論色彩管理和公共色彩空間起源和作用

黃強

影視工業發展到今天，許多電影或視頻的拍攝都會使用不止一種的攝影機拍攝，每一種攝影機的色彩空間都不盡相同，而這些不同的色彩空間所產生的圖像，最終也要在不同的各種屏幕上呈現給觀眾。在這個過程中，需要使用科學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。在我們調色時候，有時候不得不使用各種不同的LUT，尤其是技術型LUT對各種圖像錯誤進行修正，才能得到想要的影像效果。

通常有兩種調色師進行電影和視頻調色的方式：一種是使用原始拍攝圖像然后使用調色系統所提供的工具針對特定的顯示設備對畫面進行直接調色;另外一種是使用色彩轉換或者LUT，從一個攝影機的色彩空間轉換到顯示設備的色彩空間，然后在LUT之前或者之后進行創意調色制作。

在這里我們先從影視調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。膠片對光譜的反應，印制膠片的染料和膠片對光的非線性反應形成了電影明顯且永恒的影像效果。電影攝影師和藝術指導會通過對現場布局和燈光的調整對色彩，色調，畫面的反差進行大量的控制，但是一旦圖像已經被記錄，后期制作中只有有限的色彩調整空間。有限且粗糙的對反差的調整可以通過洗印廠的沖洗過程進行，但是對色彩的校正被限制在調整印片光號，通過改變青品黃的整體曝光來得到。

許多年來，對于影院發行的膠片電影，印片光號是在后期惟一可以進行色彩調整的工具。也有另外一種技術，是將膠片轉為視頻（Telecine）用于電視發行。這個膠轉磁的處理過程提供了對圖像的更多控制，代替了有限的對整體色彩的調整，畫面暗部、中部、高光色彩和密度都可以進行單獨控制。隨著技術的發展，圖像的個別區域都可以進行單獨調整。

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

數字中間片提供了更多的后期制作中對色彩創意制作的控制，完全替代了傳統膠片的僅光號的調整方式，并且幾年內大量電影長篇使用此方式生產。同時，電影院開始將膠片投影機替換為數字投影機并且電影制作也開始使用數字攝影機拍攝。從2010年開始，使用數字攝影機拍攝電影和使用數字投影機放映已經越來越普遍，膠片反而成為提供給還沒有升級為數字投影機的影院物料。電影制作也從依賴數字中間片逐漸轉換為全數字的過程。

隨著數字攝影機和數字放映機的普及，調色師們現在又不得不面對另外一個麻煩那就是一一色彩空間的激增。

在數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為不同的柯達Cineon標準。一些不同的Cineon的log色彩空間被使用為調色的工作色彩空間。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，項目之間的圖像反應基本保持一致。

數字攝影機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。盡管都是使用一個互補的金屬氧化物半導體或CCD能對光進行線性的反應，但是以線性的方式存儲數值是不經濟的，并且在為視頻或者log色彩空間而設計的調色系統中直接對線性進行處理也是不方便的。因此，數字攝影機通常提供比線性存儲數據更有效率的“log"的色彩空間以更少的數據量更有效的方式存儲數據并讓調色更加容易。

事實上，許多攝影機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，甚至當一部影片的制作選擇了一個特定攝影機的特定的色彩空間，也會使用一種以上的攝影機拍攝而且每個廠商使用為自己的攝影機優化的色彩空間。其結果就是原來標準的用于調色的Cineon色彩空間已經被各種不同的新的攝影機色彩空間所取代。各種色彩空間激增，就導致了不同攝影機拍攝出來的畫面色調不統一，而調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拍攝同一場景的畫面匹配是不太容易的，這導致了調色師工作效率大大降低。比如說，匹配在日外，日內，夜景兩個或更多的攝影機需要不同的設置，在初步的鏡頭平衡之后進行的創意色彩調整也可能會將之前做的匹配打亂，迫使調色師必須反復調色以讓畫面保持連續性。

那些使用LUT的調色師無論是否源于膠片模擬的LUT，也會遇到在不同色彩空間的LUT會呈現出非常不同結果的情況。LUT可以針對不同攝影機的色彩空間進行自定義，但是這是一個耗時的過程，并且常常只是在幾個擁有全職色彩科學員工的大后期制作公司才能夠提供。對于管理這些處理不同色彩空間的不同版本的LUT也是個麻煩的工作，總之調色公司和后期公司無法通過lut匹配所有數字攝影機產生的許許多多色彩空間，這就造成了生產效率低下。

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，免費且開放，擁有人眼所能看得到的足夠大的動態范圍和色域范圍，由是由美國電影藝術與科學學院（AMPAS）和行業合作伙伴開發的開放式色彩管理和互換系統，它規范了所有不同類型的項目中的色彩科學，其創立的目的是為行業提供標準化的色彩管理系統。

ACES色彩空間有以下一些特點：

它的處理流程利用了『拍攝參考數據』，即每個攝像機系統使用并寫入到素材中的色彩科學數據，想相當于是一個線性的場景。在進入色彩流程后，ACES會對這些數據進行逆向工程，即所謂的ACES輸入轉換或工DT①，將其還原為攝像機在實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系統對原始色彩的影響，能使我們更接近攝像機所面對的真實場景。

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

ACES是一個作為輸入、工作（調色）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、投影儀等設備上來觀看，它們會被分配不同的伽瑪或EOTF（電光傳遞函數）。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果。

ACES使用Open EXR 16位半浮點處理，它能覆蓋至少30檔動態范圍的場景曝光數據。這些EXR數據僅用于應用程序內部運算，除了渲染器會用到它以外，它不會生成數據文件，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工作流程的優勢：

1、攝影機系統色彩科學的統一性一一因為轉換為線性光場景排除掉了攝影機系統對彩色的影響，通過色彩管理使得創意調色之前就已經具有相似的色彩呈現，這樣就能大大提高了調色的效率。

2.對于像特效或者CG合成這種本身就是線性色彩合成的工作流來說，更是會因ACES獲益。而且，線性數據可隨時被渲染回需要的用途，或者直接提供給調色師，不會有任何色彩偏移，完全保留了所有調色。

3.為寬色域/高動態范圍做好了準備，ACES能保留30檔動態范圍的圖像數據，不僅色域大，而且非常適合MR，這樣非常具有前瞻性，為未來發展奠定基礎。

4、在數據存儲方面，ACES被創立的要求之一就是讓該系統具有超寬超大的動態范圍，再加上其非常具有前瞻性的特點，這才能使一種常青的數字母帶成為可能。

在調色中使用色彩管理的關鍵優勢是它賦予了調色師在調色色彩空間進行明確調整的能力。我們在使用LOG素材進行調色時，第一步驟就是把log的“灰”畫面在REC.709上正常的再現，如果不使用LUT或著轉換進行調色，他們實際上選擇在攝影機的源色彩空間內進行調色，那么手工使用調色工具再現的原始顏色，難免會有差異，如果是新手那么再現的畫面很可能并不標準，并且通常比對攝影機和顯示設備進行正確的色彩轉換得到的效果要難看。在應用色彩管理之后無需手動調色快速得到準確的色彩呈現。

不同色彩空間的選擇也會對相對簡單的調色操作有非常大的影響。甚至在許多色彩空間里對欠曝素材的調整都是困難的，比如說，ACES建議使用ACEScc用于調色操作，它具有簡單的對數的曝光關系，這意味著曝光的調整對畫面的影響與在現場拍攝的時候調整光圈的效果很類似。許多攝影機為了減少數字燥波，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點之前拉平），但是當你提高曝光的時候，圖像的黑位也會增加，就會降低圖像的反差。

另外，對工作色彩空間的控制可以讓調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。

使用一個整體的開放的標準的框架比如ACES調色具有很多優勢，特別是在不同的部門交換數據（比如不同的視效制作商）和數據備份。但是，電影制作不需要使用完整的ACES系統就能得到許多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拍攝，并且喜歡攝影機廠商的缺省LUT對色彩的處理，那就可能選擇使用主攝影機的色彩空間并將其作為整個項目的工作色彩空間。

ACES工作流程也非常簡單，并不復雜，流程如下：攝影機數據一工DT一調色一RRT --ODT②。實際上，在調色時候你只需要先告訴調色應用系統（比如Davinci Resolve）告訴它這是什么攝影機拍的，使用了什么色彩模式等等，然后進行正常調色步驟，RRT③在內部完成超寬數據的轉換運算，最后這一結果會被你指定的ODT轉換，以正確的色彩空間顯示在對應的顯示設備上，在新的ACES版本中RRT已經和ODT整合了，因此無需額外設置。整個流程可以說非常簡單易用。

另外，ACES對一些比較偏門的攝像設備還不支持，比如Gopro，國造攝影機等等，也許在不久的將來，所有的成像設備都會納入ACES這個公共的色彩空間范圍。還有如果只使用一種攝影機拍攝的片子也不是很有必要用ACES流程。

色彩管理是一個重要的色彩校正工具，但是經常在以前的調色流程中被忽略。色彩管理令調色過程效率更高，尤其是使用多個攝影機拍攝或者需要提供多個顯示端的物料。色彩管理對高動態范圍和廣色域的顯示設備的引入更為重要。色彩管理確保調色師把更多的時間關注于創意制作而不是花時間手工的修正技術上的問題，色彩管理可以提高創意調色的效率。色彩管理也能提高與其他部門的協作性和統一性。

注釋：

①IDT：Input Device Transform（輸入設備轉換）幫助我們把對應輸入設備的色彩空間轉換到ACES的色彩空間下。

②ODT：Out Device Transform（輸出設備轉換）幫助我們把對應輸出設備的色彩空間轉換到ACES的色彩空間下。

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

參考文獻：

[1]ACES中心https：//acescentral.com/英國色彩科學家Peter Postma和Baselight調色系統亞太地區技術總監Bob Chorley的技術短文