论色彩管理和公共色彩空间起源和作用

黄强

影视工业发展到今天，许多电影或视频的拍摄都会使用不止一种的摄影机拍摄，每一种摄影机的色彩空间都不盡相同，而这些不同的色彩空间所产生的图像，最终也要在不同的各种屏幕上呈现给观众。在这个过程中，需要使用科学的色彩管理来解决各种色彩空间的问题，无论是REC.709还是DCI-P3或者以后即将普及的REC.2020。在我们调色时候，有时候不得不使用各种不同的LUT，尤其是技术型LUT对各种图像错误进行修正，才能得到想要的影像效果。

通常有两种调色师进行电影和视频调色的方式：一种是使用原始拍摄图像然后使用调色系统所提供的工具针对特定的显示设备对画面进行直接调色;另外一种是使用色彩转换或者LUT，从一个摄影机的色彩空间转换到显示设备的色彩空间，然后在LUT之前或者之后进行创意调色制作。

在这里我们先从影视调色的起源和演变说起，最早的彩色电影制作要通过胶片记录，印制和放映来完成。胶片对光谱的反应，印制胶片的染料和胶片对光的非线性反应形成了电影明显且永恒的影像效果。电影摄影师和艺术指导会通过对现场布局和灯光的调整对色彩，色调，画面的反差进行大量的控制，但是一旦图像已经被记录，后期制作中只有有限的色彩调整空间。有限且粗糙的对反差的调整可以通过洗印厂的冲洗过程进行，但是对色彩的校正被限制在调整印片光号，通过改变青品黄的整体曝光来得到。

许多年来，对于影院发行的胶片电影，印片光号是在后期惟一可以进行色彩调整的工具。也有另外一种技术，是将胶片转为视频（Telecine）用于电视发行。这个胶转磁的处理过程提供了对图像的更多控制，代替了有限的对整体色彩的调整，画面暗部、中部、高光色彩和密度都可以进行单独控制。随着技术的发展，图像的个别区域都可以进行单独调整。

在上世纪90年代末期，胶转磁和胶片扫描技术在质量和速度上都有提高，使用胶转磁色彩调整工具对画面调色然后记录回胶片成为处理电影长篇的切实可行的方法。这个过程叫做“数字中间片”，它取代了胶片的中间片洗印厂处理过程，由于整个过程还是以胶片开始和以胶片结束，只有中间少量的处理用到数字。

数字中间片提供了更多的后期制作中对色彩创意制作的控制，完全替代了传统胶片的仅光号的调整方式，并且几年内大量电影长篇使用此方式生产。同时，电影院开始将胶片投影机替换为数字投影机并且电影制作也开始使用数字摄影机拍摄。从2010年开始，使用数字摄影机拍摄电影和使用数字投影机放映已经越来越普遍，胶片反而成为提供给还没有升级为数字投影机的影院物料。电影制作也从依赖数字中间片逐渐转换为全数字的过程。

随着数字摄影机和数字放映机的普及，调色师们现在又不得不面对另外一个麻烦那就是一一色彩空间的激增。

在数字中间片开始的几年，为了色彩管理的目的，胶片扫描和记录校准为不同的柯达Cineon标准。一些不同的Cineon的log色彩空间被使用为调色的工作色彩空间。模拟胶片的LUT必须要小心的匹配胶片处理过程，虽然在胶片类型、胶片扫描、胶片记录设备都有不同之处，但是总体而言，由于Cineon一直被用作为工作色彩空间，项目之间的图像反应基本保持一致。

数字摄影机记录影像码值的方式与胶片完全不同，他们也可以记录不同的色彩空间。尽管都是使用一个互补的金属氧化物半导体或CCD能对光进行线性的反应，但是以线性的方式存储数值是不经济的，并且在为视频或者log色彩空间而设计的调色系统中直接对线性进行处理也是不方便的。因此，数字摄影机通常提供比线性存储数据更有效率的“log"的色彩空间以更少的数据量更有效的方式存储数据并让调色更加容易。

事实上，许多摄影机提供给用户按照不同色彩空间记录和处理的选择，但是这些都涉及厂家的专有技术，甚至当一部影片的制作选择了一个特定摄影机的特定的色彩空间，也会使用一种以上的摄影机拍摄而且每个厂商使用为自己的摄影机优化的色彩空间。其结果就是原来标准的用于调色的Cineon色彩空间已经被各种不同的新的摄影机色彩空间所取代。各种色彩空间激增，就导致了不同摄影机拍摄出来的画面色调不统一，而调色的主要工作之一就是确保影片镜头的一致性，需要让在不同时间拍摄的镜头放在一起很衔接。各种色彩空间的激增让不同类型的摄影机拍摄同一场景的画面匹配是不太容易的，这导致了调色师工作效率大大降低。比如说，匹配在日外，日内，夜景两个或更多的摄影机需要不同的设置，在初步的镜头平衡之后进行的创意色彩调整也可能会将之前做的匹配打乱，迫使调色师必须反复调色以让画面保持连续性。

那些使用LUT的调色师无论是否源于胶片模拟的LUT，也会遇到在不同色彩空间的LUT会呈现出非常不同结果的情况。LUT可以针对不同摄影机的色彩空间进行自定义，但是这是一个耗时的过程，并且常常只是在几个拥有全职色彩科学员工的大后期制作公司才能够提供。对于管理这些处理不同色彩空间的不同版本的LUT也是个麻烦的工作，总之调色公司和后期公司无法通过lut匹配所有数字摄影机产生的许许多多色彩空间，这就造成了生产效率低下。

目前解决麻烦的方法就是：使用ACES色彩管理流程。ACES色彩空间，免费且开放，拥有人眼所能看得到的足够大的动态范围和色域范围，由是由美国电影艺术与科学学院（AMPAS）和行业合作伙伴开发的开放式色彩管理和互换系统，它规范了所有不同类型的项目中的色彩科学，其创立的目的是为行业提供标准化的色彩管理系统。

ACES色彩空间有以下一些特点：

它的处理流程利用了『拍摄参考数据』，即每个摄像机系统使用并写入到素材中的色彩科学数据，想相当于是一个线性的场景。在进入色彩流程后，ACES会对这些数据进行逆向工程，即所谓的ACES输入转换或工DT①，将其还原为摄像机在实际场景中拍摄的纯线性光信息。从理论上完全排除掉摄影机系统对原始色彩的影响，能使我们更接近摄像机所面对的真实场景。

ACES色彩所使用的色彩空间很大，它涵盖了人类视觉区域的所有可见光区，甚至还包括了一部分不可见光，所以你不会遇到在较小的色彩空间中常见的工作限制。对于客户移交和存档来说，ACES色彩空间都很具有前瞻性。

ACES是一个作为输入、工作（调色）中使用、输出的公共色彩连接空间。在各种显示终端上，如电视、投影仪等设备上来观看，它们会被分配不同的伽玛或EOTF（电光传递函数）。因此，ACES色彩管理流程在不同的显示物料上也能得到很好的显示结果。

ACES使用Open EXR 16位半浮点处理，它能覆盖至少30档动态范围的场景曝光数据。这些EXR数据仅用于应用程序内部运算，除了渲染器会用到它以外，它不会生成数据文件，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工作流程的优势：

1、摄影机系统色彩科学的统一性一一因为转换为线性光场景排除掉了摄影机系统对彩色的影响，通过色彩管理使得创意调色之前就已经具有相似的色彩呈现，这样就能大大提高了调色的效率。

2.对于像特效或者CG合成这种本身就是线性色彩合成的工作流来说，更是会因ACES获益。而且，线性数据可随时被渲染回需要的用途，或者直接提供给调色师，不会有任何色彩偏移，完全保留了所有调色。

3.为宽色域/高动态范围做好了准备，ACES能保留30档动态范围的图像数据，不仅色域大，而且非常适合MR，这样非常具有前瞻性，为未来发展奠定基础。

4、在数据存储方面，ACES被创立的要求之一就是让该系统具有超宽超大的动态范围，再加上其非常具有前瞻性的特点，这才能使一种常青的数字母带成为可能。

在调色中使用色彩管理的关键优势是它赋予了调色师在调色色彩空间进行明确调整的能力。我们在使用LOG素材进行调色时，第一步骤就是把log的“灰”画面在REC.709上正常的再现，如果不使用LUT或着转换进行调色，他们实际上选择在摄影机的源色彩空间内进行调色，那么手工使用调色工具再现的原始颜色，难免会有差异，如果是新手那么再现的画面很可能并不标准，并且通常比对摄影机和显示设备进行正确的色彩转换得到的效果要难看。在应用色彩管理之后无需手动调色快速得到准确的色彩呈现。

不同色彩空间的选择也会对相对简单的调色操作有非常大的影响。甚至在许多色彩空间里对欠曝素材的调整都是困难的，比如说，ACES建议使用ACEScc用于调色操作，它具有简单的对数的曝光关系，这意味着曝光的调整对画面的影响与在现场拍摄的时候调整光圈的效果很类似。许多摄影机为了减少数字燥波，log空间在暗部过渡成线性曲线（在log曲线的底部做roll-off，将曲线在触及0点之前拉平），但是当你提高曝光的时候，图像的黑位也会增加，就会降低图像的反差。

另外，对工作色彩空间的控制可以让调色师自由的在色彩空间中切换以得到特别的效果，用其他的办法是很难或者无法得到的。

使用一个整体的开放的标准的框架比如ACES调色具有很多优势，特别是在不同的部门交换数据（比如不同的视效制作商）和数据备份。但是，电影制作不需要使用完整的ACES系统就能得到许多ACES在色彩管理方面的好处。比如说，一部影片主要使用一种摄影机拍摄，并且喜欢摄影机厂商的缺省LUT对色彩的处理，那就可能选择使用主摄影机的色彩空间并将其作为整个项目的工作色彩空间。

ACES工作流程也非常简单，并不复杂，流程如下：摄影机数据一工DT一调色一RRT --ODT②。实际上，在调色时候你只需要先告诉调色应用系统（比如Davinci Resolve）告诉它这是什么摄影机拍的，使用了什么色彩模式等等，然后进行正常调色步骤，RRT③在内部完成超宽数据的转换运算，最后这一结果会被你指定的ODT转换，以正确的色彩空间显示在对应的显示设备上，在新的ACES版本中RRT已经和ODT整合了，因此无需额外设置。整个流程可以说非常简单易用。

另外，ACES对一些比较偏门的摄像设备还不支持，比如Gopro，国造摄影机等等，也许在不久的将来，所有的成像设备都会纳入ACES这个公共的色彩空间范围。还有如果只使用一种摄影机拍摄的片子也不是很有必要用ACES流程。

色彩管理是一个重要的色彩校正工具，但是经常在以前的调色流程中被忽略。色彩管理令调色过程效率更高，尤其是使用多个摄影机拍摄或者需要提供多个显示端的物料。色彩管理对高动态范围和广色域的显示设备的引入更为重要。色彩管理确保调色师把更多的时间关注于创意制作而不是花时间手工的修正技术上的问题，色彩管理可以提高创意调色的效率。色彩管理也能提高与其他部门的协作性和统一性。

注释：

①IDT：Input Device Transform（輸入设备转换）帮助我们把对应输入设备的色彩空间转换到ACES的色彩空间下。

②ODT：Out Device Transform（输出设备转换）帮助我们把对应输出设备的色彩空间转换到ACES的色彩空间下。

③RRT：Reference Rendering Transform（参考渲染变换）与ODT配合进行画面输出，新版本中已与ODT整合。

参考文献：

[1]ACES中心https：//acescentral.com/英国色彩科学家Peter Postma和Baselight调色系统亚太地区技术总监Bob Chorley的技术短文