相信不少人經(jīng)常會(huì)覺得數(shù)碼相同所拍下的影像顏色不夠鮮明，或是影像在打印輸出后，與顯示器上顯示的畫面有很大的差異。那么這一次，我們就來深入探討造成這些問題的根本原因--人類眼睛的特性，以及每一種相關(guān)影像產(chǎn)品本質(zhì)上的差異，并針對(duì)“色再現(xiàn)”技術(shù)來進(jìn)行說明。
高分辨率數(shù)碼相機(jī)所拍攝的影像，通過彩色打印機(jī)來打印，相信大多都會(huì)遇到這樣的情況--拍攝的云彩、森林偏色且略顯泛白。但這些可以通過適當(dāng)變更設(shè)定，打印效果也許在某種程度上會(huì)有一些改進(jìn)，這也就是說，如果能將數(shù)碼相機(jī)與打印機(jī)間的顏色標(biāo)準(zhǔn)適度地加以校正，是可以達(dá)到畫面重現(xiàn)要求的。不論是使用多數(shù)打印機(jī)產(chǎn)品內(nèi)置的影像修正功能，還是數(shù)碼相機(jī)所提供的影像修正軟件，都能通過簡(jiǎn)單的操作方式來完成。
采用這樣的修正方式，基本上還是根據(jù)使用者眼睛的真實(shí)、自然的感覺。也就是說，如果能將數(shù)碼相機(jī)、打印機(jī)與顯示器之間的“顏色特質(zhì)”加以統(tǒng)一，便可以達(dá)到所需的要求。而在說明如何調(diào)整之前，首先，我們必須先去了解顏色或明亮度等名詞的意義是什么，以及眼睛到底是如何去感受“顏色”的。
人類的眼睛辨識(shí)光與顏色的機(jī)構(gòu)
對(duì)于靈魂之窗的眼睛來說，其實(shí)是將紫色到紅色之間的光線(約 380nm至770nm的波長(zhǎng))，分成“明度(value)”、“色相(hue)”與“彩度(chroma)”三個(gè)特質(zhì)來感應(yīng)。構(gòu)造上，主要是利用位于眼睛內(nèi)視網(wǎng)膜上呈馬賽克狀排列的“s錐體”、“m錐體”與“l錐體”三種視覺細(xì)胞來感應(yīng)外部光的亮度與色彩。因?yàn)樗惺艿墓獠ㄩL(zhǎng)(三原色)的不同，所以人眼才能清楚地辨識(shí)出各種顏色的不同。只不過由于數(shù)目上的不同，從比例上來講，每存在著一組s錐體，同時(shí)便擁有16組m錐體，32組l錐體，因此眼睛對(duì)于每種光波長(zhǎng)的感受能力并不平均。就是說，如果希望能將幾種特定顏色以相同亮度顯現(xiàn)，考慮到眼睛的實(shí)際感受能力，就要修正三原色中個(gè)別色彩的強(qiáng)度。
此外，在眼睛的構(gòu)造中，具有在光線不足情形下提供感應(yīng)功能的桿體視覺細(xì)胞，在數(shù)目上約有1億3千萬組，比總數(shù)達(dá)7百萬組的s、m、l錐體多出很多。由于桿體細(xì)胞數(shù)目比較多，所以即使在外部光線不足的情況下，一般來說人的眼睛還是能捕捉到比較充足的光線信息。但由于桿體細(xì)胞就只有—種的緣故，且只具有接受黑白兩色明暗信息的特性，因此在黑暗中凝視物體時(shí)，物體多會(huì)以黑白兩色來呈現(xiàn)。此外，眼睛對(duì)于亮度的感應(yīng)較色彩更為靈敏，道理也是一樣的。
通過錐體與桿體所感測(cè)的亮度信息，如果能在視網(wǎng)膜內(nèi)神經(jīng)兩兩鄰接的細(xì)胞間，對(duì)亮度加以強(qiáng)調(diào)處理，眼睛的感應(yīng)能力便更為敏銳。而且由于錐體的信號(hào)輸出是利用視網(wǎng)膜內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞，作為亮度與“紅-綠”、“黃-藍(lán)”之差，分信號(hào)來加以處理，因此，一般所進(jìn)行的顏色處理上需置換為互補(bǔ)色，可將其稱為互補(bǔ)色效應(yīng)。
由于錐體對(duì)r(紅)、g(綠)與b(藍(lán))各原色的亮度感測(cè)能力 (分光感度)不同，如果將r設(shè)定為基準(zhǔn)1，則與其它兩種顏色間形成了r:g:b=1:4.5907:0.0601 (稱為眼睛的亮度計(jì)數(shù)比例)。如果將此數(shù)值以定量化比例調(diào)整，便可以不受任何外在因素影響，形成以假設(shè)三原色(x、y、z)表示的cie (國(guó)際照明學(xué)會(huì))表色系，這是一種可正式作為評(píng)量標(biāo)準(zhǔn)的色彩表現(xiàn)形式。在cie表色系中，能以3d坐標(biāo)來顯示任何一種顏色，因此，如果將三原色信號(hào)(x、y、z)分別除以(x2+y2+z2)的開平方，便形成了(x，y，z)坐標(biāo)，一般稱為色度坐標(biāo)。如果利用最鮮明的顏色進(jìn)行繪圖，就是利用不同的單色光波長(zhǎng)值來進(jìn)行x，y坐標(biāo)繪圖，將人眼所看到的顏色范圍加以描繪，就會(huì)形成一種馬蹄形圖案(如“色度圖(由jis與cie色度圖所構(gòu)成)”中所示)，即xy色度圖的馬蹄形圖形。這種圖形從四周往正中央，顏色趨向混和，中央逐漸變成白色。其實(shí)，在常見的crt顯示器、液晶顯示器或打印機(jī)等多數(shù)與影像有關(guān)的產(chǎn)品中，對(duì)于顏色的定義與規(guī)范大多是采用這種圖表。也就是說，要先規(guī)范好人眼可視的顏色范圍，再?zèng)Q定產(chǎn)品所能呈現(xiàn)或支持的色彩空間。
通過構(gòu)成光與顏色的三原色確定色彩空間的孟塞爾表色系
在談?wù)撊?，需要先了解物體本身屬于發(fā)光源，產(chǎn)生的三原色為(rgb：紅、綠與藍(lán))，以及顏料等物體屬于反射光源，形成的三原色為(ymc：黃色、靛青色與洋紅色)，更要了解這兩種系統(tǒng)之間的不同。rgb是采用三種色彩混和后，使色彩愈加明亮，就是加色法所形成的原色混合法則。而ymc則是隨著色彩混和后顏色變得更暗，屬于減色法所形成的原色混合法則。
一般而言，人眼所感受到的風(fēng)景或物體，大半是通過反射光源形成的。但是，如果是利用數(shù)碼相機(jī)拍攝風(fēng)景或物體，則是利用ccd將物體的顏色變換為rgb，也就是轉(zhuǎn)換為顯示器能支持的三原色，而打印機(jī)則是將影像再轉(zhuǎn)換成物體顏色打印輸出。由此可以看出，電腦對(duì)影像的處理是在物體色與光源色間加以轉(zhuǎn)換。也就是說光源色的rgb系統(tǒng)與物體色的ymc系統(tǒng)間，能夠依照簡(jiǎn)單的函數(shù)演算來變換。在一般常見的印刷輸出或影像處理中，還會(huì)在ymc系統(tǒng)內(nèi)增加黑色，以提高混色后的色彩重現(xiàn)效果。
然而，假設(shè)由x、y與z坐標(biāo)所形成cie表色系內(nèi)的色空間，雖然與現(xiàn)有相關(guān)產(chǎn)品間無關(guān)連性，但是在實(shí)際應(yīng)用上，眼睛辨識(shí)顏色時(shí)需要的是“明度”、“彩度”與“色相”三種要素(如“明度、彩度、色相的色空間圖”中所示)。明度就是明亮的程度，色相代表配置于色相環(huán)上的色調(diào)。彩度則代表從無色的中心軸開始，越往邊緣顏色越鮮明。
畫家a．h．munsell發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，將明度(value)、彩度(chroma)、色相(hue)配合人眼的感覺，將其制成色票(索引)，這就是著名的孟塞爾表色系。此后由美國(guó)照明協(xié)會(huì)，制訂了修訂版孟塞爾表色系，并計(jì)算出與x、y、z表色系坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)的值。不過從物體的物理性顏色材料(色材)上來講，還是有一定的顯示限制，會(huì)形成如同“孟塞爾(munsell)色立體圖”的扭曲狀的立體錐形，一般稱為“色立體”。
由于孟塞爾表色系(munsell color system)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算出的體系坐標(biāo)，并非根據(jù)物理實(shí)質(zhì)所形成。因此，如果要將顏色量化，就必須通過實(shí)際演算來得到。根據(jù)孟塞爾值所形成的色空間，可延伸定義出“lab色空間”。這是利用l(白色至黑色的軸)，以及顯示彩度與色相的ab兩軸來表示，其中 a代表了紅色至青色的軸，b則表示黃色至青色的軸。
由于在“lab色空間”中，能分別利用兩種不同顏色軸來計(jì)算，因此目前也已經(jīng)被windows、macintosh等系統(tǒng)的色彩管理采用。自windows 98推出之后，更是將顯示器所使用的色彩管理定義文件列為標(biāo)準(zhǔn)配備，并提供了打印機(jī)或掃描儀所需的定義文件，就是“icc定義文件”。icc定義文件是由icc (international color consotium)制訂的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)形式，只要產(chǎn)品內(nèi)提供了此定義文件，彼此間便能進(jìn)行色彩的正確轉(zhuǎn)換與結(jié)合。在不同外圍設(shè)備間，有關(guān)色彩定義都是通過“lab色空間”來處理，常見大多數(shù)產(chǎn)品在色空間上的轉(zhuǎn)換便是一例，而不同產(chǎn)品間“lab色空間”的轉(zhuǎn)換函數(shù)，其實(shí)也就是icc定義文件的真實(shí)面目。只要使用icc定義值，就能輕易地規(guī)范影像輸出人的表現(xiàn)，就目前來講，提供icc定義文件的產(chǎn)品數(shù)量雖然還不是很多，但相信未來icc定義文件的提供，將會(huì)成為使用者選購(gòu)產(chǎn)品的重要依據(jù)。
通過分析能量分布狀態(tài)將光源色感定量表示為色溫如同前面文章所述，通常眼睛是以物體反射光來進(jìn)行顏色識(shí)別，由于光源色的不同，觀察所得的物體顏色也會(huì)有所改變。而這里所說的色澤在物理上其實(shí)有明白的定義，通常是用色溫一詞來表示。
簡(jiǎn)單地說，根據(jù)普朗克輻射定律(plankian radiator)的定義，假設(shè)一個(gè)能完全吸收入射光的物體，將此全黑物體的溫度以k(kelvin)表示，即為色溫的定義，這與物體的材料無關(guān)。當(dāng)改變此物體的溫度時(shí)，其所釋放的光能分布也會(huì)隨之改變，因此就能夠?qū)⒐庠吹纳珴梢粤炕绞郊右远x了。例如在cie表色系中，便定義了多組標(biāo)準(zhǔn)光源值，其中最常使用的標(biāo)準(zhǔn)太陽光為6504k。
當(dāng)使用者進(jìn)行影像處理時(shí)，由于個(gè)人計(jì)算機(jī)所使用的顯示器色溫，所提供的色澤可變動(dòng)的緣故，所以在使用時(shí)要加以注意。一般來說，為了適應(yīng)喜好冷色系與較高清晰度的使用者，包括電視機(jī)等在內(nèi)，市面上多是以 9300k為標(biāo)準(zhǔn)的顯示器產(chǎn)品。也就是說，此基準(zhǔn)明顯地比cie表色系中的標(biāo)準(zhǔn)太陽光數(shù)值高，因此對(duì)于中上等的顯示器產(chǎn)品來說，多會(huì)額外提供將色溫調(diào)整至6500k的設(shè)定選項(xiàng)，這樣才能以接近自然色調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)太陽光來顯示。這對(duì)于要求忠實(shí)呈現(xiàn)原物的照片或影像相關(guān)工作者而言，可以說這是不容或缺的重要設(shè)定模式。
如果使用者習(xí)慣9000k以上顯示的畫面，對(duì)于6500k左右的顯示模式會(huì)感覺整體畫面偏紅。所以忠實(shí)呈現(xiàn)畫面會(huì)因?yàn)槭褂谜邆€(gè)人偏好而無法滿足每個(gè)人的需要，尤其是在不同環(huán)境下，所偏好的顏色呈現(xiàn)方式也可能有所差異。這樣便產(chǎn)生出“演色”的概念，就是“傾向于喜好顏色”的思考方向。
將喜好顏色重現(xiàn)演色與相關(guān)的修正方法
r．w．g． 漢特(hunt)在1970年，將色彩重現(xiàn)的目標(biāo)區(qū)分為:“分旋光性色再現(xiàn)”、“測(cè)旋光性色再現(xiàn)”、“正確性色再現(xiàn)”、“相等性色再現(xiàn)”、“對(duì)應(yīng)性色再現(xiàn)”與“喜好性色再現(xiàn)”等六種分類。“分旋光性色再現(xiàn)”中，即使外部照明(色澤)有所改變，物體的色再現(xiàn)其實(shí)并不會(huì)有所變動(dòng)，所以實(shí)際，要達(dá)成此目標(biāo)現(xiàn)今仍不可能。而“測(cè)旋光性色再現(xiàn)”與“正確性色再現(xiàn)”則是屬于量測(cè)儀器的色再現(xiàn)范疇內(nèi)，對(duì)人眼的感應(yīng)而言沒有多大實(shí)質(zhì)意義。“相等性色再現(xiàn)”就如同從一片漆黑的觀眾席觀看明亮的舞臺(tái)，會(huì)出現(xiàn)色調(diào)偏白的現(xiàn)象，通過此特性去強(qiáng)調(diào)原有的彩度與對(duì)比，以展現(xiàn)原有效果。
至于“對(duì)應(yīng)性色再現(xiàn)”則是使與原有亮度、光源不同的場(chǎng)所，或是在外部條件不同的情況下觀看畫面，將其恢復(fù)為原有色調(diào)的手法，最具代表性的范例莫過于電視機(jī)。“喜好性色再現(xiàn)”則是針對(duì)喜好顯高色溫畫面的使用者或是文藝愛情片中采用暖色系的照明環(huán)境等，以此為目的來配合或支持顏色處理的手法。在實(shí)際運(yùn)用中，其實(shí)反而常見于沖洗照片時(shí)，通過調(diào)整，以增減膚色的方式，以達(dá)到更為健康的效果，這可以算是通過“喜好性色再現(xiàn)”產(chǎn)生效果吧。還有，在拍攝照片時(shí)，經(jīng)常使用增加演色性的濾色片或顏色鮮明的偏光鏡等相關(guān)的手法。
理論上，顏色的重現(xiàn)性是通過具有直線性的rgb或ymck色系來取得。然而，由于目的的不同，數(shù)碼相機(jī)的ccd、顯示器、彩色打印機(jī)與掃描儀彼此間的顏色重現(xiàn)性是無法以直線方式來加以表示的。因此如果要針對(duì)產(chǎn)品的目標(biāo)特性來調(diào)整，需要先了解產(chǎn)品本身的色空間特征，將其轉(zhuǎn)換成虛擬的x y z色表系，換算為 lab色空間后，再求得所需相關(guān)函數(shù)的色差值，才能真正調(diào)整影像輸出入中所產(chǎn)生的色差現(xiàn)象。
常見的技巧之一就是利用y修正來完成。例如，將數(shù)碼相機(jī)所拍畫面，直接從顯示器上觀看，經(jīng)常會(huì)發(fā)生暗部層次不正常的現(xiàn)象。此時(shí)，只要對(duì)影像文件進(jìn)行y修正，就能在黑暗畫面中清楚地辨識(shí)出細(xì)微部分。所謂的y修正，其實(shí)是針對(duì)裝置的非直線特性(y特性)，以逆特性來加以修正而命名的。例如，如果要將影像通過打印機(jī)輸出，便必須對(duì)所有裝置都以y修正，如此才能使打印機(jī)上狹窄的色再現(xiàn)特性在相關(guān)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)能以最好的效果呈現(xiàn)出來。
　 后語
　事實(shí)上，在以icc定義文件的色彩管理模式為主的使用環(huán)境中仍無法達(dá)到極佳的畫質(zhì)與色再現(xiàn)性，尤其明顯的是色再現(xiàn)性上的表現(xiàn)十分不足。相比之下，現(xiàn)今常見的數(shù)碼相機(jī)搭配打印機(jī)的畫面輸出方式與采用銀鹽相片的攝影方式有很大差距，主要由于相紙顏料的優(yōu)勢(shì)，所以數(shù)字?jǐn)z影目前仍無法重現(xiàn)100％的彩色原始畫面，也是因?yàn)樵谀M世界中有所謂的高柔軟性造成的。如果要重現(xiàn)原始畫面，最少要采用rgb三原色各擁有10位數(shù)據(jù)量的32位彩色系統(tǒng)。不過，位數(shù)增減并不能完全反應(yīng)出模擬顯示的優(yōu)點(diǎn)，必須在采用完整的全位之前，加入非直線性的曲線壓縮等等技巧才行。當(dāng)然，對(duì)于32位彩色系統(tǒng)，在此我們不再深談，但看來還要關(guān)注今后更新的發(fā)展趨勢(shì)。


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