針對色彩，或許便是從你呱呱墜地到睜開眼看到這個世界的第1眼起始的。而近代醫(yī)學(xué)顯示，人類獲取信息的70%~80%都是來自視覺觀感。簡單地說，色彩便是人的大腦針對光的感受。當(dāng)然，這是人類經(jīng)過肉眼針對色彩的一種感官。針對計算機(jī)來講又是怎么樣的呢？

計算機(jī)的圖像處理和視頻效應(yīng)都是基于人眼視覺原理實現(xiàn)的模擬辦法。因此呢，要將離散化的數(shù)字信息中的色彩信息精確還原為連續(xù)的視覺感受，就必須認(rèn)識色彩技術(shù)的來龍去脈。而這，亦是本文要探索的。

色彩的演變

色彩理論的源頭，日前公認(rèn)的是古希臘時亞里士多德的《關(guān)于色彩》。亞里士多德認(rèn)為：原色是黑和白，是陰暗與光明的無窮無盡的產(chǎn)物—非常近似咱們中國的“陰陽”之說。后來他又認(rèn)為除了黑白之外還有另一兩個原色：來自陽光的黃色和天空的藍(lán)色。同期亞里士多德還認(rèn)為這些便是形成世界的四大理學(xué)元素，哪些看到這兒暗暗發(fā)笑的二次元興趣者是不是發(fā)掘這便是“氣水火土”的世界元素設(shè)置？

色彩還曾經(jīng)被認(rèn)為是被觀察物體的屬性。咱們此刻當(dāng)然曉得色彩是因為光和人眼的解析才產(chǎn)生的。

▲區(qū)別的色彩

大大概1200年上下的時間，幾乎所有專家、藝術(shù)家和思想家都堅信亞里士多德的色彩理論。直到17世紀(jì)，偉大的專家艾薩克·牛頓才證明光線和色彩來自太陽。那個著名的三棱鏡分色實驗，相信非常多在校生都還記得吧——一束陽光被三棱鏡分解為區(qū)別色彩的特等色彩序列。

由此就產(chǎn)生了一種特殊的“色彩表述”工具—將色彩條首尾相連后得到的環(huán)形色輪能夠為咱們解釋區(qū)別色彩間的關(guān)系。色環(huán)的核心功效還是用來展示基本色彩之間的關(guān)系。例如，自然界平常的各樣顏色光，都是由于紅(Red)、綠(Green)、藍(lán)(Blue)三種顏色光按區(qū)別的比例相配而成，一樣絕大都數(shù)顏色亦能夠分解成紅、綠、藍(lán)三種色光，這便是色度學(xué)中最基本的原理——三原色原理。

▲三原色

油墨或顏料的三基色是青（Cyan）、品紅（Magenta）和黃（Yellow），簡叫作為CMY。青色對應(yīng)藍(lán)綠色；品紅對應(yīng)紫紅色。理論上說，任何一種由顏料表現(xiàn)的色彩都能夠用這三種基色按區(qū)別的比例混合而成，這種色彩暗示辦法叫作CMY色彩空間暗示法。彩色打印機(jī)和彩色印刷系統(tǒng)都采用CMY色彩空間。青色、品紅、黃色分別是紅、綠、藍(lán)三色的補(bǔ)色。

▲陽光經(jīng)過三菱鏡就會發(fā)出區(qū)別的色彩。

在認(rèn)識了色彩的基本形成和基本原理之后，接下來就要弄清楚色彩的精確性，什么樣的顏色才是準(zhǔn)確的？這針對每一個人分辨色彩都是非常重要的，那樣到底色彩要做到多精確？

精細(xì)標(biāo)定顏色的重要性

我想非常多人都會遇到一個狀況，那便是沒法準(zhǔn)確地描述每一個顏色。舉個例子，《Mr. Blandings Builds His Dream House》這部電影里有個奇葩的夫人，在跟室內(nèi)裝潢設(shè)計師溝通時，描述了一下她想象中的臥室的油漆色彩：“應(yīng)該是淺綠色，不像知更鳥的蛋那樣藍(lán)，亦不像水仙花的芽那樣黃。樣品這個顏色是我能拿到的比較接近，但有點偏黃，因此亦別讓調(diào)色的人別弄的太藍(lán)。它應(yīng)該是那種偏灰一點點的蘋果綠。”……相信非常多設(shè)計師大概看到這兒都會崩潰。

▲《Mr. Blandings Builds His Dream House》里那個奇葩的夫人會讓非常多設(shè)計師崩潰的

為了避免顯現(xiàn)這種狀況，這就需要咱們要引入計算機(jī)的數(shù)值來精確表述顏色。

計算機(jī)在運(yùn)用發(fā)光體做為光源的時候，還是運(yùn)用RGB做為色彩模型來制作發(fā)色設(shè)備。同期，計算機(jī)彩色表示器的輸入需要RGB三個彩色分量，經(jīng)過三個分量的區(qū)別比例，在表示屏幕上合成所需要的任意顏色。

當(dāng)運(yùn)用2的8次方來表色時，咱們就能得到28×28×28=16.7M種顏色。這便是為何咱們把好的液晶屏叫作為8bit屏（日前已然有更高的10bit以及12bit），同期要得到更精確的色彩時，還可能要用上10bit乃至12bit的算法，而這個bit數(shù)便是色彩位深。電腦的屏幕和電視機(jī)、投影儀、數(shù)碼相機(jī)都是這般生成色彩。

▲運(yùn)用這般的方式，精確表述顏色就非常容易。

大部分的數(shù)碼圖像編輯軟件，例如Photoshop亦是運(yùn)用RGB表色模式來進(jìn)行數(shù)碼色彩的分析和運(yùn)算。例如此刻平常的通用圖像JPG格式，就知道規(guī)定運(yùn)用8bit色深來表色，此時候數(shù)碼相機(jī)的RAW格式中保持下來的12~14bit色彩信息就必然會損失掉一部分了。

HSL和HSV色彩模型

彩色印刷或彩色打印的紙張是不可發(fā)射光線的，因而印刷機(jī)或彩色打印機(jī)就只能運(yùn)用有些能夠吸收特定的光波而反射其它光波的油墨或顏料，CMYK顏色模型便是這么來的。相針對RGB的加色混色模型，CMY是減色混色模型，顏色混在一塊，亮度會降低。之因此加入黑色是由于打印時由品紅、黃、青形成的黑色沒法實現(xiàn)真正的灰階和純黑。

除了平常的RGB和CMYK色彩模型之外，還有HSL、HSV（HSB）、YUV、YCvCr等顏色模型，這些都是用于區(qū)別行業(yè)的色彩模型。先瞧瞧靜態(tài)圖像行業(yè)的RGB和CMYK以及延伸的HSL/HSV。

首要要確定的是HSL和HSV是類似的色彩模型，在大部分圖像編輯軟件中，針對色彩的描述相對RGB這類比較抽象的表色辦法，HSL這般的表色辦法更為直觀和簡便。

什么是色相？

無論是HSL或HSV中，H都暗示色相(Hue)。色相能夠理解為色彩相貌，亦便是對顏色的概況描述——一般該值取值范圍是[0°~360°]，對應(yīng)紅-橙-黃-綠-青-藍(lán)-紫-紅這般次序的顏色，亦便是咱們前面說到的色相環(huán)。色相是描述任何物體任何色彩都能運(yùn)用的參數(shù)，哪怕這般的顏色很難用語言來表述。

▲色彩軟件中會有色相的調(diào)節(jié)項

S在HSL和HSV中暗示飽和度(Saturation)(有時亦叫作為色濃度、色彩度)即色彩的純凈程度，用作描述某種特定顏色的純粹程度的參數(shù)。例如畫家可能在涂抹天空的藍(lán)色時加入有些淡褐色，從而得到藍(lán)色天空的漸變效果。而攝影師修飾照片時能夠經(jīng)過調(diào)準(zhǔn)飽和度得到某種尤其鮮艷的顏色或有意把某種顏色變得黯淡無光。

HSL和HSV的區(qū)別

這兩種顏色模型區(qū)別之處就是在最后的一個參數(shù)。L暗示亮度(Lightness/Luminance/Intensity)，V暗示明度(Value/Brightness)。亮度一般指一種色彩的明亮或黯淡程度，在大部分圖像編輯軟件中，都能夠認(rèn)為亮度便是黑白的變化。

▲HSL色彩模型，橫向為色相，橫刨面為飽和度，縱向為亮度。

▲HSL和HSV的區(qū)別圖示

例如攝影師修圖時改變亮度（調(diào)準(zhǔn)揭發(fā)值）便是色亮度的典型應(yīng)用。然則倘若簡單粗暴調(diào)準(zhǔn)揭發(fā)，色相細(xì)節(jié)亦會出現(xiàn)必定程度的改變，這便是亮度和明度的區(qū)別了。純色的明度是白點變化 ，而純色的亮度是中灰色點變化。

動態(tài)影像YUV模型

再說說動態(tài)影像中平常的YUV模型。YUV顏色模型中，Y是亮度信號參數(shù)，UV都是色差的參數(shù)。Y的信息和U、V得到的信息是獨立的。這種表色方式能夠保準(zhǔn)三個信息量之間互不干擾，因此呢在電視廣播信號中采用YUV方式進(jìn)行編碼。例如用Y亮度信號暗示圖像亮度，UV暗示顏色信息就能夠進(jìn)行圖像的大面積著色。

咱們能看到的非常多視頻拍攝器具中都會說到8:2:2視頻編碼，這說明該器具運(yùn)用Y:U:V=8:2:2的方式進(jìn)行色彩編碼，Y亮度信號運(yùn)用8bit色渲染1個像素點得到256級亮度，而UV色度信號對每4個像素點進(jìn)行8bit色渲染得到一樣的256級亮度，畫面的顆粒感會較重，然則能夠節(jié)省出更加多的存儲器空間。這般的編碼方式會帶來畫質(zhì)上的損失，但并不是所有人都能快速觀察到動態(tài)變化的視頻中這種不顯著的畫質(zhì)損失，因此呢視頻圖像壓縮技術(shù)中經(jīng)常運(yùn)用這般的方法。

典型的生活案例便是有些在線電影是1080p清晰度，但實質(zhì)上文件體積僅有不到2GB，而有些720p的網(wǎng)絡(luò)視頻都有4-5GB的體積，便是由于運(yùn)用了區(qū)別的壓縮采樣。

RGB、CMYK、HSL和YUV之間只是同一理學(xué)量之間的區(qū)別表述方法，因此互相之間完全可以經(jīng)過數(shù)學(xué)計算的辦法進(jìn)行彼此間的換算。例如在RGB和CMY的換算中，RGB為原色而CMY為補(bǔ)色，兩個空間剛好互補(bǔ)。

▲色彩的互補(bǔ)

在攝影攝像的調(diào)色過程中，“紅色＋青色＝綠色＋品紅＝藍(lán)色＋黃色＝白色”這一口訣非常多人都會用，但其中的原理便是基于加色和減色空間的互補(bǔ)原理。

傳統(tǒng)表示屏的色彩標(biāo)準(zhǔn)

RGB色彩模式中的標(biāo)準(zhǔn)色彩空間，攝影師們用到最多的便是sRGB和AdobeRGB。sRGB是微軟和惠普聯(lián)合提出的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)定義色彩空間，s便是standard的縮寫，亦便是系統(tǒng)中經(jīng)常看到的sRGB（IEC 61966-2-1）。

創(chuàng)立這個標(biāo)準(zhǔn)的初衷是因為當(dāng)時的互聯(lián)網(wǎng)帶寬還不足，需要盡可能縮減圖像文件的體積，以便在網(wǎng)上快速傳遞圖像的同期實現(xiàn)準(zhǔn)確的色彩映射。區(qū)別的文件格式都能運(yùn)用或添加sRGB的標(biāo)記用來指定運(yùn)用這般的色彩空間。

sRGB色彩空間

正是因為微軟的操作系統(tǒng)普及的原由，sRGB在所有windows操作系統(tǒng)中都被當(dāng)作默認(rèn)的色彩空間。在windows系統(tǒng)中，掌控面板中有個“顏色管理”的圖標(biāo)，雙擊打開后看到的選項卡就能看到各類設(shè)備所匹配的色彩空間。

▲在windows系統(tǒng)中能夠看到表示設(shè)備匹配的色彩空間。

不外sRGB在實質(zhì)運(yùn)用中還是有必定的局限性。最大的問題便是各樣打印輸出設(shè)備所能呈現(xiàn)的顏色空間和sRGB對比起來區(qū)別很大。例如常用的某種噴墨印刷機(jī)和sRGB的色彩空間對比差異非常大。

sRGB雖然能覆蓋大部分將來要印刷出來的顏色，但有時候某些特定的印刷顏色在sRGB中亦沒法呈現(xiàn)。這便是為何非常多人都發(fā)掘網(wǎng)上下載的照片打印出來跟屏幕上還是不同樣的基本原由。

▲噴墨印刷機(jī)和sRGB的色彩空間對比

AdobeRGB色彩空間

Adobe機(jī)構(gòu)做為業(yè)界大佬，責(zé)任感很強(qiáng)，為認(rèn)識決這個問題自告奮勇推出了AdobeRGB標(biāo)準(zhǔn)。相比sRGB，AdobeRGB顯然能覆蓋更加多的色彩范圍。不外這般一來對制造表示器屏幕面板的廠商亦就加強(qiáng)了入行需求，畢竟sRGB設(shè)備更易造，但能符合AdobeRGB標(biāo)準(zhǔn)的表示器顯然要貴上一大截。

▲AdobeRGB能夠覆蓋更加多的色彩范圍。

Photoshop RGB色彩空間

當(dāng)年做為Photoshop的研發(fā)人員，托馬斯·諾爾（Thomas Knoll）決定按照他在SMPTE 240M標(biāo)準(zhǔn)文件中找到的規(guī)格來創(chuàng)立AdobeRGB標(biāo)準(zhǔn)。 隨著Photoshop 5.0的發(fā)布，該配置文件包括這里后所有的Adobe軟件中。雖然廣大用戶愛好更廣泛的色彩，然則實質(zhì)上這些狂熱的Photoshop用戶并不愛好這種“看起來很美”的工作環(huán)境。

更糟糕的是，非常多工業(yè)圖像處理軟件在復(fù)制紅色主色度坐標(biāo)時出錯，引起SMPTE色準(zhǔn)更加不準(zhǔn)確。Adobe曾經(jīng)嘗試了許多策略來修正配置文件，例如糾正紅色偏差引起的色飽和問題，改變白點使其與CIE標(biāo)準(zhǔn)光源D50相匹配，但所有的調(diào)節(jié)都使得CMYK轉(zhuǎn)換比以前更糟糕。因此針對無打印輸出的用戶來講，sRGB是比較可靠的選取。

聽起來sRGB已然挺美好了，但事實不是這般……由于色彩標(biāo)準(zhǔn)不等于設(shè)備色域。

工廠里制造的表示器實質(zhì)是不可夠完美達(dá)到或符合sRGB標(biāo)準(zhǔn)的，那樣表示器的色彩偏差多少就只能靠校色設(shè)備和軟件來匹配色彩標(biāo)準(zhǔn)，以此達(dá)到近期似色彩標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)。那樣就要用到校色儀給設(shè)備做校色，才可保準(zhǔn)表示器的色彩接近理想的色彩空間標(biāo)準(zhǔn)。

▲借助第三方校色設(shè)備進(jìn)行色彩校準(zhǔn)。

為印刷而生的CMYK

CMYK應(yīng)用于印刷、打印行業(yè)更加多有些，它相對來講亦更為繁雜。由于區(qū)別廠商制造的設(shè)備，采用的打印介質(zhì)（紙、布料、皮革）和墨水都區(qū)別很大，因此嚴(yán)格道理上說，是沒法讓區(qū)別的打印機(jī)達(dá)到輸出效果一致的。

例如photoshop軟件里，日本用的Japan Color 2001 Coated標(biāo)準(zhǔn)就跟歐洲用的Coated FOGRA39（ISO 12647-2:2004）標(biāo)準(zhǔn)差別很大。倘若再加入北美常用的US web Coated（SWOP）v2標(biāo)準(zhǔn)來對比，狀況就會更繁雜。因此并不是打印前在photoshop里把圖像轉(zhuǎn)換成CMYK模式就算預(yù)覽了印刷效果。

▲Japan Color 2001 Coated和Coated FOGRA39（ISO 12647-2:2004）的對比。

▲倘若有必要的時候，對打印色彩精度需求比較高的用戶還會自己制作打印機(jī)的特性化色彩曲線文件。

▲針對打印輸出照片行業(yè)，每一個廠商都供給了自己的打印色彩曲線。方便用戶在運(yùn)用自己的設(shè)備或紙張時調(diào)用。

視頻的色彩標(biāo)準(zhǔn)

視頻行業(yè)的關(guān)聯(lián)色彩標(biāo)準(zhǔn)相對來講需求更為嚴(yán)格。由于視頻行業(yè)的專業(yè)需求更高，這類最后制品常常是用來上廣電播放的，一旦最后效果跟預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)差異太大必定不可經(jīng)過審核。舉例來講，日前最平常的REC-709色彩標(biāo)準(zhǔn)是日前絕大都數(shù)視頻格式都要遵循的標(biāo)準(zhǔn)。

▲區(qū)別的視頻色彩標(biāo)準(zhǔn)

但REC-709在表示器、監(jiān)測器以及投影儀上顯現(xiàn)的時候，其實是執(zhí)行了sRGB的色彩空間而白點色溫并不是sRGB中規(guī)定的6500k（開爾文溫標(biāo)），但REC-709標(biāo)準(zhǔn)除了色彩空間之外，還包含非常多別的技術(shù)指標(biāo)，例如白點色溫、gamma光度值、色深、幀速率以及線材無線電信號等一系列規(guī)范。

▲區(qū)別視頻色彩標(biāo)準(zhǔn)所覆蓋的色彩面積亦不同樣

DCI-P3和Display P3

近幾年隨著新技術(shù)的顯現(xiàn)，蘋果機(jī)構(gòu)在自己的設(shè)備上起始運(yùn)用比sRGB色域更廣的液晶面板。iPhone7和7P的系統(tǒng)就采用了蘋果自己的Display P3標(biāo)準(zhǔn)。

▲蘋果機(jī)構(gòu)采用的是自己的色彩標(biāo)準(zhǔn)

不外Display P3并不是大部分專業(yè)視頻行業(yè)人士所熟知的DCI-P3標(biāo)準(zhǔn)。Display P3的白點色溫是6500k， DCI-P3是5500k，Display P3的gamma是2.2，而DCI-P3的gamma是2.6—這般一來引起的結(jié)果便是Display P3設(shè)備上看到的白色更冷，色彩反差稍低，而DCI-P3的圖像風(fēng)格稍微偏黃反差很強(qiáng)。

倘若iPhone7（包含此刻的8和X）拍攝的視頻和照片在無經(jīng)過色彩管理的sRGB設(shè)備和軟件呈現(xiàn)處理的時候，很可能顏色都會感覺更黯淡，有種發(fā)灰的感覺。

在視頻中，DCI-P3色彩標(biāo)準(zhǔn)顯然比REC-709呈現(xiàn)的色彩更豐富。這個標(biāo)準(zhǔn)重點用于播放設(shè)備如高清數(shù)字電影和HDTV等行業(yè)，此刻亦被電影行業(yè)廣泛采用。實質(zhì)上，電影行業(yè)已然起始推廣和普及更加科幻化的BT.2020色彩標(biāo)準(zhǔn)了。

BT.2020

非常多Hi-Fi影音發(fā)燒友都會用各樣經(jīng)過杜比認(rèn)證的設(shè)備觀看高清或藍(lán)光電影，而雄心勃勃的杜比視覺已然發(fā)布了新一代的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。例如杜比視覺需求表示設(shè)備峰值亮度達(dá)到10000尼特（nit），事實上此刻最高端的電視面板亦僅有4000尼特亮度。同期杜比視覺需求視頻信號源運(yùn)用BT.2020色彩空間。日前來講，有這個能力做到比較理想的設(shè)備在行業(yè)中都是比較超前的旗艦級別制品。

寫在最后

針對當(dāng)今的藝術(shù)家和專家們來講，計算機(jī)技術(shù)和設(shè)備制造技術(shù)的飛速發(fā)展，已然揭示了非常多的科技和藝術(shù)間的微妙聯(lián)系。誠然在任何學(xué)校的教育課程中，色彩學(xué)都不是必修課。色彩技術(shù)仍然是用來表達(dá)自己針對視覺世界的主觀感受的工具。做為普通用戶，經(jīng)過一兩篇文案來認(rèn)識和學(xué)習(xí)數(shù)碼影像中的色彩知識顯然亦過于簡慢了。期盼這篇文案能啟發(fā)您對色彩認(rèn)知的熱情，更進(jìn)一步去嘗試認(rèn)識咱們人類到底是怎樣經(jīng)過一條窄窄的電磁波光譜進(jìn)行溝通。正如保羅·塞尚所說：“色彩是咱們的大腦和宇宙相遇的地區(qū)。”