摄影技术 【原创】浅谈显示器色彩校正

[william06]

响应老Z斑竹的号召，先来一篇，俺尽量写得简单易懂些，如果有不足之处，请指正。这里专家多多，班门弄斧，献丑了



一、 光和色彩

（本章节针对非专业人士，专业人士建议跳过）

人眼能看到的就是红橙黄绿青蓝紫这七色光。现代的摄影摄像电视等技术都是围绕着如何捕捉这些光，然后再真实地还原这些色彩而设计的。

电脑显示器是通过像素发光产生颜色，如果你用放大镜靠近观察亮着的电脑显示器屏幕，就会发现其表面分布着很多发光点或线，只有红绿蓝三种颜色。所有单元都不发光是黑色，所有单元都发光就是白色。其他颜色是由红绿蓝按不同比例组合形成，比如黄色由红绿单元同时发光合成。也就是说，对于发光产生色彩的设备来说，红绿蓝是三元色。其他颜色由这三个颜色的光叠加产生，所以RGB色彩合成方式又叫加法混色法，如下图所示：



和显示器相反，照片不发光，但反射光。白纸因为反射所有七色光，所以呈白色。大家一定都记得水彩绘画时的三种基本颜料红黄蓝吧。红色颜料就是因为吸收其他光线，反射红光为主，所以呈红色。蓝色颜料就是因为吸收其他光线，反射蓝光为主，所以呈蓝色。那么你说，如果把红蓝颜料混合，红色颜料会吸收蓝光，而蓝色颜料吸收红光，如果光都被吸收掉了，是不是就呈黑色了呢？原理上如此，但是实际上，没有一种颜料的颜色是纯的，不可能吸收全部光线，而且反射光中还夹杂着少量其他光线。因此，红蓝颜料混合后，那部分光线被反射，我们看到的是紫色。这种发光颜料在白板上混合产生颜色的方式和前面的光源混合方式正好相反，颜料种类越多，光线吸收的越多反射的越少，色彩也就越浓暗。这种混色方式专业上称为减法混色法。

在彩色打印领域，由于用于的油墨和用于绘画的颜料具体成分不同，它使用青、洋红、黄、黑四原色 (CMYK)。理论上，青色、洋红色和黄色的油墨涂在白底上，油墨会结合而吸收所有光线，然后产生黑色。而实际上还是有部分光被反射而产生很暗的棕色。所以除了青色、洋红色和黄色之外，还会加入黑色以平衡色彩的偏差。



加法混色和减法混色是最基本的两种混色机理，RGB和CMYK只是针对人类可见光的两种具体混合方式。实际应用中，混合方式并不唯一，各类应用根据色彩还原的精度需求选择其需要的色彩元素。一般采用的元素色越多，还原出来的色彩就能越贴近实际色彩。

[william06]

二、 色彩空间和色域

（本章节针对非专业人士，知识普及类的，专业人士可以跳过）

如前一章节所述，人们可以通过各种混合模型中的元色的混合来获取可见光中的各种色彩。那么，为了量化研究色彩，人们可以使用一组数字来表示某个颜色。

拿RGB模型为例，如果用０表示没有光，１０表示光线最强，那么：
黑色就是（红光＝０，　绿光＝０，　蓝光＝０　），ＲＧＢ数值就是（０，　０，　０　）；
白色就是（红光＝１０，绿光＝１０，蓝光＝１０），ＲＧＢ数值就是（１０，１０，１０）；
以次类推，最红色是ＲＧＢ（１０，０，０），最蓝色是ＲＧＢ（０，０，１０）。。。。。。
用这个模型，原理上，一张照片就可以用ＲＧＢ数值，以某个分辨率（比如８００Ｘ６００），按点的方式顺序存入存储介质。

在显示器里，每个点只要红绿蓝色按上述比例混合，就能实现照片的显示。但是，你可能会问，这个红色ＲＧＢ（１０，０，０）到底有多红，因为自然界的红色有很多。这个俺定义的ＲＧＢ数字不能告诉你任何可以与其他实际东西进行比较的信息。所以说，这个ＲＧＢ的色彩模型是抽象的。

简单的说，将这种抽象的模型和实际的色彩建立联系和对应，就形成了色彩空间。

最常用的色彩空间是sRGB，它是由微软与惠普共同定义的针对显示器、打印机以及网上应用的一种标准RGB 色彩空间，现在已经被很多行业和企业广泛使用。消费市场的DC采用的就是sRGB色彩空间。

Adobe RGB是另一个基于ＲＧＢ但针对专业图像编辑领域的色彩空间。

对于每一个色彩空间，其能表达的所有颜色的集合叫做色域。上述两个ＲＧＢ空间相比，Adobe RGB的色域比sRGB要大要广，也就是说，它包含的颜色比sRGB要多，这也是其比sRGB更适合于专业图像编辑的原因。和这些规范定义的色彩空间比，每个实际光学物理设备，比如照相机、显示器或打印机，都有其能捕捉或显示的色彩的限制，也就是说，这些光学设备也有其工作的色域。一般来说，DSLR的色域比sRGB要大，和Adobe RGB可以比拟。普通显示器的色域和sRGB相仿，某些专业显示器的色域能和Adobe RGB差不多。而喷墨打印机的色域主要是由其油墨和相纸决定，直接使用的是CMYK色彩空间。

现在大家用的电脑，显示器和显示卡品牌型号众多。如果大家到大的电脑店，比如Future Shop里看看，同样的内容，在不同显示器上的颜色或多或少有点差别。即使是同样型号的显示器，在亮度和对比度等设置不同的情况下，颜色区别也可能很大。在没有色彩校正过的显示器上，这个是十分正常的了。

[william06]

三、 色温


色温可以理解为一个十分形象的概念。当钢铁刚刚烧热时是暗红色的，继续加热，变成红色的了，再继续就变黄，最后炙热到接近白色。彩色的光从红色这边经过黄蓝绿青蓝到紫色这端，波长都是连续的，光子的能量也相对应的从低到高慢慢变化。物理学上就用辐射理论定义了一个开尔文温度（K），就是那个光源的色温。下面有些常见的例子：

1850 K: 蜡烛
2800 K: 钨灯 (白炽灯)
4100 K: 月光
5000 K: 日光 （1）
5500 K: 电子闪光
6420 K: 氙弧灯
6500 K: 日光（2）
9300 K: 电视屏幕

前面已经说了，很多物体都是通过反射来产生颜色的。所以说，如果光源本身有颜色的话，那么你看到的白纸的“白”就有点变化了，日光下的颜色和白炽灯下的颜色十分不同。

对电脑显示器进行校正也要首先选择色温，一般都以选择日光色温最常见。专业应用里比较常用的标准是采用D50(美国标准)或D65(欧洲标准)，也就是以5000K或者是6500K的设置进行校正。

如果各位拿不定主意，可以看看哪个颜色下你认为比较接近日光下的白色，俺个人比较喜欢6500K。

[william06]

四、非线性视觉


人眼看到的光的亮度并不是线性的，意思就是看到的20W的灯泡的亮度并不是10W灯泡亮度的两倍，而是就1倍多一丁点。因为这，人眼的视觉动态范围是很大的，比如大晴天，你可以看到阳光直射下的东西的细节，同时也能区分出树木背光处的细节。

电脑显示器根据人的视觉原理模拟实际颜色时，有一个非线性的参数，叫做Gamma。大多数显示器的偏色就是因为Gamma没有校正好。看下图：



左边这个在没校正过的显示器上可能看上去色彩正好，中间这个在校正过的显示器上应该正好，右边这个在线性的显示器上看正好（大家应该不会觉得这个色彩正好的）。

关于Gamma的设置，MAC（苹果机）推荐使用的是1.8；PC原先推荐使用的是2.5，但现在大多数应用包括Windows都是用2.2。这个只是推荐值，实际应用中，你可以选1.8，2.0，2.2，。。。根据你喜欢。一般如果图片要放到网上看，建议使用折衷值2.0，这样颜色不会太浓也不太淡。

[william06]

五、数码照相机和电脑监视器技术

数码照相机的传感器是线性的，如果各位用RAW拍摄，也不作非线性曲线调整，直接输入到应用软件，看到的就是类似前面最后一张那样的色彩平淡的照片。如果是用JPG拍摄的，相机内部已经自动做了非线性曲线调整，但是一般直接输出的结果大多会不满意，色彩和真实看到的或多或少都有些差异，只能后期通过曲线调整了。。。

电脑监视器/显示器，前面一章已经略带讲过了Gamma的设置。现实中，光知道Gamma还不能精确地校正颜色，因为红绿蓝三个信号是分别输出的，因为实际器件的误差，没有校正的显示器很多都不能做到三个的输出的幅度在各个亮度都一致，所以你可能看到灰色不纯，有色差。这个一般要对显示器的红绿蓝分别校正才行。

[william06]

六、电脑显示器的色彩校正

校正显示器的目的主要是：
1，首先让你的显示器能够从黑到白分辨出所有灰度：见下图


注释：如果你的显示器是按PC Gamma 2.2设置的话，应该能分辨上面所有的方块。如果是设置在1.8或2.0的，那么暂时忽略这个图，俺以后再补充。

2，其次是消除色差，让颜色精确纯正
3，让同一张照片在不同显示器看到的色彩相同
4，让送出去打印的照片色彩和你显示器看到的相同

校正显示器的原理和方法：
主要有硬件校正和软件校正两种方法。
硬件校正时，需要将一个测光传感器紧贴屏幕，同时校正软件会再屏幕上从暗到亮逐步显示红绿蓝灰各种颜色，通过比较传感器感应的色彩亮度和软件产生的色彩亮度，就可以得到每个色彩在各个梯阶需要补偿的值，从而产生一个显示器的ICC配置文件．
软件校正一般比较简单，因为人眼无法数字化测量色彩，所以就只校正白平衡和GAMMA曲线中间这个点．同样能产生一个显示器的ICC配置文件．

当ICC文件产生以后，无论是硬件校正还是软件校正，其自带的软件都会安装一个LOADER功能的程序（各个厂家的叫法有点不同），其作用就是当系统启动的时候，检测到显示器以后，将自己对应的矫正数据补偿到显示卡里．比如，原来显示卡输出的红色（１２８）在屏幕上显示出来只有红色（１２０），而原来显卡输出的红色（１３６）在屏幕上能得到红色（１２８）．那么，在补偿的时候，LOADER程序会在显卡的红色（１２８）上（＋８）补偿．这样，各类应用程序输出红色（１２８）到显卡的时候会自动补偿为显卡（１２８＋８＝１３６），然后到屏幕上就得到输出红色（１２８）．

由于各个校正方法都有自己的LOADER，切忌同时安装多个校正系统，因为他们相互之间会产生干扰。如果每个都来个（＋８）补偿，或者在其他软件校正的基础上进行再次校正，最后误差累计将相当大，这样得到颜色可能会很出人意料

软件校正
免费的矫正软件有Quick Gamma:
http://www.quickgamma.de/indexen.html
俺没用过，所以如果想用Quick Gamma的话，请到上面的网站去看看。

俺用过Adobe Photoshop带的Adobe Gamma，这个是在安装Photoshop后自动安装到电脑的控制面板内的程序。下面是矫正的步骤：
准备工作：
（1）在矫正前，关掉屏幕保护程序，并让显示器点亮一个小时以上。这个主要是因为刚上电时，显示器工作状态还不稳定，色彩可能有点偏差；
（2）确保室内环境光是你工作时最常用的状态，因为这个校正需要你用目测，环境光的强弱、色彩等因素对结果有一定影响。
（3）把屏幕背景图片关闭，调成单一的纯灰色（RGB数值都是128）
（4）设置好你屏幕的分辨率，并调节好屏幕的各种设置（显示器上可以调节的可能有：大小尺寸，水平校正，垂直校正，色温控制，线性控制，聚焦控制等等）。如果你将来改变屏幕分辨率和这些设置，那么需要重新校正显示器。
校正工作：

（1）从控制面板里启动Adobe Gamma，会有两个选项（a）Step by Step; （b）Control Panel; 选择（b）Control Panel，并继续




（2）调节显示器的亮度（brightness）和对比度（contrast）：首先应该能看到下面这个图




首先调节对比度（contrast）到最大；然后调节亮度（brightness），使图中两个长条中的：
（i）上面的长条里的灰色方块的颜色尽量接近黑色方块的颜色，但要仍然能够刚好用肉眼分辨；
（ii）同时，下面白色的长条应当尽量的白。
见下图：




图中：
A 的上面长条里灰色方块太亮（原因是亮度太高）
B 的上面长条里灰色方块太暗以至于分不出与黑色的区别，而且下面长条里白色不够亮（原因是亮度太低）
C 的调整应该正好。


（3）选择屏幕荧光粉（Phosphors）类型
荧光粉这个概念主要是对老式显像管CRT显示器来说的。这里主要是让用户选择显示器的色域，对CRT来说就是荧光粉类型决定的，而LCD就另当别论了。一般最常用的是EBU/ITU和Trinitron。你可以去查查显示器的工作手册，如果还不知道该选什么的话就选EBU/ITU比较保险。



（4）校正中间色
这需要用户用眼观察并调节中间色的亮度也就是灰色RGB(128,128,128)色的亮度。缺省是三个颜色一起调，这个时候你看到一个调节方块，微调下面的滑动控制，让方块中间的灰色能够尽量融入外框的色彩中（这个时候，俺发现眼睛离开屏幕远点会比较有帮助）。见下图：

图中，左侧这个是没有正确调节的，右边那个是调节好的，大家参照一下。

如果显示器偏色严重，你也可以选择红绿蓝三色单独调，原理和方法与单色没有区别，但需要调的变成了三个单色的方框，这对用户色彩识别的精度是一个挑战。


（5）选择Gamma
一般情况，PC（Windows）系统都选择2.2；MAC（MAC OS）系统都选择1.8。如果你的机器只编辑输出到网上，也可以选择2.0。


（6）设置白平衡
需要设置的是显示器的硬件的白输出（white point）：

一般，如果显示器时新的，那可以参照显示器厂家的说明书和显示器当前设置（某些显示器没有这个设置）。如果显示器已经用了一段时间，那么点击右边“measure”进行实测比较好。测试的时候，选择一个你看着更像纯灰色的方块就行了。

（7）选择工作色温
接着选择你希望得到的工作时色温，如前所述，一般选择６５００Ｋ或５０００Ｋ比较多。两个颜色相比，５０００Ｋ比较暖一点，俺觉得，看上去有点偏黄，所以俺选了６５００Ｋ。

最后，保存配置文件就可以了。注意，Adobe Gamma虽然产生的icc配置文件，但是只有当应用软件支持icc色彩管理的时候才管用。这就是说，像IE, FIREFOX之类的WEB 应用程序根本不会受益，只有像PHOTOSHOP之类的图像编辑软件才能看到比较准确的颜色。所以，如果你需要所有应用程序的颜色都能获益，最好选择硬件校正　

[william06]

(续前)

硬件校正
市场上的校正硬件最常见的入门级别的有ＣＯＬＯＲＶＩＳＩＯＮ　ＳＰＩＤＥＲ２　ＥＸＰＲＥＳＳ，ＰＡＮＴＯＮＥ　ＨＵＥＹ　ＣＯＬＯＲ　ＣＡＬＩＢＲＡＴＯＲ，还有一些专业显示器自带的校正硬件。
上面两款都是入门级别的校色仪，参考价ＣＡＤ＄９９。想比之下，虽然ＳＰＩＤＥＲ２校正一次需要大约５分钟而ＨＵＥＹ只要１分钟，但是ＳＰＩＤＥＲ２校正１６个色阶而ＨＵＥＹ只校正１个，所以大多数人都选择ＳＰＩＤＥＲ２。

下面俺以自己的SPIDER2为例，介绍一下硬件校正的过程。


和软件校正相似，需要准备下列工作：
（1）在矫正前，关掉屏幕保护程序，并让显示器点亮一个小时以上；
（2）确保室内环境光是你工作时最常用的状态，因为这个校正需要你用目测，环境光的强弱、色彩等因素对结果有一定影响；
（３）设置好你屏幕的分辨率，并调节好屏幕的各种设置（显示器上可以调节的可能有：大小尺寸，水平校正，垂直校正，色温控制，线性控制，聚焦控制等等）。如果你将来改变屏幕分辨率和这些设置，那么需要重新校正显示器；
（４）察看当前显卡设置，建议使用至少２４ｂｉｔ颜色。在屏幕背景点击右键，选择属性，然后进入下页：


（５）如果是第一次使用，请安装校正软件；


校正工作：
（6）运行spider2的自带校正程序，如下：



（７）选择显示器类型（ＣＲＴ／ＬＣＤ／ＰＲＯＪＥＣＴＯＲ），然后根据要求，如果是ＣＲＴ的，请卸下ＳＰＩＤＥＲ２前的滤色片的架子。（这个架子和滤色片是专为ＬＣＤ设计的，注意，第一版的的ＳＰＩＤＥＲ没有这个架子，不能校正ＬＣＤ显示器，所以如果要在EBAY上买，一定要买现在版本的）；


（8）将显示器的设置恢复到出厂缺省设置，如果没有缺省，把亮度（brightness）设置到最大；

接着调节对比度（contrast），从小到大调，取能够区分下面四个亮方块并且对比度最大的设置：


然后进入下一步，调节亮度，从亮到暗调，最后取刚好能区分出下面四个暗方块的亮度最小的设置：



（9）下一步，选择显示器的色彩控制方式，如果没有，则跳到第10步。有的话，按照提示，将spider2贴到屏幕上，检查红绿蓝输出幅度


如果误差较大，需要调节显示器的色彩控制


然后点击“update”再次测试。经过如此多次纠正后，红绿蓝输出幅度比较接近时就可以进入下一步了。

（10）红绿蓝灰各个阶梯校正，软件会自动进行各个颜色的测试与校正，每个颜色分16个梯阶，校正玩后还会自动进行验证。这个过程不需要人控制，大约3分钟左右。

（11）最后，保存配置文件。至此，校正完毕



七、总结


总体来说，掌握了具体的校正方法以后，无论是软件还是硬件校正都是十分简便易行的。一般只是玩玩photoshop等软件的话，软件校正就够用了。需要经常性的打印输出，对显示器的色彩精度要求比较高，这个时候，最好使用硬件校正。另外，如果希望浏览网页的时候看到精确色彩的照片的话，也只能用硬件校正，因为IE还不支持色彩管理。

显示器用了时间长了以后，内部元件和荧光粉的老化会造成新的误差，这个时候色彩输出响应曲线会引入新的非线性因素，需要硬件校正才能纠正这类问题。另外，所有显示器在用了3年以后，零件老化都比较严重，特别是那些天天开着的。图像公司一般3年就淘汰一批显示器，而对我们普通用户而言，要尽量设置屏幕保护程序。用CRT的，背景最好选择黑的，防止荧光粉老化过快。用LCD的，最好直接选择显示器节电模式，延长背光灯寿命。



(全文完)

[zayne]

沙发从这里开始，必要时我可以让出来。

威廉辛苦，这么早发贴，真的布棉之夜啊？

请大伙儿积极参与交流和讨论，沙发板凳叫好拍砖都是正常的，但希望不要离题太多。

[william06]

作者: zayne

沙发从这里开始，必要时我可以让出来。

威廉辛苦，这么早发贴，真的布棉之夜啊？

请大伙儿积极参与�...

老Z起得真早啊，俺是睡不安稳才起个大早的

尽管沙发搬凳，或者拍砖吧，俺已经把上面的地方先占好了

[millermin]

真是热心专家。

[DragonQXL]

等写完了，再系统的看

[william06]

作者: millermin

真是热心专家。

谢谢

俺不算专家，就是工作上顺便沾了点边

作者: DragonQXL

等写完了，再系统的看

谢谢，大概要写一个星期吧

[500miles]

辛苦辛苦，不过看着这文章的尺寸我已经有点怕怕了

[william06]

作者: 500miles

辛苦辛苦，不过看着这文章的尺寸我已经有点怕怕了

啊？

那么俺就长话短说，争取只把你这个贴挤到第二页

[Beyond]

作者: william06

啊？

那么俺就长话短说

增加点用光的方法和技巧就更好了.
好象有点跑题了?!

[500miles]

作者: william06

啊？

那么俺就长话短说，争取只把你这个贴挤到第二页

俺时说你这个写得太好不利于建立和谐社会

[william06]

作者: Beyond　

增加点用光的方法和技巧就更好了.
好象有点跑题了?!

俺这个主要是解释显示器色彩校正的必要性和方法，色彩和色彩空间什么的是矫正涉及到的知识基础，不过篇幅是大了点，以后注意点到即止。
最终目标是等你们看完以后，统统去买个东东回来

不过，用光的方法和技巧估计各个专题的里面都会有涉及，俺在这显示器校正里就不再空对空、班门弄斧了　

作者: 500miles

俺时说你这个写得太好不利于建立和谐社会

恩，这个会注意。其实网上很多地方都有这类知识，只不过东一片西一片，很散。俺这里也只是用自己的话来搬运罢了
或者可以考虑搞个有争议的东西，比如sRGB v.s. Adobe RGB到底哪个更好的争论，挖个坑搞活气氛　

[老总]

作者: william06

最终目标是等你们看完以后，统统去买个东东回来...

毒贴，各位看官，乘还能抽身的时候，快闪吧

[500miles]

作者: 老总

毒贴，各位看官，乘还能抽身的时候，快闪吧

跑啥啊，也就一百多块，随便一个镜头都比这个贵

[william06]

作者: 老总

毒贴，各位看官，乘还能抽身的时候，快闪吧

老总已经被５００拉进来了，多看看也无妨．如果俺那里写得不对，一定要帮忙指正啊，俺怕误人子弟　

你的那个用得不错吧　

作者: 500miles

跑啥啊，也就一百多块，随便一个镜头都比这个贵

９４９４，中一次最多一百刀，欢迎大家体验一下