图像后期处理之色彩原理 vol 2 | 颜色空间
刚入特效公司时，第一个难倒我的就是颜色空间（colorspace）的概念，后来问了很多人，也没有一个确切的答案，网络上的定义也十分复杂，完全看不懂，直到在项目中频繁地使用才慢慢心领神会，在这里我会撇开网上那些一大堆看不懂的资料，尽量浅显地给初入行的同学普及一下知识，如有错误请指正。
● 人眼对光线的感知曲线
首先我们要认识到人类的眼睛对不同亮度光线的敏感程度是不同的。下图中，50W和51W的灯泡，我们可以明显的看出区别，但是150W和151W我们几乎不能辨别了。
人眼感知光线变化图：
可见在很弱的光线下，人眼的感知是很灵敏的。比如我们晚上睡觉前，睁开眼依然可以看到黑暗中很多细节的存在，所以我们经常会联想到一些让人害怕的东西。随着光线的增强，人眼的识别能力在减弱，我们在高亮度区域几乎无法辨别出差别了。你对着太阳看，能看出太阳表面强弱的不同么？答案显然是否定的。那么高亮度的区域就没有必要花那么多信息去储存了，这是一种浪费。
人眼对光线的感知度曲线：
上一章节讲到了色彩深度的概念，我们绝大多数情况使用 8bit 来储存图片，如JPEG,GIF等格式都是 8 bit。有限的色彩深度就像一个大书柜，正常的人类都会把最常看的书放在伸手就可以拿到的地方，不经常看的书零零星星地放在最高的一层。
对于 8bit 图片也一样，计算机会通过编码，把8位 RGB 颜色的储存单元更多的分配到图片里最有价值的暗部和灰部的地方，亮部相对减少，避免不必要的浪费，一张2k分辨率的jpg图片也不过占用几百KB，极大的节省了储存空间。
● sRGB 颜色空间
简单点说，8 bit 的图片被计算机自动编码成了 sRGB 颜色空间。sRGB 颜色空间就是一条值为2.2的 Gamma 曲线，对应人眼对光线的感知度曲线。我们大部分的图片都是基于 sRGB 颜色空间的。
sRGB 是由微软和惠普联合开发的一套色彩管理标准，目的是在多平台多设备下能够很好的显示图片，基于硬件的属性，它被定义在 8bit.
● Linear 线性颜色空间
既然我们了解了 sRGB 的曲线，线性空间就不难理解了，线性空间就是计算机以线性的方式储存色彩信息，如同把书平均地放满你的书柜，它是一条直线，没有任何取巧，是真实世界颜色的写照。
这样一来，无论是暗部还是亮部，都会占用大量的储存单元。由于信息量较大，线性空间下的图片我们普遍使用 32 bit ，这样能够最大限度的保留所有亮度下的颜色信息。（上一章节我展示了32Bit HDR 图就是用线性的方式去储存的）
线性颜色空间的储存方式是一条直线：
● 显示器亮度曲线
了解了这两种最常见的颜色空间以后，我们来看看硬件设备。比较有趣的是，我们平常使用的显示器的亮度信息是随着电压的增加而慢慢升高的，当它达到一定的电压值，就会突然上升。这条曲线正好和人类感知灯光的曲线相反。
我们在相机中拍摄的图片在经过编码之前是线性的，可以想象一下，如果一张线性的图片不经过任何处理，图片会因为电压的原因在显示器上发暗，亮部的细节会凸显出来。
线性颜色空间下的图片原始储存的样子：
我们把线性空间下的图片转换成 sRGB颜色空间（拍照储存成JPG时相机会自动完成sRGB的编码），计算机为我们节省了很多颜色的储存单元。
linear 转 sRGB 图片在计算机里储存的样子：
但是一张 sRGB 的图片会因为电压的原因在显示器上发暗，在显示设备上又变回和编码前的线性图片一样的亮度。
sRGB图片由于电压原因在显示器上应该显示的效果：
为了避免这种发暗的情况，我们大部分的显示器都自动进行了 gamma 矫正，也就是我们的显示器默认增加了一个 gamma 滤镜，值是2.2，和 sRGB 曲线相同，和它的电压属性相反，相互抵消，所以显示器能看到正常颜色的图片。
经过显示器默认的 gamma 2.2 矫正后的 sRGB图片显示效果：
图片从储存编码到被显示器显示的整个过程：
原来计算机和显示器都是在欺骗我们的眼睛，中间做了这么多复杂的过程。
后期制作为什么要使用线性流程？
sRGB 颜色空间很好地利用了人眼的感知属性，是一种性价比较高的解决方案，所以我们的电脑中使用最广泛的还是 8bit sRGB颜色空间的图片。而如果使用 32bit 线性空间 exr 格式储存的话，也许一张图片就会占用 50mb，非常耗费空间。那么为什么还要有线性空间的存在呢？原因是：
32 bit 的色彩深度 配合 linear 线性空间可以最完美地保留图片所有的细节，是后期制作中最理想的搭配。32 bit 很好理解，我们拥有了数不尽的储存颜色的单元；使用 linear 线性空间的好处则有以下三点：
a. 第一个好处是可以让储存单元平均地储存颜色信息，保留亮部和暗部最多的细节。
b .第二个重要的原因：便于后期处理中的数学计算。
带有颜色空间曲线的图像，百分之五十灰度的地方颜色并不是对应0-255的一半：128
线性的图像，百分之五十的灰度就是128：
带有曲线的图像在进行数学计算的时候，会出问题，因为并不是线性的1，在乘除计算时，曲线会互相叠加，比如两个低于1的值会越乘越小，越除越大，如果是线性，等于1的话不管如何乘除都不会有任何变化。（略微难理解，对于大多数人大概知道意思就可以了）
c. 第三个原因：模拟不同显示设备的显示效果。
大家不难发现，电影屏幕默认会比我们的电脑显示器和电视机更暗一些，这是硬件上的差别，显示器的 Gamma 值是 2.2，电影屏幕的 Gamma 值并不能达到 2.2，所以为了在后期制作中可以随时查看在电影荧幕下看到的效果，我们会在合成软件里给 linear 线性空间的图像套上 rec709 的 Gamma 矫正来看效果，如果制作广告片在电视上播放，可以直接在线性图像上套用 sRGB 的颜色空间。还有很多其他监视器使用的颜色空间，都可以通过这种方式来模拟不同监视器上的显示效果。
rec709 颜色空间的曲线更接近电影屏幕显示效果：
这种套用颜色空间的方式叫 LUT (look-up table 查找表)，简单点理解它就是一个 rgb 通道的曲线，我们可以制作任意的 LUT 曲线来套用，实现不同的颜色显示效果。在电影 DI 调色之前，调色公司都会给后期制作公司每一场镜头一些基本的 LUT，让后期制作人员看到调色后的效果。
这篇文章适合对后期制作有一定了解的同学，略微复杂，但都是我个人的一些理解，如有偏差，请多多与我交流。
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