顏色知識，RGB顯色系統(tǒng)詳解（下）(3)

之前寫的幾篇：

顏色知識，RGB顯色系統(tǒng)詳解（上）

顏色知識，RGB顯色系統(tǒng)詳解（中）

今天繼續(xù)高冷的燒腦內容：

——為什么PS要有16位/通道和32位/通道的顏色深度設置？

 

為了防止看到最后有人看暈，先來一個簡單粗暴的比喻：

我們小時候參加數學考試都要帶草稿紙的對不對？

對改卷子的老師來說，只看你的最后交上去的考卷就行了。但是作為答題的我們來說，如果單靠心算，要么只能給一個估算的大概值，要么就算著算著算錯了（答題從來不用打草稿的學霸請走開）。。。

 

其實，16位/通道和32位/通道這些額外增加的數據深度，以及前面介紹的Alpha通道，就是給計算機發(fā)的草稿紙！是給計算機打草稿用的！

它們對24位色的顯示器本身（相當于考卷）是沒有意義的，但是對于承擔數據處理工作的計算機卻很有意義，Over。

 

簡單說，16位顏色深度和32位顏色深度，都是為了PS做后期圖片處理用的。

如果你只是用PS畫原稿，8位深度完全夠用。修照片，要用16位深度。處理HDR圖片，用32位深度。

 

好奇心還沒有被滿足的同學請繼續(xù)看。

 

具體什么是16位/通道數據深度？

 

24位色，是目前RGB顯示器（注意是顯示器，不是電腦）的標配，意思是RGB信號分別分配了8位的數據深度，可以各分為256份。

這就是最常用的8位/通道配置（8bit-per-channel，為了方便，以下都用8-bpc縮寫表示）。

 

如果是16位/通道，就是R/G/B分別有16位數據深度。

——其實PS里只分配了15位，所以每種顏色可以分為2的15次方=32768份。這就應該是15×3=45位色了。（不要問我為啥叫16-bpc實際上只有15-bpc。。。樓主也不知道。。。）

 

至于32位/通道，每個通道可以分得更加精細，2的32次方=4294967296份。。。

 

所以，回答上一章留下的問題：32位色和32位/通道，它們不是！一回事兒��！

一個是指每個像素數據有4個通道（RGB+Alpha），每個通道有8位。

另一個，則是指每個通道有32位數據，單個通道的數據量是32位色的4倍。

 

至于為什么它們叫了這么容易混淆的名字。。。學理工的人起名字就是這個德行，你懂的。。。

好了，基本情況介紹完畢。

 

至于大家最關心的問題“什么時候需要用16位/通道的設置”，所有網上能搜到的中文答案都是這么說的：平時就用8位/通道，就行了！

 

嗯，這么說是沒錯的。但是樓主這樣鉆牛角尖的人怎么會滿足于這種小白答案？！咱繼續(xù)。

 

——16位/通道是干嘛用的？

 

簡單說，為了避免對24位色圖像的后期處理出現“色帶”問題。

 

目前，除了一些非主流的顯示器（比如RGBW像素、四色顯示器之類），24位色就是顯示器的標準配置。也就是說，計算機傳送給顯示器的數據一定是24位的。超出24位的數據，顯示器都不知道該拿它們怎么辦。。。

 

但這是僅僅是對顯示系統(tǒng)而言的。電腦不僅要存儲、顯示圖像，還要對圖像做各種修改、編輯，也就是對圖像數據進行計算處理。這樣24位的數據深度就不再夠用了。

 

樓主舉個跟錢有關的例子。

你的信用卡平時怎么記帳？是精確到分吧？比如，-￥119.34元。

而為了方便，我們往往還錢都會還整錢，比如上面的￥119.34元就會干脆還120塊。既然我們只關心到整數的精度，可不可以記賬的時候就直接四舍五入、化零為整了？——試問哪家銀行敢這么干？一次兩次就算了，一個月下來，這誤差不知道有多大！記少了銀行不干，記多了你干不干？

也就是說，記賬的時候，我們需要的是整數，但計算的時候會保留兩位小數，避免誤差在計算中的累積，導致最后對不上帳。

——怎么樣，有點直觀感覺了嗎？

 

記賬只是加減法。一旦涉及到乘除、求導、指數等高階計算，誤差的累積速度更是驚人。

大家試著算一下：1÷3×3=？當然大家都知道結果是1。

但是如果是計算器算呢？

 

如果你們手上有安卓系統(tǒng)的手機，請打開手機里的計算器來算一下，得到的答案是0.99999999。。。

因為手機計算器計算過程中，會保留8位小數，所以1÷3=0.33333333。再乘以3，就是0.9999999。。。不過，好歹誤差還是遠低于千分之一的，一般應用里足夠了。

 

這是不是有點顛覆你的感覺？計算機其實很笨，對一些簡單問題的處理甚至還比不上人心算。為了用正確的算法得到靠譜的數值結果，軟件背后的程序員們必須十分小心，要付出很多很多艱苦的努力。

（PS：如果用蘋果手機或者電腦上的計算器算，就還是等于1。我覺得這兩家的工程師應該是專門優(yōu)化了這個算法。谷歌的工程師們加油啊。。。）

 

如果再極端一點，看看整個計算的中間過程，如果只能保留整數位會發(fā)生什么。
1除以3等于0.33333333，四舍五入一下，就是0了。。。0再乘以3，等于0。。。

——那么結果就是，1÷3×3=0！這是什么鬼？！

——這就是中間值沒有使用小數帶來的誤差悲劇。

 

所以，當參與計算的數據是N+1位時，能得到的精確值最多只能到N位。這就是被一門叫做《數值計算方法》的學科里提出的“有效數字”的概念。

——說人話��！

——好。一個24位色的圖像，是標準的8-bpc數據深度。如果要對圖像數據進行復雜的運算，計算機內部計算用的數據深度，必須大于顯示用的8-bpc。

 

回到PS這里，如果你的工作主要是做后期、做特效，特別是照片要修色，修改色階輸出什么的，就最好一開始就選擇為16位精度！否則，在軟件進行內部計算的時候，如果參與計算的數據位數不夠，就有可能造成下面的“色帶”現象：

出現這個現象的原因，在于第一步開始壓縮色階輸出范圍的時候，過渡色的細節(jié)信息被“壓縮”了，變成了一片色差很小的灰色。由于在計算機里由于沒有分配空間存儲這些被“壓縮”的信息，這些細節(jié)只好被扔掉。恢復色階后，這些信息也沒地方找回來，所以只能恢復一個大概。這樣，大量的過渡色被“吃掉”，最終形成“色帶”。

那么，如果做這個計算的時候，有“草稿紙”能暫時記一下中間數據，不就能把丟失的細節(jié)找回來了？大家可以自己在PS動手驗證一下，如果采用16-bpc的設置，則可以幾乎完好無損的恢復原圖。這就是因為16-bpc的數據存儲空間比8-bpc大了整整一倍的緣故，被“壓縮”的細節(jié)信息有地兒暫存，恢復色階的時候就可以原地滿血復活。

 

如果你之前曾遇到“色帶”問題，是不是百思不得其解？吼吼，現在明白了嗎？

 

但是！如果不管三七二十一，任何工作都設置為16-bpc，也會有別的問題。

16-bpc的設置下，數據存儲空間翻倍，文件的大小也翻倍了。也因此計算機數據處理的工作量也大大增加了，如果文件數據本身就很大，處理數據的速度會明顯變慢。32-bpc文件大小更是翻了兩番。

并且，PS里有很多濾鏡效果都不能支持16-bpc，絕大部分不支持32-bpc。

樓主對此的推測是，其實沒什么別的原因，就是計算量太大了，搞不過來。并且，為了在16-bpc里盡可能多的使用濾鏡，把16-bpc的實際數據量降到了15-bpc，只是保留了原來16-bpc的名字。以上只是推測，有沒有高人有Adobe的內部消息的，跟樓主悄悄說一下:D

 

而且我知道有些畫手，在PS里圖層的數量動不動以百位計，經常把電腦搞死機。如果動不動就發(fā)大招，采用16位數據深度，電腦工作的負擔翻了好幾倍，有些老機器不是要卡成狗？

 

實際上，你完全可以在使用PS的過程中在8bit/channel和16bit/channel的之間來回切換（圖像->模式）。只有在你感覺可能需要使用較深的數據深度的情況下，再用16-bpc的設置。

 

那么問題來了，

----什么是“可能需要使用較深的數據深度的情況”？

 

1.有漸變顏色的地方，特別容易出現“色帶”。

比如照片里面的藍天、水面，UI里面用過渡顏色填充的背景，等等。因為漸變的顏色，從原理上說，每一個色塊之間的色差應該很微小，才能形成自然流暢的漸變色，一旦色差跨度反常的變大，就會出現“色帶”。

所以，照片是出現“色帶”的重災區(qū)。對攝影師們來說，對照片修片還是盡量用16-bpc設置為好。此外，JPEG格式只支持8-bpc數據深度，而RAW格式支持16-bpc。為了在后期有更大的調整空間，拍照還是應該保存為RAW格式。

（圖上的右邊例子里，原圖已經出現了輕微的“色帶”）

 

2.帶文字的畫面。

我們看到的文字顏色也許是黑色的，但其實文字的細節(jié)之處（特別是有斜線的位置），有很多不同的灰階（過渡色）。所以文字的斜線部分也容易出現看起來像鋸齒一樣的“色帶”。

 

如果你處理的圖像是動畫、插畫風格的，色彩變化劇烈、漸變顏色填充用得少，這個問題就不會很明顯。

如果是尺寸比較小、大面積純色用得多的類型，比如logo之類，也完全不用擔心這個問題，選擇用8位數據精度一點事兒也沒有。

比如駝灰灰這樣的：

 

對樓主這樣的懶人來說，平時一概用默認的8位/通道設置。

只有修圖走到某一步發(fā)現：哎呀，出現“色帶”了！退回去嘛，配置成16位/通道再來一遍就是了，哈哈哈哈～

 

明白了嗎？樓主為什么要強調圖像、通道這些CG的概念和數據有關？

CG=ComputerGraphic。

這個“計算機”的名頭可不是白給的。

和傳統(tǒng)的圖像相比，數字圖像的確有很多特性和它的數據本質息息相關。

你甚至會發(fā)現數字圖像處理的問題發(fā)展到一定階段，其實本質是數學問題。在Adobe之類的公司，還會專門有叫“算法工程師”的職位，基本不用寫代碼，一心研究算法。

 

大家不用一聽到數學就腿軟，反正我們只負責用，難題都交給那些學數學的好了，嗯哼。

不過樓主一想到，某種意義上，設計界的未來竟然掌握在一群數學家手里，就覺得很。。。反差萌。。。望天。。。

 

接下來，

——什么時候需要用32位/通道？

 

如果你都問出這個問題了，其實就說明你不需要用它了。。。

因為32位/通道，是為了應對更極端的應用場合：處理高動態(tài)范圍（HDR）的照片。

要用的人自然就用了，不用的人完全可以不管它。。。

 

——樓主你是不是想偷懶？你是不是自己都搞不明白就想糊弄過去了��？

呃，被你看穿了。。。

樓主平時的工作完全用不到HDR，所以以下內容完全是查資料后的理解。。。有錯誤的地方還請高人指正。。。

 

--什么是HDR？

 

HDR簡單的說，就是要解決逆光拍照的技術。

 

逆光拍照～困擾了攝影師們多少年的難題～～～

夕陽西下，美女回過頭來嫣然一笑，美��！但是拍出來一看，夕陽是有了，但是美女變成了黑臉包公。。。

 

Why？

 

要講清楚這個問題，首先大家要知道，人的眼睛對亮度的適應性是非常非常厲害的。

自然界的照度（可以簡單理解為平時我們說的亮度，要掰扯這個概念太花時間），變化范圍比你能感覺到的要大的多。從月光下的1個lx以下，到夏天大太陽下的20Klx以上，最大值和最小值能相差幾十萬倍！

 

人眼對此表示，自動適配毫無壓力！這個就叫做動態(tài)范圍大。

 

目前，地球上的所有相機，不管是膠片的還是數碼的，不管是CCD還是CMOS，也不過多么高級，跟人眼比動態(tài)范圍，那都只有抱大腿的份！

所以，照相的時候，如果取景器里同時有高亮的物體（夕陽），又有低亮度的物體（逆光的人），相機就只能將就其中一個。顧得上夕陽，就顧不上人。人像的曝光值合適了，夕陽又會過曝。

也不一定非要是逆光，只要照片的高亮部分和低亮部分亮度差異太大，相機的曝光設置就會出現熊掌和魚翅不能兼得的問題。

 

怎么辦？傳統(tǒng)方案有：加閃光燈、反光罩（增加前景物體的亮度），鏡頭前加濾鏡（減低背景天空的亮度）。膠片時代還有暗房的局部加減光技術可以彌補一下。PS里也有和暗房技術類似的Dodge和Burn兩個工具。但是這些手段都各有各的問題，局限性也比較大。

 

隨著這些年數碼相機技術的飛速發(fā)展，原來的許多攝影技術難題都解決得七七八八了。高像素、變焦、防水，都不再新鮮。2003年佳能的EOS300D面世，更把數碼單反也拉下了神壇。做相機的廠商，那個愁啊～還有什么能當賣點的？對了，逆光拍照還是個難題，弄這個！

 

于是，從2004年開始，各大品牌的相機都推出了自己的新技術，雄心壯志要搞定這個難題。這些新技術，就被業(yè)界統(tǒng)一視為高動態(tài)范圍（High-DynamicRange，簡稱HDR）相關技術。HDR這個名詞正式開始進入消費者視野。

 

現在一晃十年過去了，就連手機用的攝像頭，也有很多號稱采用了HDR技術。效果嘛，應該說有明顯進步，但依然是遠遠不夠滴。當然這也不能怪他們。同志們，硬件的每一次進步，都是在嘩嘩的燒錢�。∷曰局荒苁桥佬袆游锏乃俣�，一步一步往前蹭。。。

 

但是軟件就不一樣了！

Photopshop說，我們2005年的CS2就用軟件辦法搞定了HDR問題好不啦！效果岡岡滴！還不用多花錢！

 

其實軟件的HDR原理很簡單。

舉個例子。夕陽下的街道，因為街道被高樓擋住了陽光，所以正常曝光的照片（圖①），為了兼顧天空和街道，天空有點太亮了，街道又太黑。

于是，我們可以把曝光量調高一檔，專門拍街道，獲得陰影部分的細節(jié)（圖②）。再把曝光量調低一檔，得到天空的正確曝光圖片（圖③）。得到這三張照片后，用PS合并一下，把最佳狀態(tài)的天空和街道拼合到一張照片上，Bingo！

那么它和32-bpc又有什么關系呢？

 

我們來觀察一下圖②的天空部分。由于過曝，畫面已經一片白了。這個白，用PS的拾色器查看一下，是8-bpc下的純白色（R255，G255，B255），就是說信號已經滿格了。但如果用眼睛看，天空事實上是很漂亮的漸變顏色。也就是說，天空有很多細節(jié)信息超出了圖②能顯示的范圍。

 

軟件解決HDR的辦法，就是把所有細節(jié)信息收集起來，比如街道的細節(jié)、天空的細節(jié)，放到同一個筐里，然后挑選出我們需要的部分，拼成一幅完美的圖像。

這個筐，就得足夠大，容量至少得大于圖①+圖②+圖③。它不但要保存從0到255之間的、能顯示出來的信息，還要保存超出顯示范圍的高亮信息，以供后期處理。

 

--32-bpc就是為此而生。

它采用了浮點型的數據類型，RGB的0到255的變化被0到1取代，并且最高可以到20。也就是說，32-bpc圖像的亮度可以是8-bpc圖像的20倍，雖然在顯示器上看可能都是一片白，但其實它在白色的背后還保存了很多細節(jié)。

 

可以看到，圖①、圖②和圖③在PS里拼合后，形成了新的32-bpc的HDR圖像。但這只是把圖①到圖③（其實還可以更多幅）扔到了筐里而已，至于怎么挑，還需要手動調整。32-bpc下保存的豐富細節(jié)，就為這種調整提供了充裕的余地。

下一步，把32-bpc圖像轉換成8-bpc的圖像的過程，就是一個挑選的過程。這時，PS會保留你需要的細節(jié)，同時扔掉那些不再需要的。下面的界面就是在問你：大哥，怎么扔？

 

經過如此這般調整后的HDR圖像，直觀上的對比度可以做得很高，銳度也高，細節(jié)可以非常豐富，由此實現一種普通圖像無法實現的效果。甚至有人還專門追求這種HDR風格，把本來不是HDR的照片也P成這樣。。。

 

是不是還有點暈？

再打個比方。

如果你有女朋友就明白了，女生買回家的衣服一定比穿上身的多。。。

你看到的只是一身漂亮衣服，其實背后是整整一個大衣柜！還不算各種包包鞋子圍巾腰帶。。。

不要說浪費，這樣才能隨便挑啊，才能每天都漂漂亮亮出門啊啊啊～（寫到這里樓主好想去逛街。。。話說我到底是為了啥下了班還孤零零的一個人在這兒敲字。。。

 

相比之下，32-bpc比8-bpc、16-bpc多占用的那點存儲空間算什么呢？好歹低碳環(huán)保零污染，而且還是免費的~

 

吐槽結束。

最后再簡單總結一下，16-bpc和32-bpc，都是為了做后期。

如果用PS畫插畫，用8位深度。修照片，用16位深度。處理HDR圖片，用32位深度。

 

。。。寫了這么一大篇，居然就得出了和百度沒啥兩樣的結論，樓主突然感覺好心塞。。。

 

好了，基本RGB的疑難雜癥都掃光了。

下一章開講PS里的RGB拾色器~ 跟這一章比起來明顯輕松愉快多了~

 

下次再見~