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。當然，這是人類經過肉眼針對色彩的一種感官。針對計算機來講又是怎么樣的呢？

計算機的圖像處理和視頻效應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，就必須認識色彩技術的來龍去脈。而這，亦是本文要探索的。

色彩的演變

色彩理論的源頭，日前公認的是古希臘時亞里士多德的《關于色彩》。亞里士多德認為：原色是黑和白，是陰暗與光明的無窮無盡的產物—非常近似咱們中國的“陰陽”之說。后來他又認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色。同期亞里士多德還認為這些便是形成世界的四大理學元素，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”的世界元素設置？

色彩還曾經被認為是被觀察物體的屬性。咱們此刻當然曉得色彩是因為光和人眼的解析才產生的。

▲區(qū)別的色彩

大大概1200年上下的時間，幾乎所有專家、藝術家和思想家都堅信亞里士多德的色彩理論。直到17世紀，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)別色彩間的關系。色環(huán)的核心功效還是用來展示基本色彩之間的關系。例如，自然界平常的各樣顏色光，都是由于紅(Red)、綠(Green)、藍(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、藍三種色光，這便是色度學中最基本的原理——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。青色對應藍綠色；品紅對應紫紅色。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、藍三色的補色。

▲陽光經過三菱鏡就會發(fā)出區(qū)別的色彩。

在認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？

精細標定顏色的重要性

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，在跟室內裝潢設計師溝通時，描述了一下她想象中的臥室的油漆色彩：“應該是淺綠色，不像知更鳥的蛋那樣藍，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，因此亦別讓調色的人別弄的太藍。它應該是那種偏灰一點點的蘋果綠。”……相信非常多設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的數(shù)值來精確表述顏色。

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

當運用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、投影儀、數(shù)碼相機都是這般生成色彩。

▲運用這般的方式，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亦是運用RGB表色模式來進行數(shù)碼色彩的分析和運算。例如此刻平常的通用圖像JPG格式，就知道規(guī)定運用8bit色深來表色，此時候數(shù)碼相機的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，因而印刷機或彩色打印機就只能運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°]，對應紅-橙-黃-綠-青-藍-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色時加入有些淡褐色，從而得到藍色天空的漸變效果。而攝影師修飾照片時能夠經過調準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（調準揭發(fā)值）便是色亮度的典型應用。然則倘若簡單粗暴調準揭發(fā)，色相細節(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，這說明該器具運用Y:U:V=8:2:2的方式進行色彩編碼，Y亮度信號運用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損失，因此呢視頻圖像壓縮技術中經常運用這般的方法。

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

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

▲色彩的互補

在攝影攝像的調色過程中，“紅色＋青色＝綠色＋品紅＝藍色＋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原理。

傳統(tǒng)表示屏的色彩標準

RGB色彩模式中的標準色彩空間，攝影師們用到最多的便是sRGB和AdobeRGB。sRGB是微軟和惠普聯(lián)合提出的標準預定義色彩空間，s便是standard的縮寫，亦便是系統(tǒng)中經?？吹降膕RGB（IEC 61966-2-1）。

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

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)中都被當作默認的色彩空間。在windows系統(tǒng)中，掌控面板中有個“顏色管理”的圖標，雙擊打開后看到的選項卡就能看到各類設備所匹配的色彩空間。

▲在windows系統(tǒng)中能夠看到表示設備匹配的色彩空間。

不外sRGB在實質運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。

▲噴墨印刷機和sRGB的色彩空間對比

AdobeRGB色彩空間

Adobe機構做為業(yè)界大佬，責任感很強，為認識決這個問題自告奮勇推出了AdobeRGB標準。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了入行需求，畢竟sRGB設備更易造，但能符合AdobeRGB標準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標準文件中找到的規(guī)格來創(chuàng)立AdobeRGB標準。 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)圖像處理軟件在復制紅色主色度坐標時出錯，引起SMPTE色準更加不準確。Adobe曾經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標準光源D50相匹配，但所有的調節(jié)都使得CMYK轉換比以前更糟糕。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……由于色彩標準不等于設備色域。

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

▲借助第三方校色設備進行色彩校準。

為印刷而生的CMYK

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

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

▲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。方便用戶在運用自己的設備或紙張時調用。

視頻的色彩標準

視頻行業(yè)的關聯(lián)色彩標準相對來講需求更為嚴格。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，一旦最后效果跟預制標準差異太大必定不可經過審核。舉例來講，日前最平常的REC-709色彩標準是日前絕大都數(shù)視頻格式都要遵循的標準。

▲區(qū)別的視頻色彩標準

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），但REC-709標準除了色彩空間之外，還包含非常多別的技術指標，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)別視頻色彩標準所覆蓋的色彩面積亦不同樣

DCI-P3和Display P3

近幾年隨著新技術的顯現(xiàn)，蘋果機構在自己的設備上起始運用比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標準。

▲蘋果機構采用的是自己的色彩標準

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標準。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—這般一來引起的結果便是Display P3設備上看到的白色更冷，色彩反差稍低，而DCI-P3的圖像風格稍微偏黃反差很強。

倘若iPhone7（包含此刻的8和X）拍攝的視頻和照片在無經過色彩管理的sRGB設備和軟件呈現(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色彩標準顯然比REC-709呈現(xiàn)的色彩更豐富。這個標準重點用于播放設備如高清數(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色彩標準了。

BT.2020

非常多Hi-Fi影音發(fā)燒友都會用各樣經過杜比認證的設備觀看高清或藍光電影，而雄心勃勃的杜比視覺已然發(fā)布了新一代的認證標準。例如杜比視覺需求表示設備峰值亮度達到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用BT.2020色彩空間。日前來講，有這個能力做到比較理想的設備在行業(yè)中都是比較超前的旗艦級別制品。

寫在最后

針對當今的藝術家和專家們來講，計算機技術和設備制造技術的飛速發(fā)展，已然揭示了非常多的科技和藝術間的微妙聯(lián)系。誠然在任何學校的教育課程中，色彩學都不是必修課。色彩技術仍然是用來表達自己針對視覺世界的主觀感受的工具。做為普通用戶，經過一兩篇文案來認識和學習數(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)您對色彩認知的熱情，更進一步去嘗試認識咱們人類到底是怎樣經過一條窄窄的電磁波光譜進行溝通。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)。”