顏色知識(shí)，RGB顯色系統(tǒng)詳解（下）(3)

之前寫(xiě)的幾篇：

顏色知識(shí)，RGB顯色系統(tǒng)詳解（上）

顏色知識(shí)，RGB顯色系統(tǒng)詳解（中）

今天繼續(xù)高冷的燒腦內(nèi)容：

——為什么PS要有16位/通道和32位/通道的顏色深度設(shè)置？

 

為了防止看到最后有人看暈，先來(lái)一個(gè)簡(jiǎn)單粗暴的比喻：

我們小時(shí)候參加數(shù)學(xué)考試都要帶草稿紙的對(duì)不對(duì)？

對(duì)改卷子的老師來(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，如果單靠心算，要么只能給一個(gè)估算的大概值，要么就算著算著算錯(cuò)了（答題從來(lái)不用打草稿的學(xué)霸請(qǐng)走開(kāi)）。。。

 

其實(shí)，16位/通道和32位/通道這些額外增加的數(shù)據(jù)深度，以及前面介紹的Alpha通道，就是給計(jì)算機(jī)發(fā)的草稿紙！是給計(jì)算機(jī)打草稿用的！

它們對(duì)24位色的顯示器本身（相當(dāng)于考卷）是沒(méi)有意義的，但是對(duì)于承擔(dān)數(shù)據(jù)處理工作的計(jì)算機(jī)卻很有意義，Over。

 

簡(jiǎn)單說(shuō)，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(huà)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(méi)有被滿足的同學(xué)請(qǐng)繼續(xù)看。

 

具體什么是16位/通道數(shù)據(jù)深度？

 

24位色，是目前RGB顯示器（注意是顯示器，不是電腦）的標(biāo)配，意思是RGB信號(hào)分別分配了8位的數(shù)據(jù)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(xiě)表示）。

 

如果是16位/通道，就是R/G/B分別有16位數(shù)據(jù)深度。

——其實(shí)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(yīng)該是15×3=45位色了。（不要問(wèn)我為啥叫16-bpc實(shí)際上只有15-bpc。。。樓主也不知道。。。）

 

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

 

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

一個(gè)是指每個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)有4個(gè)通道（RGB+Alpha），每個(gè)通道有8位。

另一個(gè)，則是指每個(gè)通道有32位數(shù)據(jù)，單個(gè)通道的數(shù)據(jù)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(xué)理工的人起名字就是這個(gè)德行，你懂的。。。

好了，基本情況介紹完畢。

 

至于大家最關(guān)心的問(wèn)題“什么時(shí)候需要用16位/通道的設(shè)置”，所有網(wǎng)上能搜到的中文答案都是這么說(shuō)的：平時(shí)就用8位/通道，就行了！

 

嗯，這么說(shuō)是沒(méi)錯(cuò)的。但是樓主這樣鉆牛角尖的人怎么會(huì)滿足于這種小白答案？！咱繼續(xù)。

 

——16位/通道是干嘛用的？

 

簡(jiǎn)單說(shuō)，為了避免對(duì)24位色圖像的后期處理出現(xiàn)“色帶”問(wèn)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(lèi)），24位色就是顯示器的標(biāo)準(zhǔn)配置。也就是說(shuō)，計(jì)算機(jī)傳送給顯示器的數(shù)據(jù)一定是24位的。超出24位的數(shù)據(jù)，顯示器都不知道該拿它們?cè)趺崔k。。。

 

但這是僅僅是對(duì)顯示系統(tǒng)而言的。電腦不僅要存儲(chǔ)、顯示圖像，還要對(duì)圖像做各種修改、編輯，也就是對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理。這樣24位的數(shù)據(jù)深度就不再夠用了。

 

樓主舉個(gè)跟錢(qián)有關(guān)的例子。

你的信用卡平時(shí)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(qián)都會(huì)還整錢(qián)，比如上面的￥119.34元就會(huì)干脆還120塊。既然我們只關(guān)心到整數(shù)的精度，可不可以記賬的時(shí)候就直接四舍五入、化零為整了？——試問(wèn)哪家銀行敢這么干？一次兩次就算了，一個(gè)月下來(lái)，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(shuō)，記賬的時(shí)候，我們需要的是整數(shù)，但計(jì)算的時(shí)候會(huì)保留兩位小數(shù)，避免誤差在計(jì)算中的累積，導(dǎo)致最后對(duì)不上帳。

——怎么樣，有點(diǎn)直觀感覺(jué)了嗎？

 

記賬只是加減法。一旦涉及到乘除、求導(dǎo)、指數(shù)等高階計(jì)算，誤差的累積速度更是驚人。

大家試著算一下：1÷3×3=？當(dāng)然大家都知道結(jié)果是1。

但是如果是計(jì)算器算呢？

 

如果你們手上有安卓系統(tǒng)的手機(jī)，請(qǐng)打開(kāi)手機(jī)里的計(jì)算器來(lái)算一下，得到的答案是0.99999999。。。

因?yàn)槭謾C(jī)計(jì)算器計(jì)算過(guò)程中，會(huì)保留8位小數(shù)，所以1÷3=0.33333333。再乘以3，就是0.9999999。。。不過(guò)，好歹誤差還是遠(yuǎn)低于千分之一的，一般應(yīng)用里足夠了。

 

這是不是有點(diǎn)顛覆你的感覺(jué)？計(jì)算機(jī)其實(shí)很笨，對(duì)一些簡(jiǎn)單問(wèn)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(shù)值結(jié)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(píng)果手機(jī)或者電腦上的計(jì)算器算，就還是等于1。我覺(jué)得這兩家的工程師應(yīng)該是專(zhuān)門(mén)優(yōu)化了這個(gè)算法。谷歌的工程師們加油啊。。。）

 

如果再極端一點(diǎn)，看看整個(gè)計(jì)算的中間過(guò)程，如果只能保留整數(shù)位會(huì)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(jié)果就是，1÷3×3=0！這是什么鬼？！

——這就是中間值沒(méi)有使用小數(shù)帶來(lái)的誤差悲劇。

 

所以，當(dāng)參與計(jì)算的數(shù)據(jù)是N+1位時(shí)，能得到的精確值最多只能到N位。這就是被一門(mén)叫做《數(shù)值計(jì)算方法》的學(xué)科里提出的“有效數(shù)字”的概念。

——說(shuō)人話��！

——好。一個(gè)24位色的圖像，是標(biāo)準(zhǔn)的8-bpc數(shù)據(jù)深度。如果要對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，計(jì)算機(jī)內(nèi)部計(jì)算用的數(shù)據(jù)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(kāi)始就選擇為16位精度！否則，在軟件進(jìn)行內(nèi)部計(jì)算的時(shí)候，如果參與計(jì)算的數(shù)據(jù)位數(shù)不夠，就有可能造成下面的“色帶”現(xiàn)象：

出現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象的原因，在于第一步開(kāi)始?jí)嚎s色階輸出范圍的時(shí)候，過(guò)渡色的細(xì)節(jié)信息被“壓縮”了，變成了一片色差很小的灰色。由于在計(jì)算機(jī)里由于沒(méi)有分配空間存儲(chǔ)這些被“壓縮”的信息，這些細(xì)節(jié)只好被扔掉。恢復(fù)色階后，這些信息也沒(méi)地方找回來(lái)，所以只能恢復(fù)一個(gè)大概。這樣，大量的過(guò)渡色被“吃掉”，最終形成“色帶”。

那么，如果做這個(gè)計(jì)算的時(shí)候，有“草稿紙”能暫時(shí)記一下中間數(shù)據(jù)，不就能把丟失的細(xì)節(jié)找回來(lái)了？大家可以自己在PS動(dòng)手驗(yàn)證一下，如果采用16-bpc的設(shè)置，則可以幾乎完好無(wú)損的恢復(fù)原圖。這就是因?yàn)?6-bpc的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間比8-bpc大了整整一倍的緣故，被“壓縮”的細(xì)節(jié)信息有地兒暫存，恢復(fù)色階的時(shí)候就可以原地滿血復(fù)活。

 

如果你之前曾遇到“色帶”問(wèn)題，是不是百思不得其解？吼吼，現(xiàn)在明白了嗎？

 

但是！如果不管三七二十一，任何工作都設(shè)置為16-bpc，也會(huì)有別的問(wèn)題。

16-bpc的設(shè)置下，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間翻倍，文件的大小也翻倍了。也因此計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理的工作量也大大增加了，如果文件數(shù)據(jù)本身就很大，處理數(shù)據(jù)的速度會(huì)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(duì)此的推測(cè)是，其實(shí)沒(méi)什么別的原因，就是計(jì)算量太大了，搞不過(guò)來(lái)。并且，為了在16-bpc里盡可能多的使用濾鏡，把16-bpc的實(shí)際數(shù)據(jù)量降到了15-bpc，只是保留了原來(lái)16-bpc的名字。以上只是推測(cè)，有沒(méi)有高人有Adobe的內(nèi)部消息的，跟樓主悄悄說(shuō)一下:D

 

而且我知道有些畫(huà)手，在PS里圖層的數(shù)量動(dòng)不動(dòng)以百位計(jì)，經(jīng)常把電腦搞死機(jī)。如果動(dòng)不動(dòng)就發(fā)大招，采用16位數(shù)據(jù)深度，電腦工作的負(fù)擔(dān)翻了好幾倍，有些老機(jī)器不是要卡成狗？

 

實(shí)際上，你完全可以在使用PS的過(guò)程中在8bit/channel和16bit/channel的之間來(lái)回切換（圖像->模式）。只有在你感覺(jué)可能需要使用較深的數(shù)據(jù)深度的情況下，再用16-bpc的設(shè)置。

 

那么問(wèn)題來(lái)了，

----什么是“可能需要使用較深的數(shù)據(jù)深度的情況”？

 

1.有漸變顏色的地方，特別容易出現(xiàn)“色帶”。

比如照片里面的藍(lán)天、水面，UI里面用過(guò)渡顏色填充的背景，等等。因?yàn)闈u變的顏色，從原理上說(shuō)，每一個(gè)色塊之間的色差應(yīng)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(huì)出現(xiàn)“色帶”。

所以，照片是出現(xiàn)“色帶”的重災(zāi)區(qū)。對(duì)攝影師們來(lái)說(shuō)，對(duì)照片修片還是盡量用16-bpc設(shè)置為好。此外，JPEG格式只支持8-bpc數(shù)據(jù)深度，而RAW格式支持16-bpc。為了在后期有更大的調(diào)整空間，拍照還是應(yīng)該保存為RAW格式。

（圖上的右邊例子里，原圖已經(jīng)出現(xiàn)了輕微的“色帶”）

 

2.帶文字的畫(huà)面。

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

 

如果你處理的圖像是動(dòng)畫(huà)、插畫(huà)風(fēng)格的，色彩變化劇烈、漸變顏色填充用得少，這個(gè)問(wèn)題就不會(huì)很明顯。

如果是尺寸比較小、大面積純色用得多的類(lèi)型，比如logo之類(lèi)，也完全不用擔(dān)心這個(gè)問(wèn)題，選擇用8位數(shù)據(jù)精度一點(diǎn)事兒也沒(méi)有。

比如駝灰灰這樣的：

 

對(duì)樓主這樣的懶人來(lái)說(shuō)，平時(shí)一概用默認(rèn)的8位/通道設(shè)置。

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

 

明白了嗎？樓主為什么要強(qiáng)調(diào)圖像、通道這些CG的概念和數(shù)據(jù)有關(guān)？

CG=ComputerGraphic。

這個(gè)“計(jì)算機(jī)”的名頭可不是白給的。

和傳統(tǒng)的圖像相比，數(shù)字圖像的確有很多特性和它的數(shù)據(jù)本質(zhì)息息相關(guān)。

你甚至?xí)l(fā)現(xiàn)數(shù)字圖像處理的問(wèn)題發(fā)展到一定階段，其實(shí)本質(zhì)是數(shù)學(xué)問(wèn)題。在Adobe之類(lèi)的公司，還會(huì)專(zhuān)門(mén)有叫“算法工程師”的職位，基本不用寫(xiě)代碼，一心研究算法。

 

大家不用一聽(tīng)到數(shù)學(xué)就腿軟，反正我們只負(fù)責(zé)用，難題都交給那些學(xué)數(shù)學(xué)的好了，嗯哼。

不過(guò)樓主一想到，某種意義上，設(shè)計(jì)界的未來(lái)竟然掌握在一群數(shù)學(xué)家手里，就覺(jué)得很。。。反差萌。。。望天。。。

 

接下來(lái)，

——什么時(shí)候需要用32位/通道？

 

如果你都問(wèn)出這個(gè)問(wèn)題了，其實(shí)就說(shuō)明你不需要用它了。。。

因?yàn)?2位/通道，是為了應(yīng)對(duì)更極端的應(yīng)用場(chǎng)合：處理高動(dòng)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(guò)去了�。�

呃，被你看穿了。。。

樓主平時(shí)的工作完全用不到HDR，所以以下內(nèi)容完全是查資料后的理解。。。有錯(cuò)誤的地方還請(qǐng)高人指正。。。

 

--什么是HDR？

 

HDR簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是要解決逆光拍照的技術(shù)。

 

逆光拍照～困擾了攝影師們多少年的難題～～～

夕陽(yáng)西下，美女回過(guò)頭來(lái)嫣然一笑，美��！但是拍出來(lái)一看，夕陽(yáng)是有了，但是美女變成了黑臉包公。。。

 

Why？

 

要講清楚這個(gè)問(wèn)題，首先大家要知道，人的眼睛對(duì)亮度的適應(yīng)性是非常非常厲害的。

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

 

人眼對(duì)此表示，自動(dòng)適配毫無(wú)壓力！這個(gè)就叫做動(dòng)態(tài)范圍大。

 

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

所以，照相的時(shí)候，如果取景器里同時(shí)有高亮的物體（夕陽(yáng)），又有低亮度的物體（逆光的人），相機(jī)就只能將就其中一個(gè)。顧得上夕陽(yáng)，就顧不上人。人像的曝光值合適了，夕陽(yáng)又會(huì)過(guò)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(jī)的曝光設(shè)置就會(huì)出現(xiàn)熊掌和魚(yú)翅不能兼得的問(wèn)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(shí)代還有暗房的局部加減光技術(shù)可以彌補(bǔ)一下。PS里也有和暗房技術(shù)類(lèi)似的Dodge和Burn兩個(gè)工具。但是這些手段都各有各的問(wèn)題，局限性也比較大。

 

隨著這些年數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，原來(lái)的許多攝影技術(shù)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(shù)碼單反也拉下了神壇。做相機(jī)的廠商，那個(gè)愁啊～還有什么能當(dāng)賣(mài)點(diǎn)的？對(duì)了，逆光拍照還是個(gè)難題，弄這個(gè)！

 

于是，從2004年開(kāi)始，各大品牌的相機(jī)都推出了自己的新技術(shù)，雄心壯志要搞定這個(gè)難題。這些新技術(shù)，就被業(yè)界統(tǒng)一視為高動(dòng)態(tài)范圍（High-DynamicRange，簡(jiǎn)稱(chēng)HDR）相關(guān)技術(shù)。HDR這個(gè)名詞正式開(kāi)始進(jìn)入消費(fèi)者視野。

 

現(xiàn)在一晃十年過(guò)去了，就連手機(jī)用的攝像頭，也有很多號(hào)稱(chēng)采用了HDR技術(shù)。效果嘛，應(yīng)該說(shuō)有明顯進(jìn)步，但依然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠滴。當(dāng)然這也不能怪他們。同志們，硬件的每一次進(jìn)步，都是在嘩嘩的燒錢(qián)��！所以基本只能是爬行動(dòng)物的速度，一步一步往前蹭。。。

 

但是軟件就不一樣了！

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

 

其實(shí)軟件的HDR原理很簡(jiǎn)單。

舉個(gè)例子。夕陽(yáng)下的街道，因?yàn)榻值辣桓邩菗踝×岁?yáng)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(diǎn)太亮了，街道又太黑。

于是，我們可以把曝光量調(diào)高一檔，專(zhuān)門(mén)拍街道，獲得陰影部分的細(xì)節(jié)（圖②）。再把曝光量調(diào)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(guān)系呢？

 

我們來(lái)觀察一下圖②的天空部分。由于過(guò)曝，畫(huà)面已經(jīng)一片白了。這個(gè)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(shuō)信號(hào)已經(jīng)滿格了。但如果用眼睛看，天空事實(shí)上是很漂亮的漸變顏色。也就是說(shuō)，天空有很多細(xì)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(xì)節(jié)信息收集起來(lái)，比如街道的細(xì)節(jié)、天空的細(xì)節(jié)，放到同一個(gè)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(gè)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(lái)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(diǎn)型的數(shù)據(jù)類(lèi)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(shuō)，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(shí)它在白色的背后還保存了很多細(xì)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(shí)還可以更多幅）扔到了筐里而已，至于怎么挑，還需要手動(dòng)調(diào)整。32-bpc下保存的豐富細(xì)節(jié)，就為這種調(diào)整提供了充裕的余地。

下一步，把32-bpc圖像轉(zhuǎn)換成8-bpc的圖像的過(guò)程，就是一個(gè)挑選的過(guò)程。這時(shí)，PS會(huì)保留你需要的細(xì)節(jié)，同時(shí)扔掉那些不再需要的。下面的界面就是在問(wèn)你：大哥，怎么扔？

 

經(jīng)過(guò)如此這般調(diào)整后的HDR圖像，直觀上的對(duì)比度可以做得很高，銳度也高，細(xì)節(jié)可以非常豐富，由此實(shí)現(xiàn)一種普通圖像無(wú)法實(shí)現(xiàn)的效果。甚至有人還專(zhuān)門(mén)追求這種HDR風(fēng)格，把本來(lái)不是HDR的照片也P成這樣。。。

 

是不是還有點(diǎn)暈？

再打個(gè)比方。

如果你有女朋友就明白了，女生買(mǎi)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(shí)背后是整整一個(gè)大衣柜！還不算各種包包鞋子圍巾腰帶。。。

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

 

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

 

吐槽結(jié)束。

最后再簡(jiǎn)單總結(jié)一下，16-bpc和32-bpc，都是為了做后期。

如果用PS畫(huà)插畫(huà)，用8位深度。修照片，用16位深度。處理HDR圖片，用32位深度。

 

。。。寫(xiě)了這么一大篇，居然就得出了和百度沒(méi)啥兩樣的結(jié)論，樓主突然感覺(jué)好心塞。。。

 

好了，基本RGB的疑難雜癥都掃光了。

下一章開(kāi)講PS里的RGB拾色器~ 跟這一章比起來(lái)明顯輕松愉快多了~

 

下次再見(jiàn)~