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nuke教程之色彩空间原理精讲(一)

发布时间:2019-09-16 15:07:51

世间万物都有其各自的颜色,当然这些颜色都是在光线的作用下显示出来的。发光的显示器、书本杂志、衣服、灯光等都有着不同的颜色。那我们有没有想过一个问题:究竟有多少种颜色可供我们使用,有没有一个明确的范围?同时我们也会发现,这些颜色带给我们的感受是不相同的,同样是白色,显示器显示出的白色与书本、衣服及墙壁上的白色又是不同的,这是为什么呢?

色彩空间便因此孕育而生。ColorSpace [色彩空间]就是使用数学的方式来描述所有可见的颜色。任何一种可见的颜色都可以在ColorSpace [色彩空间]中被描述为一个点。

1.ColorSpace[色彩空间]

那么这个色彩空间究竟是什么样的呢? CIE 1931 Chromaticity Diagram [CIE 1931色度图表]如图所示。

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其实有多种方法可以表述色彩空间,但最常用的便是这个CIE 1931 色度图表。这个色彩空间的形状好像是一一个马蹄钉,把所有可见颜色分布在这个平面直角坐标系上,可以更加方便我们进行研究操作,水平的X轴代表颜色(Color) ,垂直的Y轴代表亮度(Brightness) 或明度(Luminance) 

通过这幅图像我们可以得到一条信息一绿色是RGB三 色中最亮的颜色,而蓝色是最暗的颜色。

相关知识点

1.ColorSpace [色彩空间]使用种抽象的数学模型方式来描述颜色,就好像是数字元组一样,通常使用3或4个值来描述色彩空间。

2.Bit Depth [比特位深]可用于控制图像的质量,位深越高,图像的质量越好,画面也越细腻,同时其所占用的硬盘空间也越大。

3.各种Image Format [图像格式]对应着不同的应用方式。

4.Gamma :使用曲线的方式来改变图像的亮度。

5.LUT [颜色查找表] :分为1维和3维两种,可对图像上每个像素的颜色对应编辑(矩阵运算)操作。Gamma和LUT [颜色查找表]都可对图像的颜色和亮度进行种预定的处理操作。

知识点延伸:这是不是说抠像时如果背景是绿屏要比蓝屏好抠一些呢 ?

其实从色彩理论上来说,可以这么认为。高亮的绿色(被灯光打匀打亮的绿屏)只有单一的G (绿)通道数据,而蓝屏如果被灯光打亮后,会加入很多绿色。因为绿色为最亮的颜色,所以灯光照亮一个物体实际上会提高这个物体的G(绿)通道数值。这也就会使蓝屏除了含有原本的B (蓝)通道外还增加了很多绿通道数值。但如果从实际现场拍摄环境来说,往往受到很多现实环境的制约,如灯光打的不匀,绿屏颜色不够纯,材料显色不均匀等,绿屏背景环境效果如图所示。

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Tips :这里我们来简单说明一下输入输出,当几个不同格式的素材导入到Nuke中,如果不能正确地把这些素材统一到一个色彩空间 ,那么合成出来的结果肯定是错误的。文件能否以正确的方式输入和输出,对于后期制作人员来说就好像厨师能否掌握住火候儿是一样的。

1.1三角形色域表示法(Primary Colors-Triangle)

在现实生活中随处可以看到各种各样的颜色。那么是不是CIE 1931色度图表上的所有颜色都可以显示出来呢?答案当然是否定的。因为各种物体的化学构成有所不同,所以其可以显示的颜色也各有不同。就好像绿色的灯光发出的绿色和件绿色的T恤的绿色就是不同的,所以这就需要制定一个标准,用于限定某类物品可以显示的色彩范围。

制定一个标准,划出一部分区域, 设定一个专有名称,这就是三角形色域表示法(Primary Colors -Triangle)。

在CIE色度图表上,根据不同的用途使用线圈出一个颜色区域,便建立了一个边界(或者说是范围),用于直观地表述某个颜色区域,并为其起个专有名称,例如“SD Gamut (标清色域)”,如图所示。

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我们知道红、绿、蓝(R, G, B)为基础的三原色,世间任何颜色都可以通过红绿蓝3种颜色混合得到。上图所示的色域就是使用直线圈起一个三角形, 三角形上3个圆形顶点所表示的就是红绿蓝三原色。在这个色域里面,这3点就是我们所定义的红绿蓝最大值,红色为(1, 0, 0),绿色为(O, 1,0),蓝色为(0, 0, 1),而直线上的小方块,表示两个颜色相加得到的混合色,如绿色和红色混合得到黄色(1, 1, 0),绿色和蓝色混合得到青色(0, 1, 1),蓝色和红色得到紫色(1, 0, 1) 。

1.2 ColorSpace [色彩空间]

其实色彩空间就是在色彩模型和上面提到的特定色彩区域之间加入一个特定的映射函数,这样便可以找到一个“footprint”,而我们称这个“ footprint”为“gamut色域”,把它与这个色彩模型一起定义成为一个新的色彩空间。例如Adobe RGB和sRGB是两个基于RGB色彩模型的不同的色彩空间,如图所示。

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下面使用列表的形式对色彩空间进行了分类展示。

可以看到这里分了4大类型,每种类型里面又包含了很多种色彩空间,每种几乎都用于不同行业中不同的标准。

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(1) CIE

CIE为国际照明委员会(英文: International Commission on Ilumination,法文: Commission internationale de Ieclairage,简称CIE)的英文缩写。此委员会是?一个有关光、照明、颜色和色度空间科学领域的国际权威组织。

(2) RGB

RGB三原色光模式(RGB color model,又译RGB颜色模型或红绿蓝颜色模型)是一种加色模型, 是用三种原色一红色、 绿色和蓝色光以不同的比例相加,产生多种多样的色光,如图所示。

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我们目前使用的颜色系统主要是红、绿、蓝三原色(R, G, B)。在屏幕上看到任何颜色都是RGB三原色的混合色。

(3) YUV是一种颜色编码方法,YUV, YUV, YCbCr, YPbPr等 专有名词都可以称为YUV,彼此有重叠。“Y” 表示明亮度(Luminance、 Luma) ,“U” 和“V”则是色度、浓度(Chrominance.Chroma)。此种色彩空间多用于电视显示。

(4) Other 中包含了各种不同类型的色彩空间。

● White Point [白点(白场) ]

关于颜色我们已经讲了很多,但其实还落下了一个非常重要的概念,那就是白色。

这里需要提到一个非常专业的名词一WhitePoint,可以解释为白点或白场,表示色度图表中纯白色那一点。一 个重要的概念就是如何校准才能得到正确的白点(白场) ?为什么我们经常看到的白色会有不同的显示效果,究竟哪个白色才是正确的呢?

●Standard [标准]

幸好业内在White Point [白点(白场) ]这个概念上有着特殊的定义,如图所示,在CIE色度表上显示的灰色三角形,这个灰色三角形在X =0.313,Y=0.329这一点, 此点被定义为“D65”。

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Black Body Curve and Color Temperature [纯黑物体曲线和色温]

通常“D65”的色温为6500K (开尔文)。它表示如果- .个black body [纯黑物体] (可以理解为一大块铁)的绝对燃点为6500K,它所发出的光便接近D65纯白色。

这听起来好像有点复杂, 可以换-种比较简单的方式来理解色温。假设个含有热量的光源,那人们感知这个光源的颜色实际上来自于更改光源的温度。例如,上面所提 到的-块温度为6500K的铁块,只要其温度不变,那么无论在何时,人们感知的光线的颜色都是恒定的。

5000K和6500K黑体所发出的光被定义为D50和D65,多用于拍摄、出版等还原现场颜色的工作。

通过上图还可以得到,随着色温的改变,白点会沿着黑体曲线的轨迹进行偏移。这也就是为什么色温越高,白点越向曲线的左侧偏移,所以白色显得越冷,接近蓝色,而色温越低,白点越接近红色,颜色也就显得越暖。

Color Temperature [色温]

(1) Color Temperature色温作为可见光的一个重要组成部分,被广泛应用于灯光、图像、视频、出版、制造业、天体物理等众多领域。一种光源的色温,等同于一个理想状态的绝对黑体在燃烧过程中所放射出来的辐射光对应于色相上的某种颜色。色温目前使用开尔文(K)作为计量单位。图是白炽灯、荧光灯的色温情况。

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(2)较高的色温(5000K或更高)被称为冷色,较低的色温(2700 30000被称为暖色。这里需要特别注意的是,电影放映的色温为500-6000K,所以我们在后期制作时不要把显示器的色温调得太高。各种光源的色温对比如下表所示。

各种光源色温对比,不同色温的画面对比效果,如图所示。

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6500K与D65之间的区别

我们来更加深入地了解一下, 图4.010展示 了在不同的颜色色温下的黑体曲线走向。黑体上的曲线显示了一些列的色温值,但是实际白点(白场)只是接近标准的D65那个点,而实际上准确的D65那个点是在黑体曲线上方。

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