論色彩管理和公共色彩空間起源和作用

黃強(qiáng)

影視工業(yè)發(fā)展到今天，許多電影或視頻的拍攝都會(huì)使用不止一種的攝影機(jī)拍攝，每一種攝影機(jī)的色彩空間都不盡相同，而這些不同的色彩空間所產(chǎn)生的圖像，最終也要在不同的各種屏幕上呈現(xiàn)給觀眾。在這個(gè)過程中，需要使用科學(xué)的色彩管理來解決各種色彩空間的問題，無論是REC.709還是DCI-P3或者以后即將普及的REC.2020。在我們調(diào)色時(shí)候，有時(shí)候不得不使用各種不同的LUT，尤其是技術(shù)型LUT對(duì)各種圖像錯(cuò)誤進(jìn)行修正，才能得到想要的影像效果。

通常有兩種調(diào)色師進(jìn)行電影和視頻調(diào)色的方式：一種是使用原始拍攝圖像然后使用調(diào)色系統(tǒng)所提供的工具針對(duì)特定的顯示設(shè)備對(duì)畫面進(jìn)行直接調(diào)色;另外一種是使用色彩轉(zhuǎn)換或者LUT，從一個(gè)攝影機(jī)的色彩空間轉(zhuǎn)換到顯示設(shè)備的色彩空間，然后在LUT之前或者之后進(jìn)行創(chuàng)意調(diào)色制作。

在這里我們先從影視調(diào)色的起源和演變說起，最早的彩色電影制作要通過膠片記錄，印制和放映來完成。膠片對(duì)光譜的反應(yīng)，印制膠片的染料和膠片對(duì)光的非線性反應(yīng)形成了電影明顯且永恒的影像效果。電影攝影師和藝術(shù)指導(dǎo)會(huì)通過對(duì)現(xiàn)場布局和燈光的調(diào)整對(duì)色彩，色調(diào)，畫面的反差進(jìn)行大量的控制，但是一旦圖像已經(jīng)被記錄，后期制作中只有有限的色彩調(diào)整空間。有限且粗糙的對(duì)反差的調(diào)整可以通過洗印廠的沖洗過程進(jìn)行，但是對(duì)色彩的校正被限制在調(diào)整印片光號(hào)，通過改變青品黃的整體曝光來得到。

許多年來，對(duì)于影院發(fā)行的膠片電影，印片光號(hào)是在后期惟一可以進(jìn)行色彩調(diào)整的工具。也有另外一種技術(shù)，是將膠片轉(zhuǎn)為視頻（Telecine）用于電視發(fā)行。這個(gè)膠轉(zhuǎn)磁的處理過程提供了對(duì)圖像的更多控制，代替了有限的對(duì)整體色彩的調(diào)整，畫面暗部、中部、高光色彩和密度都可以進(jìn)行單獨(dú)控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，圖像的個(gè)別區(qū)域都可以進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整。

在上世紀(jì)90年代末期，膠轉(zhuǎn)磁和膠片掃描技術(shù)在質(zhì)量和速度上都有提高，使用膠轉(zhuǎn)磁色彩調(diào)整工具對(duì)畫面調(diào)色然后記錄回膠片成為處理電影長篇的切實(shí)可行的方法。這個(gè)過程叫做“數(shù)字中間片”，它取代了膠片的中間片洗印廠處理過程，由于整個(gè)過程還是以膠片開始和以膠片結(jié)束，只有中間少量的處理用到數(shù)字。

數(shù)字中間片提供了更多的后期制作中對(duì)色彩創(chuàng)意制作的控制，完全替代了傳統(tǒng)膠片的僅光號(hào)的調(diào)整方式，并且?guī)啄陜?nèi)大量電影長篇使用此方式生產(chǎn)。同時(shí)，電影院開始將膠片投影機(jī)替換為數(shù)字投影機(jī)并且電影制作也開始使用數(shù)字?jǐn)z影機(jī)拍攝。從2010年開始，使用數(shù)字?jǐn)z影機(jī)拍攝電影和使用數(shù)字投影機(jī)放映已經(jīng)越來越普遍，膠片反而成為提供給還沒有升級(jí)為數(shù)字投影機(jī)的影院物料。電影制作也從依賴數(shù)字中間片逐漸轉(zhuǎn)換為全數(shù)字的過程。

隨著數(shù)字?jǐn)z影機(jī)和數(shù)字放映機(jī)的普及，調(diào)色師們現(xiàn)在又不得不面對(duì)另外一個(gè)麻煩那就是一一色彩空間的激增。

在數(shù)字中間片開始的幾年，為了色彩管理的目的，膠片掃描和記錄校準(zhǔn)為不同的柯達(dá)Cineon標(biāo)準(zhǔn)。一些不同的Cineon的log色彩空間被使用為調(diào)色的工作色彩空間。模擬膠片的LUT必須要小心的匹配膠片處理過程，雖然在膠片類型、膠片掃描、膠片記錄設(shè)備都有不同之處，但是總體而言，由于Cineon一直被用作為工作色彩空間，項(xiàng)目之間的圖像反應(yīng)基本保持一致。

數(shù)字?jǐn)z影機(jī)記錄影像碼值的方式與膠片完全不同，他們也可以記錄不同的色彩空間。盡管都是使用一個(gè)互補(bǔ)的金屬氧化物半導(dǎo)體或CCD能對(duì)光進(jìn)行線性的反應(yīng)，但是以線性的方式存儲(chǔ)數(shù)值是不經(jīng)濟(jì)的，并且在為視頻或者log色彩空間而設(shè)計(jì)的調(diào)色系統(tǒng)中直接對(duì)線性進(jìn)行處理也是不方便的。因此，數(shù)字?jǐn)z影機(jī)通常提供比線性存儲(chǔ)數(shù)據(jù)更有效率的“l(fā)og"的色彩空間以更少的數(shù)據(jù)量更有效的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并讓調(diào)色更加容易。

事實(shí)上，許多攝影機(jī)提供給用戶按照不同色彩空間記錄和處理的選擇，但是這些都涉及廠家的專有技術(shù)，甚至當(dāng)一部影片的制作選擇了一個(gè)特定攝影機(jī)的特定的色彩空間，也會(huì)使用一種以上的攝影機(jī)拍攝而且每個(gè)廠商使用為自己的攝影機(jī)優(yōu)化的色彩空間。其結(jié)果就是原來標(biāo)準(zhǔn)的用于調(diào)色的Cineon色彩空間已經(jīng)被各種不同的新的攝影機(jī)色彩空間所取代。各種色彩空間激增，就導(dǎo)致了不同攝影機(jī)拍攝出來的畫面色調(diào)不統(tǒng)一，而調(diào)色的主要工作之一就是確保影片鏡頭的一致性，需要讓在不同時(shí)間拍攝的鏡頭放在一起很銜接。各種色彩空間的激增讓不同類型的攝影機(jī)拍攝同一場景的畫面匹配是不太容易的，這導(dǎo)致了調(diào)色師工作效率大大降低。比如說，匹配在日外，日內(nèi)，夜景兩個(gè)或更多的攝影機(jī)需要不同的設(shè)置，在初步的鏡頭平衡之后進(jìn)行的創(chuàng)意色彩調(diào)整也可能會(huì)將之前做的匹配打亂，迫使調(diào)色師必須反復(fù)調(diào)色以讓畫面保持連續(xù)性。

那些使用LUT的調(diào)色師無論是否源于膠片模擬的LUT，也會(huì)遇到在不同色彩空間的LUT會(huì)呈現(xiàn)出非常不同結(jié)果的情況。LUT可以針對(duì)不同攝影機(jī)的色彩空間進(jìn)行自定義，但是這是一個(gè)耗時(shí)的過程，并且常常只是在幾個(gè)擁有全職色彩科學(xué)員工的大后期制作公司才能夠提供。對(duì)于管理這些處理不同色彩空間的不同版本的LUT也是個(gè)麻煩的工作，總之調(diào)色公司和后期公司無法通過lut匹配所有數(shù)字?jǐn)z影機(jī)產(chǎn)生的許許多多色彩空間，這就造成了生產(chǎn)效率低下。

目前解決麻煩的方法就是：使用ACES色彩管理流程。ACES色彩空間，免費(fèi)且開放，擁有人眼所能看得到的足夠大的動(dòng)態(tài)范圍和色域范圍，由是由美國電影藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院（AMPAS）和行業(yè)合作伙伴開發(fā)的開放式色彩管理和互換系統(tǒng)，它規(guī)范了所有不同類型的項(xiàng)目中的色彩科學(xué)，其創(chuàng)立的目的是為行業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)化的色彩管理系統(tǒng)。

ACES色彩空間有以下一些特點(diǎn)：

它的處理流程利用了『拍攝參考數(shù)據(jù)』，即每個(gè)攝像機(jī)系統(tǒng)使用并寫入到素材中的色彩科學(xué)數(shù)據(jù)，想相當(dāng)于是一個(gè)線性的場景。在進(jìn)入色彩流程后，ACES會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向工程，即所謂的ACES輸入轉(zhuǎn)換或工DT①，將其還原為攝像機(jī)在實(shí)際場景中拍攝的純線性光信息。從理論上完全排除掉攝影機(jī)系統(tǒng)對(duì)原始色彩的影響，能使我們更接近攝像機(jī)所面對(duì)的真實(shí)場景。

ACES色彩所使用的色彩空間很大，它涵蓋了人類視覺區(qū)域的所有可見光區(qū)，甚至還包括了一部分不可見光，所以你不會(huì)遇到在較小的色彩空間中常見的工作限制。對(duì)于客戶移交和存檔來說，ACES色彩空間都很具有前瞻性。

ACES是一個(gè)作為輸入、工作（調(diào)色）中使用、輸出的公共色彩連接空間。在各種顯示終端上，如電視、投影儀等設(shè)備上來觀看，它們會(huì)被分配不同的伽瑪或EOTF（電光傳遞函數(shù)）。因此，ACES色彩管理流程在不同的顯示物料上也能得到很好的顯示結(jié)果。

ACES使用Open EXR 16位半浮點(diǎn)處理，它能覆蓋至少30檔動(dòng)態(tài)范圍的場景曝光數(shù)據(jù)。這些EXR數(shù)據(jù)僅用于應(yīng)用程序內(nèi)部運(yùn)算，除了渲染器會(huì)用到它以外，它不會(huì)生成數(shù)據(jù)文件，你也不用管理它。所以精度高、方便管理也是它的一大特色。

ACES工作流程的優(yōu)勢：

1、攝影機(jī)系統(tǒng)色彩科學(xué)的統(tǒng)一性一一因?yàn)檗D(zhuǎn)換為線性光場景排除掉了攝影機(jī)系統(tǒng)對(duì)彩色的影響，通過色彩管理使得創(chuàng)意調(diào)色之前就已經(jīng)具有相似的色彩呈現(xiàn)，這樣就能大大提高了調(diào)色的效率。

2.對(duì)于像特效或者CG合成這種本身就是線性色彩合成的工作流來說，更是會(huì)因ACES獲益。而且，線性數(shù)據(jù)可隨時(shí)被渲染回需要的用途，或者直接提供給調(diào)色師，不會(huì)有任何色彩偏移，完全保留了所有調(diào)色。

3.為寬色域/高動(dòng)態(tài)范圍做好了準(zhǔn)備，ACES能保留30檔動(dòng)態(tài)范圍的圖像數(shù)據(jù)，不僅色域大，而且非常適合MR，這樣非常具有前瞻性，為未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

4、在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，ACES被創(chuàng)立的要求之一就是讓該系統(tǒng)具有超寬超大的動(dòng)態(tài)范圍，再加上其非常具有前瞻性的特點(diǎn)，這才能使一種常青的數(shù)字母帶成為可能。

在調(diào)色中使用色彩管理的關(guān)鍵優(yōu)勢是它賦予了調(diào)色師在調(diào)色色彩空間進(jìn)行明確調(diào)整的能力。我們在使用LOG素材進(jìn)行調(diào)色時(shí)，第一步驟就是把log的“灰”畫面在REC.709上正常的再現(xiàn)，如果不使用LUT或著轉(zhuǎn)換進(jìn)行調(diào)色，他們實(shí)際上選擇在攝影機(jī)的源色彩空間內(nèi)進(jìn)行調(diào)色，那么手工使用調(diào)色工具再現(xiàn)的原始顏色，難免會(huì)有差異，如果是新手那么再現(xiàn)的畫面很可能并不標(biāo)準(zhǔn)，并且通常比對(duì)攝影機(jī)和顯示設(shè)備進(jìn)行正確的色彩轉(zhuǎn)換得到的效果要難看。在應(yīng)用色彩管理之后無需手動(dòng)調(diào)色快速得到準(zhǔn)確的色彩呈現(xiàn)。

不同色彩空間的選擇也會(huì)對(duì)相對(duì)簡單的調(diào)色操作有非常大的影響。甚至在許多色彩空間里對(duì)欠曝素材的調(diào)整都是困難的，比如說，ACES建議使用ACEScc用于調(diào)色操作，它具有簡單的對(duì)數(shù)的曝光關(guān)系，這意味著曝光的調(diào)整對(duì)畫面的影響與在現(xiàn)場拍攝的時(shí)候調(diào)整光圈的效果很類似。許多攝影機(jī)為了減少數(shù)字燥波，log空間在暗部過渡成線性曲線（在log曲線的底部做roll-off，將曲線在觸及0點(diǎn)之前拉平），但是當(dāng)你提高曝光的時(shí)候，圖像的黑位也會(huì)增加，就會(huì)降低圖像的反差。

另外，對(duì)工作色彩空間的控制可以讓調(diào)色師自由的在色彩空間中切換以得到特別的效果，用其他的辦法是很難或者無法得到的。

使用一個(gè)整體的開放的標(biāo)準(zhǔn)的框架比如ACES調(diào)色具有很多優(yōu)勢，特別是在不同的部門交換數(shù)據(jù)（比如不同的視效制作商）和數(shù)據(jù)備份。但是，電影制作不需要使用完整的ACES系統(tǒng)就能得到許多ACES在色彩管理方面的好處。比如說，一部影片主要使用一種攝影機(jī)拍攝，并且喜歡攝影機(jī)廠商的缺省LUT對(duì)色彩的處理，那就可能選擇使用主攝影機(jī)的色彩空間并將其作為整個(gè)項(xiàng)目的工作色彩空間。

ACES工作流程也非常簡單，并不復(fù)雜，流程如下：攝影機(jī)數(shù)據(jù)一工DT一調(diào)色一RRT --ODT②。實(shí)際上，在調(diào)色時(shí)候你只需要先告訴調(diào)色應(yīng)用系統(tǒng)（比如Davinci Resolve）告訴它這是什么攝影機(jī)拍的，使用了什么色彩模式等等，然后進(jìn)行正常調(diào)色步驟，RRT③在內(nèi)部完成超寬數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，最后這一結(jié)果會(huì)被你指定的ODT轉(zhuǎn)換，以正確的色彩空間顯示在對(duì)應(yīng)的顯示設(shè)備上，在新的ACES版本中RRT已經(jīng)和ODT整合了，因此無需額外設(shè)置。整個(gè)流程可以說非常簡單易用。

另外，ACES對(duì)一些比較偏門的攝像設(shè)備還不支持，比如Gopro，國造攝影機(jī)等等，也許在不久的將來，所有的成像設(shè)備都會(huì)納入ACES這個(gè)公共的色彩空間范圍。還有如果只使用一種攝影機(jī)拍攝的片子也不是很有必要用ACES流程。

色彩管理是一個(gè)重要的色彩校正工具，但是經(jīng)常在以前的調(diào)色流程中被忽略。色彩管理令調(diào)色過程效率更高，尤其是使用多個(gè)攝影機(jī)拍攝或者需要提供多個(gè)顯示端的物料。色彩管理對(duì)高動(dòng)態(tài)范圍和廣色域的顯示設(shè)備的引入更為重要。色彩管理確保調(diào)色師把更多的時(shí)間關(guān)注于創(chuàng)意制作而不是花時(shí)間手工的修正技術(shù)上的問題，色彩管理可以提高創(chuàng)意調(diào)色的效率。色彩管理也能提高與其他部門的協(xié)作性和統(tǒng)一性。

注釋：

①IDT：Input Device Transform（輸入設(shè)備轉(zhuǎn)換）幫助我們把對(duì)應(yīng)輸入設(shè)備的色彩空間轉(zhuǎn)換到ACES的色彩空間下。

②ODT：Out Device Transform（輸出設(shè)備轉(zhuǎn)換）幫助我們把對(duì)應(yīng)輸出設(shè)備的色彩空間轉(zhuǎn)換到ACES的色彩空間下。

③RRT：Reference Rendering Transform（參考渲染變換）與ODT配合進(jìn)行畫面輸出，新版本中已與ODT整合。

參考文獻(xiàn)：

[1]ACES中心https：//acescentral.com/英國色彩科學(xué)家Peter Postma和Baselight調(diào)色系統(tǒng)亞太地區(qū)技術(shù)總監(jiān)Bob Chorley的技術(shù)短文