孙 强 贾洪涛

（作者单位：太原广播电视台）

超高清数字摄影中色域空间选择与后期调色

孙 强 贾洪涛

（作者单位：太原广播电视台）

本文介绍了超高清数字摄影中log、伽马、RAW的格式记录、色域空间的基本概念、标准和参数设置，及达芬奇软件后期调色的色彩匹配功能。

超高清；UHD；4K；log；色域空间；调色

近年来，随着数字电影技术的突破和数字电影与超高清电视技术的融合发展，超高清数字摄影技术异军突起。超高清数字摄影一方面继承了传统电影的高画质和独特的镜头语言形式，另一方面采用与电视相似的电子记录、编辑形式又具有灵活方便低成本的特点。其既是电影、电视的融合更是创新和技术升级，学习掌握其中的新技术，理论联系实际才能拍出好作品。

1　超高清数字摄影的技术进步

1.1超高清标准介绍

超高清（UHD）也称为4K超高清，因其分辨率为全高清（FHD）的四倍而得名。4K有两个分辨率，电视（TV）4K为3840×2160；电影（Full Aperture）4K为4096×2160。分辨率影响画面的清晰度和细节；色深度（量化bit）数值决定了画面中每个像素的明度和色彩的精细程度，有多种模式可供选择。

1.2色深度及bit量化模式选择

摄影机中的模/数转换电路将光电器件（CCD或CMOS）输出的三基色（RGB）模拟电信号转换为数字信号，通常为线性量化。在专业高清（FHD）摄像机通常采用12bit量化10bit输出，中间相差的两个bit用作伽马（Gamma）矫正和动态扩展；在超高清（UHD）摄影机通常可以选择线性12bit、14bit、16bit或者log12bit量化。更高的bit数会带来画质的显著提升，同时当记录格式为源码（RAW）格式所带来的数据量也是非常可观的。拍摄使用的量化bit数应比成品的bit数至少高两个bit，否则校色后在浅色过度区域会有明显的色阶。

2　非线性量化带来的性能提升

非线性量化是模拟人眼或胶片对亮度变化的响应进行非均匀的数字量化，与线性量化相比同等画质用的比特位（bit）少，节约资源。

图1　Gamma矫正曲线与线性量化对比

图2　Log曲线与Gamma（Rec.709）对比

人眼对亮度变化的响应是一个幂指数，这一特性被称为韦伯定律。在不进行矫正的情况下，当信号幅值为0.5时，显示器上输出的光亮度只有0.2。在进行矫正的情况下，当Gamma矫正值大于1时，图像的高光部分被压缩而暗调部分被扩展；当Gamma矫正的值小于1时，图像的高光部分被扩展而暗调部分被压缩。Gamma矫正一般用于平滑的扩展暗部的细节。由于历史原因，或许由于生产电视机的技术难度或成本因素，导致电视机并未使用这一技术，而电视摄像机一直采用此曲线，并被命名为伽马（Gamma）曲线，直到高清电视色域的国际标准ITU-R BT.709仍在使用。多数CRT显示器的伽马值为2.5，而LCD显示器的曲线就更加复杂，为了与CRT显示系统衔接，LCD显示器的输出曲线经过软件或硬件校准可以让显示的输出具有一定的伽马曲线，如Windows常用的伽马值为2.2，sRGB和AdobeRGB颜色也是以2.2的伽马值为基础的。（如图2、图3所示）

图3　Rec.2020与Rec.709色域（CIE 1931色度图）

摄影胶片对明暗变化的响应也是非线性的，可以用对数函数（log）来表示。数字摄影机的Log模式模拟胶片的这种特性，从暗部到亮部有较宽的动态范围，可以记录更多的层次细节，通过后期色彩校正动态范围压缩在电视屏幕上呈现电影效果，这就是数字摄影选择Log模式的原因。

阿莱叫LogC，佳能的叫Cannon Log，Sony的叫S-Log松下的叫V-log，有很大的空间，可以补救拍摄时留下的诸多不足。如今高清晰度的影像时代，无论是什么类型的动态影像都要经过后期调色，直接原因主要是摄影过程中产生的白平衡不准确等问题。数码调色如女性化妆，保持原样也很好看，但化妆后会变得更漂亮，数码调色基本上就是这个意思。而Log由于采用的是对数特征，因此能够将更丰富的动态数据用更低的比特数进行保存。大家可能会比较担心，成对数特性的文件会将明暗部分的数据量进行平均分配，而数码调色则会弥补这些不足，使画面更加均衡完美。

RAW格式记录的是感光器件的原始数据信息，和视频不同的是RAW格式数据R、G、B分别独立记录，方便后期校色。拍摄RAW格式的优势在于在拍摄时不会有任何视频处理，如白平衡调整等；缺点是数据量大，拍摄前要规划存储空间。

3　色彩空间与后期调色

3.1不同色彩空间标准的差异和当前技术水平

色彩空间（色域）（如图3所示），定义了图像中色彩的范围。超高清电视对应的色域为：Rec.2020，是显示设备中最大的色彩空间，覆盖了CIE 1931的75.8%，白点色温D65（6500K）。高清电视色域的国际标准ITU-R BT.709（又称Rec.709或sRGB）仅覆盖了Rec.2020的35.9%。所以，超高清电视（UHDTV）能显示比现行高清电视（HDTV）更为丰富的色彩。现实情况是，除了一些顶级的彩色技术监视器样机外，市面上并没有显示设备可以完全覆盖Rec.2020色域。普通家用液晶电视的覆盖仅能达到Rec.709的73%，也就是说市面上的4K电视仅具备4K分辨率，色域空间与超高清标准相距甚远，均达不到超高清标准。基于这一现状，调色时不切实际追求高色域、高动态往往适得其反。

3.2达芬奇调色软件的特点

达芬奇调色（DaVinci Resolve）具有强大的色彩校正能力。色彩平衡的图像是优秀调色作品的前提。达芬奇调色分为一级调色和二级调色两个环节，一级调色通过设置Lift、Gamma和Gain控制，并结合YRGB和ACES 1.0高精度色彩空间技术来营造整体美画面风格。一级调色工具包括亮部Log控制、中间调、暗部和Offset补偿控制。二级调色功能则专门针对某一特定颜色或画面中的特定区域进行局部处理。

3.3达芬奇调色软件素材颜色匹配功能应用

达芬奇中的素材颜色匹配功能非常有用。因为，超高清数字摄影的色深高于电视，能够分辨出细微的色彩差异，不同机型或不同光源环境下拍摄的素材即使拍摄前测量并选择色温或调白也差异很大。在拍摄素材时先拍一下色卡，当素材导入后使用达芬奇的色彩匹配功能就可以对这些存在差异的素材进行初步调整，所达到的效果非常好，即使色温或调白不准确也可以进行补救。

孙强（1972-），男，山东淄博人，硕士，工程师。研究方向：电视工程。

贾洪涛（1965-），男，山西人，本科，高级工程师。研究方向：电视工程。