提要：

　　在電視節(jié)目的制播流程中，監(jiān)視器的應(yīng)用不可或缺。在超高清時(shí)代，RAW格式的后期調(diào)色工藝使得作為圖像顯示標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)視器地位愈加顯要，需要對(duì)所使用的監(jiān)視器進(jìn)行相應(yīng)的校準(zhǔn)。本文僅就監(jiān)視器的校準(zhǔn)應(yīng)用進(jìn)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(yīng)用不可或缺。監(jiān)視器不同于電視機(jī)，它所起的作用與電視機(jī)完全不同。電視機(jī)是用來(lái)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(lái)進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量評(píng)價(jià)，要求精確、可靠和可信。不管是以前的高清監(jiān)視器還是標(biāo)清監(jiān)視器，還是今天用到的超高清監(jiān)視器，都需要忠實(shí)地重放原始信號(hào)。從這個(gè)意義上說(shuō)，監(jiān)視器應(yīng)屬于測(cè)量?jī)x器的范疇。

　　隨著電視制作進(jìn)入超高清時(shí)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(jī)的信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)代過(guò)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(shí)在電視技術(shù)進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代以后，依托儀器進(jìn)行的信號(hào)品質(zhì)測(cè)量逐漸加入了不同成分的主觀評(píng)價(jià)內(nèi)容。作為對(duì)電視信號(hào)的終極評(píng)判者，監(jiān)視器從那時(shí)起就已經(jīng)在電視測(cè)量中充當(dāng)了越來(lái)越重要的角色。

　　監(jiān)視器應(yīng)當(dāng)符合廣播電視的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，能夠被定位為監(jiān)視器的產(chǎn)品，不管是哪個(gè)廠家、哪種規(guī)格的產(chǎn)品，它們放在一起，對(duì)同一個(gè)信號(hào)的顯示結(jié)果應(yīng)該是一樣的。這就是所說(shuō)的視頻制作的標(biāo)準(zhǔn)圖像，只有通過(guò)監(jiān)視器才可以鑒別所需的圖像。因此，監(jiān)視器是制作過(guò)程中非常重要的一部分。

　　在實(shí)際中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)：同一個(gè)信號(hào)在電視墻上多臺(tái)監(jiān)視器(或顯示器)上重放，會(huì)有不同的結(jié)果。監(jiān)視器需要真實(shí)地重放圖像，就必須符合廣播電視相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、具有精確的指標(biāo)并進(jìn)行校準(zhǔn)。未經(jīng)專業(yè)技術(shù)校準(zhǔn)的監(jiān)視器，不能用作基準(zhǔn)監(jiān)視器。

　　監(jiān)視器的完全校準(zhǔn)是一個(gè)復(fù)雜的流程。對(duì)于應(yīng)用領(lǐng)域而言，我們通常需要進(jìn)行的是白平衡和色域的校準(zhǔn)。在這兩者之間，白平衡是基礎(chǔ)，白平衡是用來(lái)校準(zhǔn)監(jiān)視器色溫的。當(dāng)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(shí)，黑體的溫度稱為該光源的色溫。對(duì)于一臺(tái)監(jiān)視器來(lái)說(shuō)，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(biāo)準(zhǔn)，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(zhǎng)的長(zhǎng)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(qiáng)弱的物理量，人眼從一個(gè)方向觀察光源，在這個(gè)方向上的光強(qiáng)與人眼索見(jiàn)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(duì)監(jiān)視器來(lái)說(shuō)，我們也把它視為一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)中也有了色溫的標(biāo)準(zhǔn)，D65標(biāo)準(zhǔn)一般用于美國(guó)、歐洲和除日本以外的亞洲地區(qū)，D93用于日本。D65標(biāo)準(zhǔn)光源又稱國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)人工日光(Artificial Daylight)，其色溫為6500K，對(duì)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，業(yè)內(nèi)通常會(huì)使用上面的CIE圖(Commission Internationale de L'Eclairage國(guó)際照明委員會(huì))。

　　左邊馬蹄形的圖形是人眼可以看到的區(qū)域。通過(guò)RGB三基色來(lái)感知人眼所看到的絕大多數(shù)顏色。紅基色(波長(zhǎng)為700nm)，綠基色(波長(zhǎng)為546.1 nm)，藍(lán)基色(波長(zhǎng)為435.8nm)三基色相互獨(dú)立，任何一種顏色都不能通過(guò)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(hào)。

　　在CIE系統(tǒng)中，為紅基色、綠基色、藍(lán)基色匹配一個(gè)相對(duì)大小的三色刺激值，分別用X、Y、Z表示，混合色可通過(guò)三色刺激值來(lái)表示：x=X/(X+Y+Z);y=Y/(X+Y+Z);z=Z/(X+Y+Z)，x，y，z坐標(biāo)軸被稱之為色度坐標(biāo)軸，通常他們的和為1，因此可以用x、y來(lái)表示z。所以在色域圖內(nèi)每一個(gè)點(diǎn)通過(guò)x，y坐標(biāo)值來(lái)標(biāo)識(shí)，因此可以使用以上的二維的色域圖來(lái)表示。當(dāng)此混合色與可見(jiàn)光譜中的白色等能時(shí)，此三刺激值恰好相等。在監(jiān)視器中，通過(guò)(x，y)坐標(biāo)來(lái)定義所使用的三基色，(x，y)坐標(biāo)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(wú)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(shí)畫面。

　　CIE1931色域頂點(diǎn)坐標(biāo)

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

　　從色域圖中可以看出，ITU2020的色域遠(yuǎn)大于ITU709，也就是說(shuō)：4K標(biāo)準(zhǔn)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(jī)廠家會(huì)通過(guò)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(biāo)準(zhǔn)的色彩矩陣來(lái)重現(xiàn)真實(shí)的畫面。由于各生產(chǎn)廠家會(huì)選用不同等級(jí)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(yīng)色域標(biāo)準(zhǔn)的。

　　應(yīng)用在專業(yè)制作系統(tǒng)中的技術(shù)型監(jiān)視器，對(duì)色彩的高精度、高標(biāo)準(zhǔn)的要求，比其它視頻監(jiān)視器會(huì)更加嚴(yán)格、更加苛刻。

　　當(dāng)我們把監(jiān)視器這一設(shè)備作為測(cè)量?jī)x器或后期制作調(diào)色監(jiān)看進(jìn)行管理和應(yīng)用時(shí)，其校準(zhǔn)也就自然而然地被提到議事日程上來(lái)了。

　　無(wú)論何種儀器，在使用過(guò)程中，由于環(huán)境、器件、時(shí)間等因素的影響，總會(huì)逐漸偏離其預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整和校準(zhǔn)也就成為了重要的工作內(nèi)容。可以想象當(dāng)作為標(biāo)準(zhǔn)的儀器不能提供正確和精準(zhǔn)的參考，其后果可能是災(zāi)難性的。

　　以往的監(jiān)視器調(diào)教會(huì)選用專業(yè)的分色色度計(jì)對(duì)監(jiān)視器的參數(shù)進(jìn)行拾取，參照CIE1931中對(duì)應(yīng)的RGB標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)監(jiān)視器參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，來(lái)調(diào)校監(jiān)視器的色差。

　　隨著對(duì)監(jiān)視器校準(zhǔn)的迫切需求，沿用IT行業(yè)的顯示調(diào)整技術(shù)，針對(duì)矯正所要求的相應(yīng)的參數(shù)對(duì)照，對(duì)監(jiān)視器顯示的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)分析與校準(zhǔn)，已經(jīng)成為一種行業(yè)趨勢(shì)。

　　計(jì)算機(jī)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(yīng)的參照標(biāo)準(zhǔn)，由計(jì)算機(jī)發(fā)生相應(yīng)的校準(zhǔn)測(cè)試圖，以色度計(jì)或分光光度計(jì)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(guò)傳感器獲取屏幕顯示的主要信息值，支持包括灰階測(cè)試、色域測(cè)試、飽和度測(cè)試、色階測(cè)試、色卡測(cè)試等。通過(guò)灰階測(cè)試拾取屏幕一系列的白點(diǎn)、亮度、GAMMA值、色溫值，通過(guò)色域測(cè)試可以拾取到三基色(紅、藍(lán)、綠)及三補(bǔ)色(黃、青、品紅)及白色的對(duì)應(yīng)值，支持對(duì)三基色(紅、藍(lán)、綠)及三補(bǔ)色(黃、青、品紅)飽和度及色階進(jìn)行拾取，以及對(duì)屏幕上主要的顏色色相進(jìn)行拾取。之后計(jì)算測(cè)試值與目標(biāo)色域值之間的差距，通過(guò)生成LUT文件來(lái)矯正，達(dá)到最終的顯示效果。

　　調(diào)校系統(tǒng)其實(shí)并不能調(diào)校監(jiān)視器本身的顏色顯示，而靠調(diào)校計(jì)算機(jī)內(nèi)顯卡所加載的LUT文件來(lái)達(dá)到希望得到的顏色。

　　顯示查找表(Look-Up-Table)簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)UT，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(gè)特定的R、G、B輸入值所對(duì)應(yīng)特定的輸出值。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，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(diǎn)很像監(jiān)視器中的彩色轉(zhuǎn)換矩陣。

　　下圖為1D LUT，嚴(yán)格的來(lái)說(shuō)是3個(gè)1D LUT。從下面的圖中可以看出，變動(dòng)某個(gè)顏色輸入值只會(huì)影響到該顏色的輸出值，RBG的數(shù)據(jù)之間是互相獨(dú)立的。其能控制gamma值、RGB平衡(灰階)和白場(chǎng)(white point)。

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

　　RGB平衡，可以通過(guò)看DeltaE值(在均勻顏色感覺(jué)空間中，人眼感覺(jué)色差的測(cè)試單位)來(lái)了解，通過(guò)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(zhǔn)確性。RGB平衡應(yīng)該是越靠近零越好，哪種顏色偏離越多說(shuō)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(jìn)行信號(hào)輸入相對(duì)應(yīng)的屏幕亮度管控。目前的顯示器件，大部分進(jìn)行是256(8bit)管控。也有一些高端顯示器件進(jìn)行1024(10bit)管控。

　　白場(chǎng)也叫白平衡，是用來(lái)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(biāo)準(zhǔn)的預(yù)設(shè)值通常為6500K或9500K，9500K下顯示器的顏色會(huì)偏藍(lán)，6500K是比較白的白色。色溫高表示短波成分多一些，偏藍(lán)綠色，色溫低長(zhǎng)波成分多一些，偏紅黃色。

　　顏色串?dāng)_(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?dāng)_。

　　雖然這種方法能夠做出校準(zhǔn)，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?yàn)?D LUT的模型組合的色彩控制能力還是會(huì)有一些局限，所以在精確的色彩控制中還是會(huì)選擇3D LUT。

　　下面的圖就是所說(shuō)的3D LUT的空間坐標(biāo)模型，右圖中三個(gè)色彩平面的相交點(diǎn)(代表某個(gè)輸入值的LUT輸出值)，可以看到某個(gè)輸入顏色的改變都會(huì)對(duì)三個(gè)顏色值造成影響，也就是說(shuō)任何一個(gè)顏色的改變都會(huì)對(duì)其他顏色做出改變。當(dāng)顏色“平面”按照它們對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸的方向遠(yuǎn)離原點(diǎn)(0, 0, 0)時(shí)，它們的相應(yīng)顏色也會(huì)增加。

　　由于3D LUT可以在立體色彩空間中描述所有顏色點(diǎn)的準(zhǔn)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(zhǔn)確地處理顏色突然的大幅變動(dòng)等問(wèn)題。

　　這樣就讓3D LUT非常適合用于精確的顏色校準(zhǔn)工作，因?yàn)樗鼈兡軌蛱幚硭械娘@示校準(zhǔn)的問(wèn)題，從簡(jiǎn)單的gamma值、顏色范圍和追蹤錯(cuò)誤，到修正高級(jí)的非線性屬性、顏色串?dāng)_(去耦)、色相、飽和度、亮度等?；旧纤锌赡艹霈F(xiàn)的顯示校準(zhǔn)的問(wèn)題都可以通過(guò)3D LUT的方式進(jìn)行處理。

　　在一些高端的監(jiān)視器中，已經(jīng)預(yù)置過(guò)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(zhǔn)也都有相應(yīng)的接口和規(guī)范。

　　對(duì)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(dòng)進(jìn)行部分調(diào)整外，目前所采用的方式是信號(hào)預(yù)失真方式進(jìn)行調(diào)校。這種方式也帶來(lái)多種不同的看法，因?yàn)槭菍?duì)即將進(jìn)入監(jiān)視器的信號(hào)的處理，具體的方法是用一臺(tái)外置的設(shè)備依據(jù)監(jiān)視器的LUT將對(duì)應(yīng)的信號(hào)按照其能夠正確顯示的參數(shù)進(jìn)行預(yù)失真，這一過(guò)程類似預(yù)加重的工作思路。由此可能引入其它的技術(shù)問(wèn)題，但僅從色彩校準(zhǔn)方面考慮，也不失為一權(quán)宜之計(jì)，畢竟在進(jìn)行后期調(diào)色工作時(shí)，我們對(duì)色彩精準(zhǔn)顯示的要求更加強(qiáng)烈一點(diǎn)。也符合“兩害相權(quán)取其輕”的技術(shù)原則。

　　無(wú)論是采用具備校準(zhǔn)功能的監(jiān)視器或是外置預(yù)失真設(shè)備校準(zhǔn)的普通監(jiān)視器，其實(shí)，都是通過(guò)加載3D LUT文件的方式進(jìn)行校準(zhǔn)的。

　　根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示領(lǐng)域LUT的應(yīng)用，可以推論其在監(jiān)視器上的用途可分為校準(zhǔn)、選取和創(chuàng)作三個(gè)方向。

　　校準(zhǔn)功能主要是為了改善監(jiān)視器的物理差異，用軟件補(bǔ)償?shù)姆绞绞蛊滹@示最大程度上逼近所對(duì)應(yīng)的色彩標(biāo)準(zhǔn)，從而得到更加精準(zhǔn)的圖像顯示，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的校準(zhǔn)。

　　選取則是根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行不同色彩空間的轉(zhuǎn)換，讓監(jiān)視器適應(yīng)不同標(biāo)準(zhǔn)的顯示要求，對(duì)標(biāo)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(chǎng)合時(shí)會(huì)使用不同的色域標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)用是以監(jiān)視器為基準(zhǔn)對(duì)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(gè)LUT文件，將此文件加載于監(jiān)視器以進(jìn)行調(diào)色前的先期效果確認(rèn)(用監(jiān)視器觀察調(diào)色后的效果)。

　　盡管外置LUT校準(zhǔn)方式在視頻監(jiān)視器領(lǐng)域的應(yīng)用仍存在爭(zhēng)議，但其應(yīng)用目前已經(jīng)被眾多的業(yè)內(nèi)人士所接受。爭(zhēng)議只限于當(dāng)監(jiān)視器被用于電視信號(hào)技術(shù)品質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)領(lǐng)域。

　　隨著信號(hào)質(zhì)量越來(lái)越高，節(jié)目制作對(duì)技術(shù)品質(zhì)的精準(zhǔn)度也不斷提升，監(jiān)視器也越來(lái)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(zhǔn)顯示，因而更要重視監(jiān)視器的校準(zhǔn)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1、 《超高清電視系統(tǒng)節(jié)目制作和國(guó)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(guó)際節(jié)目交換HDTV標(biāo)準(zhǔn)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