以色之名:个人校色相关术语知识“瞎整理” 篇一:Gamma 篇一
开始的开始 前言(可以跳过横线框住部分)
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其实,LZ自己一直想写些杂七杂八的玩意来分享,一是对自己学到的东西做一个整理,二是和各位感兴趣的值友之间相互讨论学习 。
我个人(非必要)实际上很讨厌 那种抽象专业的表述文法 本文我会尽量 把抽象的专有名词写的通俗一点(虽然现在做不到 个人的目标 是 “用最简单通俗的语言解释各种生涩的知识”)。
所以,我这篇个人整理文,如果能 对感兴趣的萌新 如果可以提供那么 一点小小的帮助对我来说就是莫大的荣幸了。 大佬们看看笑笑就好。
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文章受限于LZ个人 主观观点 和 知识广度 影响, 难免有不到之处,欢迎大家“怼”。
好了,闲话少说让我们开始吧
Gamma(有很多种,本文这里指的是校色相关的 其它暂不做讨论)
sRGB 校色中常常提到的 gamma=2.2(sRGB标准)到底是怎么产生的呢?
这个曲线的意义 这里先提一下:
Gamma 曲线就是把物理光强和美术灰度做了一个幂函数映射。(2.2即是这个幂函数的指数)
把(相对)抽象的定义放到一边,我们先从从 GAMMA产生的原因入手。
Gamma产生的原因主要有:
1、现阶段的技术,只能显示“有限的”灰阶数量
2、人对自然界刺激的感知,是“非线性”的。(韦伯定律)
关于灰阶:
关于第一点可能有萌新人不知道 “灰阶是啥”这里简单解释一下:
显示器上的每一个点(像素)都是由RGB(红绿蓝)三个子像素组成,
要想实现色彩变换则需要对 RGB三个像素做出不同程度的明暗调节。这种可调节的层次越多,所能呈现的画面也就越细腻。
跟灰阶相关的一个参数就是显示器的bit(位),也就是人们常说的的6bit、8bit 、10bit显示器:
6bit显示器 就是 2的6次方 64阶,因为有RGB三个子像素,那么理论只能能显示 64的3次方
262K(262,144)色。
8bit显示器 就是 2的8次方 256阶,因为有RGB三个子像素,那么理论只能能显示256的3次
16.7M(16,777,216)色。
10bit显示器 就是 2的10次方 1024阶,因为有RGB三个子像素,那么理论只能能显示1024的3次方
10.7亿(1,073,741,824)色。
(注:由于色彩抖动技术的成熟,大多数6bit面板都抖动成8bit,几乎已经做到和8bit肉眼区别不出来的程度)
这里的64、256、1024就是6bit、8bit、10bit显示器所能显示的 灰阶的数量。(也是后面所说的 灰阶资源紧缺的原因)
灰阶和显示器亮度区别
这是两个新手比较容易混淆的概念,简单点说就是:
灰阶是指像素级别的控制,通过控制RGB三个子像素的亮度层次从而实现不同颜色的变化。
普通用户调节的显示器亮度则是指显示器整体的背光亮度。
即:显示器显示一个画面同一时刻只能有一个背光亮度,而可以有多种灰阶组成。
下面的是一些小的闲话,可以不看 直接跳过横线框住的部分
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由于抖动技术的成熟,目前市面上已经很少有原生8bit面板的显示器了(很多宣称8bit都是6bit抖动的),很多不会写bit 直接写16.7M,比如最近卖的比较好的U2417H升级版(面板从三星换成LG主要 参数还是差不多)
这里说明一下:显示器到底 是几bit的(位)决定的是 驱动的bit(位数),而液晶面板质量的好坏决定了颜色显示的准确度。也就是说 任何一个液晶面板 都可以加各种bit的驱动,但是质量差的面板就算装了8bit驱动, 显示也会明显不如6bit抖动的面板。
而网上曾出现过的谣言 :“TN只能是6bit,VA/IPS只能是8bit” 存在本质上的理解错误。首先液晶面板显示关键是电压影响下,液晶分子在0°~ 90°(TN)或0°~20°(VA/IPS)间转动,而这个转动角度是无极调节,想要多少bit只要把 驱动电压从最高到最低分为2的n次方份就可以了。
所以每一块液晶板只有多少位驱动最合适自己的问题,本身并没有限制。
说白了就是在TN上面启用显示准确的高色域的代价和技术难度要比IPS/VA大得多, 实际上03年的时候,三星曾出过的一款叫171s(型号不太确定)的TN显示器,曾做到 16.7M,17英寸。当时售价4、5000RMB。
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人眼的非线性:
假设 你 带着一根蜡烛,进入一个可以隔绝所有外部光线的房间, 里面的光源只有一根已点燃蜡烛 ,当你再点燃自己带的一根蜡烛时(共 + ) ,你会感觉 嗯~顿时亮了很多 。
但是,房间里面如果的已经点燃了23333根蜡烛( × 23333)房间里面 已经亮如白昼,这时候你在点燃自己带的那根蜡烛(共 × 23333 + )的时候,你或许、大概、可能感觉到亮度 有那么一丝丝的增加,但远没有从一根边两根那时候来的明显。
这样的例子 在实际生活中 其实有很多:音阶两个八度频率增加一倍,地震级数(里氏)每增加一级,释放的物理能量大32倍。
总结一下:
人通过 感官所感受的 均匀增加的事物(现象),实际客观变化实际上并不是均匀增加,而是以某种比列倍数来增加的。
Gamma=2.2 的由来
在继续之前,先给出一个名词“中灰” 我个人的定义(不保证完全正确但本文可以行得通,欢迎大家怼)
中灰
这是一个说简单也简单,说难也挺难,百度一下看懵小白的词汇(特别百度给的是RGB坐标)。
在本文中大家不需要做太深度的了解。
所以这里我给出一个(在本篇文章中可以行得通的)解释:
以人眼为标准所判断的纯黑过度到纯白 灰阶的中间点。
人眼的中灰和实际亮度的中点(50%)的区别与关系
这里我们先根据人眼的判断 建立一个 粗略的颜色 亮度的坐标
纯黑为 0.0
纯白为 1.0
中灰为 0.5
由于人眼这个器官对外界的感知是非线性的。所以,中间这个人眼判断的中灰 0.5 的实际的亮度 并不是纯白亮度的1/2。
那到底是多少呢?这里直接给一个大概的结论(96年微软定的): 白像素的21.8%亮度。
换成我们的坐标 即 0.218。具体关系大致如图:
(注:这类图都是我用PS简单弄出来的,主要是为了方便表达,渐变条实际上是不怎么准,看看就好)
总结一下就是:在光线较暗的情况下,即使微小的亮度增长,人视觉也能感受是显著的亮度提升,
当实际亮度达到21.8%的时候,已经达到了人眼所认为的“中灰”标准。
在有限的灰阶资源下均匀的显示画面的明暗部
现有技术灰阶的显示数量是有限的,而人眼对外界刺激的感知又不是均匀的线性增加。
你会发现如果显示器显示的时候 不做任何处理,直接把从黑到白 按实际物理亮度均匀划分,显示灰阶变化会出现一个问题
即:在人眼看来你只把 21.8%左右的 资源用来显示 暗部,而80%的资源用来显示明部,这显然是不合理的。
显示器是给人眼看的,在资源有限的情况下 至少做到 明、暗 资源分配55开,才比较合理。
以8bit屏为例,(2^8 = 256阶)。假设 你要显示一条 按实际亮度均匀从黑(0%)到白(100%)过度图像。
那么 为了人眼观察的明暗区的均衡,你的128号 就不是用来显示实际的 50%的亮度度,而是用来显示 21.8%的亮度(如图)
因为液晶的原理是通过控制电压变化,让液晶分子转动不同角度来控制材料的感光度,从而实现灰阶变换的。所以,0到255 也可以看成 输入电压的变化。(即:0号电压、1号电压。。。。。。)
Gamma = 2.2 怎么得来的
首先我们把上图 百分比的纵坐标,和 0到255的横坐标坐标 按比例 统一换算成 0.0-1.0 (0.0号电压 对应 0.0号亮度纯黑、 1.0号电压 对应 1.0号亮度纯白)如下图:
竖轴实际要显示给人眼看图像(输出值)= 横轴输入的电压(输入值)的 Gamma次方 即:
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