超高清數字攝影中色域空間選擇與后期調色

孫 強 賈洪濤

（作者單位：太原廣播電視臺）

超高清數字攝影中色域空間選擇與后期調色

孫 強 賈洪濤

（作者單位：太原廣播電視臺）

本文介紹了超高清數字攝影中log、伽馬、RAW的格式記錄、色域空間的基本概念、標準和參數設置，及達芬奇軟件后期調色的色彩匹配功能。

超高清；UHD；4K；log；色域空間；調色

近年來，隨著數字電影技術的突破和數字電影與超高清電視技術的融合發展，超高清數字攝影技術異軍突起。超高清數字攝影一方面繼承了傳統電影的高畫質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、電視的融合更是創新和技術升級，學習掌握其中的新技術，理論聯系實際才能拍出好作品。

1　超高清數字攝影的技術進步

1.1超高清標準介紹

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節；色深度（量化bit）數值決定了畫面中每個像素的明度和色彩的精細程度，有多種模式可供選擇。

1.2色深度及bit量化模式選擇

攝影機中的模/數轉換電路將光電器件（CCD或CMOS）輸出的三基色（RGB）模擬電信號轉換為數字信號，通常為線性量化。在專業高清（FHD）攝像機通常采用12bit量化10bit輸出，中間相差的兩個bit用作伽馬（Gamma）矯正和動態擴展；在超高清（UHD）攝影機通?？梢赃x擇線性12bit、14bit、16bit或者log12bit量化。更高的bit數會帶來畫質的顯著提升，同時當記錄格式為源碼（RAW）格式所帶來的數據量也是非?？捎^的。拍攝使用的量化bit數應比成品的bit數至少高兩個bit，否則校色后在淺色過度區域會有明顯的色階。

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進行非均勻的數字量化，與線性量化相比同等畫質用的比特位（bit）少，節約資源。

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是一個冪指數，這一特性被稱為韋伯定律。在不進行矯正的情況下，當信號幅值為0.5時，顯示器上輸出的光亮度只有0.2。在進行矯正的情況下，當Gamma矯正值大于1時，圖像的高光部分被壓縮而暗調部分被擴展；當Gamma矯正的值小于1時，圖像的高光部分被擴展而暗調部分被壓縮。Gamma矯正一般用于平滑的擴展暗部的細節。由于歷史原因，或許由于生產電視機的技術難度或成本因素，導致電視機并未使用這一技術，而電視攝像機一直采用此曲線，并被命名為伽馬（Gamma）曲線，直到高清電視色域的國際標準ITU-R BT.709仍在使用。多數CRT顯示器的伽馬值為2.5，而LCD顯示器的曲線就更加復雜，為了與CRT顯示系統銜接，LCD顯示器的輸出曲線經過軟件或硬件校準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也是非線性的，可以用對數函數（log）來表示。數字攝影機的Log模式模擬膠片的這種特性，從暗部到亮部有較寬的動態范圍，可以記錄更多的層次細節，通過后期色彩校正動態范圍壓縮在電視屏幕上呈現電影效果，這就是數字攝影選擇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影像都要經過后期調色，直接原因主要是攝影過程中產生的白平衡不準確等問題。數碼調色如女性化妝，保持原樣也很好看，但化妝后會變得更漂亮，數碼調色基本上就是這個意思。而Log由于采用的是對數特征，因此能夠將更豐富的動態數據用更低的比特數進行保存。大家可能會比較擔心，成對數特性的文件會將明暗部分的數據量進行平均分配，而數碼調色則會彌補這些不足，使畫面更加均衡完美。

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

3　色彩空間與后期調色

3.1不同色彩空間標準的差異和當前技術水平

色彩空間（色域）（如圖3所示），定義了圖像中色彩的范圍。超高清電視對應的色域為：Rec.2020，是顯示設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準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）能顯示比現行高清電視（HDTV）更為豐富的色彩?，F實情況是，除了一些頂級的彩色技術監視器樣機外，市面上并沒有顯示設備可以完全覆蓋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準相距甚遠，均達不到超高清標準?；谶@一現狀，調色時不切實際追求高色域、高動態往往適得其反。

3.2達芬奇調色軟件的特點

達芬奇調色（DaVinci Resolve）具有強大的色彩校正能力。色彩平衡的圖像是優秀調色作品的前提。達芬奇調色分為一級調色和二級調色兩個環節，一級調色通過設置Lift、Gamma和Gain控制，并結合YRGB和ACES 1.0高精度色彩空間技術來營造整體美畫面風格。一級調色工具包括亮部Log控制、中間調、暗部和Offset補償控制。二級調色功能則專門針對某一特定顏色或畫面中的特定區域進行局部處理。

3.3達芬奇調色軟件素材顏色匹配功能應用

達芬奇中的素材顏色匹配功能非常有用。因為，超高清數字攝影的色深高于電視，能夠分辨出細微的色彩差異，不同機型或不同光源環境下拍攝的素材即使拍攝前測量并選擇色溫或調白也差異很大。在拍攝素材時先拍一下色卡，當素材導入后使用達芬奇的色彩匹配功能就可以對這些存在差異的素材進行初步調整，所達到的效果非常好，即使色溫或調白不準確也可以進行補救。

孫強（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。