提要：

　　在電視節(jié)目的制播流程中，監(jiān)視器的應用不可或缺。在超高清時代，RAW格式的后期調(diào)色工藝使得作為圖像顯示標準的監(jiān)視器地位愈加顯要，需要對所使用的監(jiān)視器進行相應的校準。本文僅就監(jiān)視器的校準應用進行初步的探討。

　　關(guān)鍵詞：

　　監(jiān)視器 色域 色彩校正 3D LUT

　　正文：

　　在電視節(jié)目的制播流程中，監(jiān)視器的應用不可或缺。監(jiān)視器不同于電視機，它所起的作用與電視機完全不同。電視機是用來欣賞電視節(jié)目的，要顯示出更亮麗、更鮮艷的色彩。而監(jiān)視器的作用是用來進行信號質(zhì)量評價，要求精確、可靠和可信。不管是以前的高清監(jiān)視器還是標清監(jiān)視器，還是今天用到的超高清監(jiān)視器，都需要忠實地重放原始信號。從這個意義上說，監(jiān)視器應屬于測量儀器的范疇。

　　隨著電視制作進入超高清時代，以傳感器原始信息直接記錄的RAW格式文件成為一種重要的電視節(jié)目生產(chǎn)模式。這一模式使得電視攝像的技術(shù)品質(zhì)脫離了攝像機的信號處理功能而只和圖像傳感系統(tǒng)相關(guān)，視頻圖像的調(diào)色在后期制作中完成，標準的和信賴的電視監(jiān)視器成為后期圖像處理的主要的技術(shù)和藝術(shù)依據(jù)，高端監(jiān)視器只用于技術(shù)的時代過去了，其在電視節(jié)目的制作中的地位也由此凸顯。

　　向前追尋，不難發(fā)現(xiàn)，其實在電視技術(shù)進入數(shù)字化時代以后，依托儀器進行的信號品質(zhì)測量逐漸加入了不同成分的主觀評價內(nèi)容。作為對電視信號的終極評判者，監(jiān)視器從那時起就已經(jīng)在電視測量中充當了越來越重要的角色。

　　監(jiān)視器應當符合廣播電視的相關(guān)標準，能夠被定位為監(jiān)視器的產(chǎn)品，不管是哪個廠家、哪種規(guī)格的產(chǎn)品，它們放在一起，對同一個信號的顯示結(jié)果應該是一樣的。這就是所說的視頻制作的標準圖像，只有通過監(jiān)視器才可以鑒別所需的圖像。因此，監(jiān)視器是制作過程中非常重要的一部分。

　　在實際中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)：同一個信號在電視墻上多臺監(jiān)視器(或顯示器)上重放，會有不同的結(jié)果。監(jiān)視器需要真實地重放圖像，就必須符合廣播電視相應的標準、具有精確的指標并進行校準。未經(jīng)專業(yè)技術(shù)校準的監(jiān)視器，不能用作基準監(jiān)視器。

　　監(jiān)視器的完全校準是一個復雜的流程。對于應用領(lǐng)域而言，我們通常需要進行的是白平衡和色域的校準。在這兩者之間，白平衡是基礎(chǔ)，白平衡是用來校準監(jiān)視器色溫的。當光源發(fā)射光的色譜與黑體在某一溫度下產(chǎn)生的色譜相同時，黑體的溫度稱為該光源的色溫。對于一臺監(jiān)視器來說，只有首先建立正確的白平衡，在此基礎(chǔ)上，監(jiān)視器才有可能顯示正確的色域。根據(jù)標準，監(jiān)視器的白色顯示需要符合D65或D93色溫。

　　色相、飽和度、亮度是色彩的三要素，色相差別是由光波波長的長短產(chǎn)生的，即便是同一類顏色也能分為幾種色相，人眼可以分辨出約180鐘不同色相的顏色。飽和度是指色彩的鮮艷程度，也稱色彩的純度，飽和度取決于該色中含色成分和消色成本的比例，含色成分越大，飽和度越大，消色成分越大，飽和度越小。亮度是指發(fā)光體表面發(fā)光強弱的物理量，人眼從一個方向觀察光源，在這個方向上的光強與人眼索見到的光源面積之比。

　　人眼看到的是反射光，光源的色溫不同，其顏色也就不同。對監(jiān)視器來說，我們也把它視為一個光源，因而也就必須定義它的色溫。監(jiān)視器的色溫不同，同一圖像顏色也就不同。因此，廣播電視標準中也有了色溫的標準，D65標準一般用于美國、歐洲和除日本以外的亞洲地區(qū)，D93用于日本。D65標準光源又稱國際標準人工日光(Artificial Daylight)，其色溫為6500K，對應色域表中的值為：X：0.3127 Y：0.3290。

　　作為監(jiān)視器色彩的顯示標準，業(yè)內(nèi)通常會使用上面的CIE圖(Commission Internationale de L'Eclairage國際照明委員會)。

　　左邊馬蹄形的圖形是人眼可以看到的區(qū)域。通過RGB三基色來感知人眼所看到的絕大多數(shù)顏色。紅基色(波長為700nm)，綠基色(波長為546.1 nm)，藍基色(波長為435.8nm)三基色相互獨立，任何一種顏色都不能通過其他顏色合成，而三基色按不同的比例相混合疊加可以得到色域圖中的絕大多數(shù)顏色。三基色和由它們混合而得到的其他彩色組成馬蹄形曲線邊緣(光譜軌跡)形成色域圖。在色域圖中顏色越靠近邊界飽和度越高，越靠近中心，飽和度越低。此色域圖中不包含亮度信號。

　　在CIE系統(tǒng)中，為紅基色、綠基色、藍基色匹配一個相對大小的三色刺激值，分別用X、Y、Z表示，混合色可通過三色刺激值來表示：x=X/(X+Y+Z);y=Y/(X+Y+Z);z=Z/(X+Y+Z)，x，y，z坐標軸被稱之為色度坐標軸，通常他們的和為1，因此可以用x、y來表示z。所以在色域圖內(nèi)每一個點通過x，y坐標值來標識，因此可以使用以上的二維的色域圖來表示。當此混合色與可見光譜中的白色等能時，此三刺激值恰好相等。在監(jiān)視器中，通過(x，y)坐標來定義所使用的三基色，(x，y)坐標生成的三角形，涵蓋了監(jiān)視器能再生的色域，三角形的地方是監(jiān)視器可以重現(xiàn)的區(qū)域。可以看出，無論是以前的ITU-R709還是目前在超高清使用的ITU-R2020均未能涵蓋全部的區(qū)域，因而監(jiān)視器并不能重現(xiàn)人眼看到的全部色彩，只能使加接近人眼看到的真實畫面。

　　CIE1931色域頂點坐標

　　彩色矩陣是專業(yè)監(jiān)視器與普通電視機的重要區(qū)別，在用攝像機拍攝時，光信號被轉(zhuǎn)換成RGB電信號，然后通過攝像機的矩陣電路部分轉(zhuǎn)換為Y/R-Y/B-Y或Y/Pb/Pr信號。監(jiān)視器通過一個反過程來重現(xiàn)圖像，如果相應的矩陣電路和攝像機的矩陣電路不一樣，就不能忠實地重現(xiàn)原始信號。因此，監(jiān)視器和攝像機的矩陣轉(zhuǎn)換要有相同的標準。在標清PAL制系統(tǒng)中，一般用國際電聯(lián)的ITU601標準;在高清系統(tǒng)中，用ITU709標準;在超高清系統(tǒng)中，用ITU2020標準;在電影系統(tǒng)中，用DCI-P3標準。

　　從色域圖中可以看出，ITU2020的色域遠大于ITU709，也就是說：4K標準的監(jiān)視器比高清監(jiān)視器顯示的色彩內(nèi)容要豐富得多(ITU-R BT.2020  比ITU-R BT.709 色域空間增加約70%)。

　　電視機廠家會通過改變矩陣以重現(xiàn)更好的圖像，監(jiān)視器則必須使用符合標準的色彩矩陣來重現(xiàn)真實的畫面。由于各生產(chǎn)廠家會選用不同等級的顯示器件和不同的電路結(jié)構(gòu)，因而并不是所有的監(jiān)視器都是可以符合相應色域標準的。

　　應用在專業(yè)制作系統(tǒng)中的技術(shù)型監(jiān)視器，對色彩的高精度、高標準的要求，比其它視頻監(jiān)視器會更加嚴格、更加苛刻。

　　當我們把監(jiān)視器這一設(shè)備作為測量儀器或后期制作調(diào)色監(jiān)看進行管理和應用時，其校準也就自然而然地被提到議事日程上來了。

　　無論何種儀器，在使用過程中，由于環(huán)境、器件、時間等因素的影響，總會逐漸偏離其預設(shè)標準，調(diào)整和校準也就成為了重要的工作內(nèi)容?？梢韵胂螽斪鳛闃藴实膬x器不能提供正確和精準的參考，其后果可能是災難性的。

　　以往的監(jiān)視器調(diào)教會選用專業(yè)的分色色度計對監(jiān)視器的參數(shù)進行拾取，參照CIE1931中對應的RGB標準值，對監(jiān)視器參數(shù)進行反復調(diào)整，來調(diào)校監(jiān)視器的色差。

　　隨著對監(jiān)視器校準的迫切需求，沿用IT行業(yè)的顯示調(diào)整技術(shù)，針對矯正所要求的相應的參數(shù)對照，對監(jiān)視器顯示的各項指標進行自動分析與校準，已經(jīng)成為一種行業(yè)趨勢。

　　計算機監(jiān)視器的調(diào)校通常使用外加的調(diào)校系統(tǒng)，首先設(shè)置相應的參照標準，由計算機發(fā)生相應的校準測試圖，以色度計或分光光度計等儀器拾取屏幕顯示的信息獲取作為調(diào)校依據(jù)。校正軟件通過傳感器獲取屏幕顯示的主要信息值，支持包括灰階測試、色域測試、飽和度測試、色階測試、色卡測試等。通過灰階測試拾取屏幕一系列的白點、亮度、GAMMA值、色溫值，通過色域測試可以拾取到三基色(紅、藍、綠)及三補色(黃、青、品紅)及白色的對應值，支持對三基色(紅、藍、綠)及三補色(黃、青、品紅)飽和度及色階進行拾取，以及對屏幕上主要的顏色色相進行拾取。之后計算測試值與目標色域值之間的差距，通過生成LUT文件來矯正，達到最終的顯示效果。

　　調(diào)校系統(tǒng)其實并不能調(diào)校監(jiān)視器本身的顏色顯示，而靠調(diào)校計算機內(nèi)顯卡所加載的LUT文件來達到希望得到的顏色。

　　顯示查找表(Look-Up-Table)簡稱為LUT，其內(nèi)容就是一些轉(zhuǎn)換模型，或者是不同的組合，它主要分支是1D LUT和3D LUT。LUT文件設(shè)定了一個特定的R、G、B輸入值所對應特定的輸出值。從本質(zhì)上來說，LUT的作用就是每一組RGB的輸入值到輸出值的映射數(shù)值表。這一點很像監(jiān)視器中的彩色轉(zhuǎn)換矩陣。

　　下圖為1D LUT，嚴格的來說是3個1D LUT。從下面的圖中可以看出，變動某個顏色輸入值只會影響到該顏色的輸出值，RBG的數(shù)據(jù)之間是互相獨立的。其能控制gamma值、RGB平衡(灰階)和白場(white point)。

　　gamma值是指監(jiān)視器的輸出圖像對輸入信號的失真的具體數(shù)值，輸入值和監(jiān)視輸出時的亮度之間的關(guān)系是非線性的，gamma校正指計算機的系統(tǒng)gamma，使輸入文件的gamma、監(jiān)視器輸出信號的gamma、計算機的系統(tǒng)gamma三者變換的疊加得1。

　　RGB平衡，可以通過看DeltaE值(在均勻顏色感覺空間中，人眼感覺色差的測試單位)來了解，通過觀察直方圖處于不同的水平位置，可以很直觀的看出每種顏色的準確性。RGB平衡應該是越靠近零越好，哪種顏色偏離越多說明該顏色差異越大。

　　所謂灰階，是將最亮與最暗之間的亮度變化，區(qū)分為若干份。以便于進行信號輸入相對應的屏幕亮度管控。目前的顯示器件，大部分進行是256(8bit)管控。也有一些高端顯示器件進行1024(10bit)管控。

　　白場也叫白平衡，是用來指監(jiān)視器白色還原的情況，它的純潔度決定了在監(jiān)視器上顯示各種色彩的純度。標準的預設(shè)值通常為6500K或9500K，9500K下顯示器的顏色會偏藍，6500K是比較白的白色。色溫高表示短波成分多一些，偏藍綠色，色溫低長波成分多一些，偏紅黃色。

　　顏色串擾(去耦)，去耦是指阻止從本電路回路交換或反饋能量到其他電路回路，在監(jiān)視器顯示上表現(xiàn)為防止顏色的串擾。

　　雖然這種方法能夠做出校準，但是顯示效果中的相關(guān)非線性屬性仍然不能得到修正。

　　因為1D LUT的模型組合的色彩控制能力還是會有一些局限，所以在精確的色彩控制中還是會選擇3D LUT。

　　下面的圖就是所說的3D LUT的空間坐標模型，右圖中三個色彩平面的相交點(代表某個輸入值的LUT輸出值)，可以看到某個輸入顏色的改變都會對三個顏色值造成影響，也就是說任何一個顏色的改變都會對其他顏色做出改變。當顏色“平面”按照它們對應坐標軸的方向遠離原點(0, 0, 0)時，它們的相應顏色也會增加。

　　由于3D LUT可以在立體色彩空間中描述所有顏色點的準確行為，所以它們可以處理任何顯示的非線性屬性，也可以準確地處理顏色突然的大幅變動等問題。

　　這樣就讓3D LUT非常適合用于精確的顏色校準工作，因為它們能夠處理所有的顯示校準的問題，從簡單的gamma值、顏色范圍和追蹤錯誤，到修正高級的非線性屬性、顏色串擾(去耦)、色相、飽和度、亮度等。基本上所有可能出現(xiàn)的顯示校準的問題都可以通過3D LUT的方式進行處理。

　　在一些高端的監(jiān)視器中，已經(jīng)預置過一些工廠的3D LUT文件。監(jiān)視器設(shè)置中的色域轉(zhuǎn)換(比如從ITU709轉(zhuǎn)換至DCI-P3或ITU2020)功能就是在調(diào)用不同的LUT文件。這些監(jiān)視器的校準也都有相應的接口和規(guī)范。

　　對于大多數(shù)監(jiān)視器，矩陣的控制調(diào)整只能是線性的，除了手動進行部分調(diào)整外，目前所采用的方式是信號預失真方式進行調(diào)校。這種方式也帶來多種不同的看法，因為是對即將進入監(jiān)視器的信號的處理，具體的方法是用一臺外置的設(shè)備依據(jù)監(jiān)視器的LUT將對應的信號按照其能夠正確顯示的參數(shù)進行預失真，這一過程類似預加重的工作思路。由此可能引入其它的技術(shù)問題，但僅從色彩校準方面考慮，也不失為一權(quán)宜之計，畢竟在進行后期調(diào)色工作時，我們對色彩精準顯示的要求更加強烈一點。也符合“兩害相權(quán)取其輕”的技術(shù)原則。

　　無論是采用具備校準功能的監(jiān)視器或是外置預失真設(shè)備校準的普通監(jiān)視器，其實，都是通過加載3D LUT文件的方式進行校準的。

　　根據(jù)計算機顯示領(lǐng)域LUT的應用，可以推論其在監(jiān)視器上的用途可分為校準、選取和創(chuàng)作三個方向。

　　校準功能主要是為了改善監(jiān)視器的物理差異，用軟件補償?shù)姆绞绞蛊滹@示最大程度上逼近所對應的色彩標準，從而得到更加精準的圖像顯示，實現(xiàn)設(shè)備的校準。

　　選取則是根據(jù)目標進行不同色彩空間的轉(zhuǎn)換，讓監(jiān)視器適應不同標準的顯示要求，對標清使用601色域，高清則是709色域，超高清需要2020色域，而電影或電視電影則是DCI P3色域。監(jiān)視器在被用于不同場合時會使用不同的色域標準，這些顯示方式的轉(zhuǎn)換則給LUT提供了表現(xiàn)的空間。

　　創(chuàng)作方向的應用是以監(jiān)視器為基準對電視節(jié)目的外觀創(chuàng)作。根據(jù)需要的渲染效果，使用后期調(diào)色系統(tǒng)生成一個LUT文件，將此文件加載于監(jiān)視器以進行調(diào)色前的先期效果確認(用監(jiān)視器觀察調(diào)色后的效果)。

　　盡管外置LUT校準方式在視頻監(jiān)視器領(lǐng)域的應用仍存在爭議，但其應用目前已經(jīng)被眾多的業(yè)內(nèi)人士所接受。爭議只限于當監(jiān)視器被用于電視信號技術(shù)品質(zhì)的主觀評價領(lǐng)域。

　　隨著信號質(zhì)量越來越高，節(jié)目制作對技術(shù)品質(zhì)的精準度也不斷提升，監(jiān)視器也越來越重要。在超高清電視節(jié)目的后期制作中，更多的環(huán)節(jié)有賴于監(jiān)視器的精準顯示，因而更要重視監(jiān)視器的校準。

　　參考文獻：

　　1、 《超高清電視系統(tǒng)節(jié)目制作和國際交換的參數(shù)數(shù)值》ITU-R BT.2020 建議書(08/2012)

　　2、 《生產(chǎn)和國際節(jié)目交換HDTV標準的參數(shù)值(Parameter Values for the HDTV Standards for Production and International Programme Exchange)》ITU-R BT.709-5-2002

　　3、  http://calman.spectracal.com