:卷积核“看不到”的部分(图像的边缘)必须进行外插——Mirror、Wrap或Constant-Black等填充策略会改变这里的结果。在最终的合成中,如果配置不当,你会看到边缘伪影。