超高清數(shù)字?jǐn)z影中色域空間選擇與后期調(diào)色

孫 強(qiáng) 賈洪濤

（作者單位：太原廣播電視臺）

超高清數(shù)字?jǐn)z影中色域空間選擇與后期調(diào)色

孫 強(qiáng) 賈洪濤

（作者單位：太原廣播電視臺）

本文介紹了超高清數(shù)字?jǐn)z影中l(wèi)og、伽馬、RAW的格式記錄、色域空間的基本概念、標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)設(shè)置，及達(dá)芬奇軟件后期調(diào)色的色彩匹配功能。

超高清；UHD；4K；log；色域空間；調(diào)色

近年來，隨著數(shù)字電影技術(shù)的突破和數(shù)字電影與超高清電視技術(shù)的融合發(fā)展，超高清數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)異軍突起。超高清數(shù)字?jǐn)z影一方面繼承了傳統(tǒng)電影的高畫質(zhì)和獨特的鏡頭語言形式，另一方面采用與電視相似的電子記錄、編輯形式又具有靈活方便低成本的特點。其既是電影、電視的融合更是創(chuàng)新和技術(shù)升級，學(xué)習(xí)掌握其中的新技術(shù)，理論聯(lián)系實際才能拍出好作品。

1　超高清數(shù)字?jǐn)z影的技術(shù)進(jìn)步

1.1超高清標(biāo)準(zhǔn)介紹

超高清（UHD）也稱為4K超高清，因其分辨率為全高清（FHD）的四倍而得名。4K有兩個分辨率，電視（TV）4K為3840×2160；電影（Full Aperture）4K為4096×2160。分辨率影響畫面的清晰度和細(xì)節(jié)；色深度（量化bit）數(shù)值決定了畫面中每個像素的明度和色彩的精細(xì)程度，有多種模式可供選擇。

1.2色深度及bit量化模式選擇

攝影機(jī)中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路將光電器件（CCD或CMOS）輸出的三基色（RGB）模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通常為線性量化。在專業(yè)高清（FHD）攝像機(jī)通常采用12bit量化10bit輸出，中間相差的兩個bit用作伽馬（Gamma）矯正和動態(tài)擴(kuò)展；在超高清（UHD）攝影機(jī)通?？梢赃x擇線性12bit、14bit、16bit或者log12bit量化。更高的bit數(shù)會帶來畫質(zhì)的顯著提升，同時當(dāng)記錄格式為源碼（RAW）格式所帶來的數(shù)據(jù)量也是非?？捎^的。拍攝使用的量化bit數(shù)應(yīng)比成品的bit數(shù)至少高兩個bit，否則校色后在淺色過度區(qū)域會有明顯的色階。

2　非線性量化帶來的性能提升

非線性量化是模擬人眼或膠片對亮度變化的響應(yīng)進(jìn)行非均勻的數(shù)字量化，與線性量化相比同等畫質(zhì)用的比特位（bit）少，節(jié)約資源。

圖1　Gamma矯正曲線與線性量化對比

圖2　Log曲線與Gamma（Rec.709）對比

人眼對亮度變化的響應(yīng)是一個冪指數(shù)，這一特性被稱為韋伯定律。在不進(jìn)行矯正的情況下，當(dāng)信號幅值為0.5時，顯示器上輸出的光亮度只有0.2。在進(jìn)行矯正的情況下，當(dāng)Gamma矯正值大于1時，圖像的高光部分被壓縮而暗調(diào)部分被擴(kuò)展；當(dāng)Gamma矯正的值小于1時，圖像的高光部分被擴(kuò)展而暗調(diào)部分被壓縮。Gamma矯正一般用于平滑的擴(kuò)展暗部的細(xì)節(jié)。由于歷史原因，或許由于生產(chǎn)電視機(jī)的技術(shù)難度或成本因素，導(dǎo)致電視機(jī)并未使用這一技術(shù)，而電視攝像機(jī)一直采用此曲線，并被命名為伽馬（Gamma）曲線，直到高清電視色域的國際標(biāo)準(zhǔn)ITU-R BT.709仍在使用。多數(shù)CRT顯示器的伽馬值為2.5，而LCD顯示器的曲線就更加復(fù)雜，為了與CRT顯示系統(tǒng)銜接，LCD顯示器的輸出曲線經(jīng)過軟件或硬件校準(zhǔn)可以讓顯示的輸出具有一定的伽馬曲線，如Windows常用的伽馬值為2.2，sRGB和AdobeRGB顏色也是以2.2的伽馬值為基礎(chǔ)的。（如圖2、圖3所示）

圖3　Rec.2020與Rec.709色域（CIE 1931色度圖）

攝影膠片對明暗變化的響應(yīng)也是非線性的，可以用對數(shù)函數(shù)（log）來表示。數(shù)字?jǐn)z影機(jī)的Log模式模擬膠片的這種特性，從暗部到亮部有較寬的動態(tài)范圍，可以記錄更多的層次細(xì)節(jié)，通過后期色彩校正動態(tài)范圍壓縮在電視屏幕上呈現(xiàn)電影效果，這就是數(shù)字?jǐn)z影選擇Log模式的原因。

阿萊叫LogC，佳能的叫Cannon Log，Sony的叫S-Log松下的叫V-log，有很大的空間，可以補(bǔ)救拍攝時留下的諸多不足。如今高清晰度的影像時代，無論是什么類型的動態(tài)影像都要經(jīng)過后期調(diào)色，直接原因主要是攝影過程中產(chǎn)生的白平衡不準(zhǔn)確等問題。數(shù)碼調(diào)色如女性化妝，保持原樣也很好看，但化妝后會變得更漂亮，數(shù)碼調(diào)色基本上就是這個意思。而Log由于采用的是對數(shù)特征，因此能夠?qū)⒏S富的動態(tài)數(shù)據(jù)用更低的比特數(shù)進(jìn)行保存。大家可能會比較擔(dān)心，成對數(shù)特性的文件會將明暗部分的數(shù)據(jù)量進(jìn)行平均分配，而數(shù)碼調(diào)色則會彌補(bǔ)這些不足，使畫面更加均衡完美。

RAW格式記錄的是感光器件的原始數(shù)據(jù)信息，和視頻不同的是RAW格式數(shù)據(jù)R、G、B分別獨立記錄，方便后期校色。拍攝RAW格式的優(yōu)勢在于在拍攝時不會有任何視頻處理，如白平衡調(diào)整等；缺點是數(shù)據(jù)量大，拍攝前要規(guī)劃存儲空間。

3　色彩空間與后期調(diào)色

3.1不同色彩空間標(biāo)準(zhǔn)的差異和當(dāng)前技術(shù)水平

色彩空間（色域）（如圖3所示），定義了圖像中色彩的范圍。超高清電視對應(yīng)的色域為：Rec.2020，是顯示設(shè)備中最大的色彩空間，覆蓋了CIE 1931的75.8%，白點色溫D65（6500K）。高清電視色域的國際標(biāo)準(zhǔn)ITU-R BT.709（又稱Rec.709或sRGB）僅覆蓋了Rec.2020的35.9%。所以，超高清電視（UHDTV）能顯示比現(xiàn)行高清電視（HDTV）更為豐富的色彩?，F(xiàn)實情況是，除了一些頂級的彩色技術(shù)監(jiān)視器樣機(jī)外，市面上并沒有顯示設(shè)備可以完全覆蓋Rec.2020色域。普通家用液晶電視的覆蓋僅能達(dá)到Rec.709的73%，也就是說市面上的4K電視僅具備4K分辨率，色域空間與超高清標(biāo)準(zhǔn)相距甚遠(yuǎn)，均達(dá)不到超高清標(biāo)準(zhǔn)?；谶@一現(xiàn)狀，調(diào)色時不切實際追求高色域、高動態(tài)往往適得其反。

3.2達(dá)芬奇調(diào)色軟件的特點

達(dá)芬奇調(diào)色（DaVinci Resolve）具有強(qiáng)大的色彩校正能力。色彩平衡的圖像是優(yōu)秀調(diào)色作品的前提。達(dá)芬奇調(diào)色分為一級調(diào)色和二級調(diào)色兩個環(huán)節(jié)，一級調(diào)色通過設(shè)置Lift、Gamma和Gain控制，并結(jié)合YRGB和ACES 1.0高精度色彩空間技術(shù)來營造整體美畫面風(fēng)格。一級調(diào)色工具包括亮部Log控制、中間調(diào)、暗部和Offset補(bǔ)償控制。二級調(diào)色功能則專門針對某一特定顏色或畫面中的特定區(qū)域進(jìn)行局部處理。

3.3達(dá)芬奇調(diào)色軟件素材顏色匹配功能應(yīng)用

達(dá)芬奇中的素材顏色匹配功能非常有用。因為，超高清數(shù)字?jǐn)z影的色深高于電視，能夠分辨出細(xì)微的色彩差異，不同機(jī)型或不同光源環(huán)境下拍攝的素材即使拍攝前測量并選擇色溫或調(diào)白也差異很大。在拍攝素材時先拍一下色卡，當(dāng)素材導(dǎo)入后使用達(dá)芬奇的色彩匹配功能就可以對這些存在差異的素材進(jìn)行初步調(diào)整，所達(dá)到的效果非常好，即使色溫或調(diào)白不準(zhǔn)確也可以進(jìn)行補(bǔ)救。

孫強(qiáng)（1972-），男，山東淄博人，碩士，工程師。研究方向：電視工程。

賈洪濤（1965-），男，山西人，本科，高級工程師。研究方向：電視工程。