文章转载自:@SlayeRBoxeR

原文地址:提升画质搞定色彩管理,16K文字讲述影视后期暨影音发烧友玩转BENQ SW270C硬件3D LUT

 

从经典影片《布达佩斯大饭店》让人印象深刻的千禧粉,到近年国产古装剧《延禧攻略》大火的莫兰迪色,无不让人感受到色彩对影片的重要性。在进行影视后期调色处理时,大家应该会不可避免的接触到一个工具——LUT。对专业用户而言,LUT是魔法师也是得力助手,可以让暗淡无光的画面焕发光彩,也可以通过LUT得到更准确的色彩。

 

过去谈到色彩,人们大多想到色域、色深等常见名词,今天就跟大家聊聊LUT。

 

一、何为LUT?

 

LUT(LOOK UP TABLE),即色彩查找表。实际应用中,LUT就如同是一个数字化的调色盘,以数字矩阵的形式呈现。将输入的数字信号中的色彩信息通过LUT内含的数据和转换公式,将输入色彩转换并输出的这个过程,就称为是LUT调色的过程。

 

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LUT通常情况下根据精度可以分为6bit、8bit、10bit、12bit、14bit等,而现在一些专业显示设备的LUT精度甚至能达到16bit。

 

二、硬件LUT和软件LUT

 

从工作的机制来看,LUT分为硬件LUT和软件LUT。

 

1、硬件LUT

硬件LUT,即显示器,监视器,LUT盒子等硬件设备所加载的LUT。硬件LUT直接将色彩经过转换后输出到屏幕上。所有的显示相关设备,包括电视机,显卡,投影机都自带LUT,只是由于LUT数据的不同,导致输出的结果大相径庭:如果LUT的数据不够精确,那么会导致偏色;如果LUT数据库不够大,会导致色阶丢失,也会对色彩的准确度产生负面影响。通常专业一点的显示设备,都拥有14Bit(4万亿)以上大小的调色盘;而一些普通的显示设备,包括显卡,则一般只拥有8至10Bit的LUT调色盘。

 

2、软件LUT

软件LUT,即通过软件,如达芬奇 Resolve,或者更加普及的MadVR, KODI,甚至摄影用的PS软件等,加载LUT文件,从而将输入的色彩信息通过LUT数据库进行色彩转换,并将转换后的色彩在软件界面内显示。

 

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软件LUT相对硬件LUT来说,缺乏对硬件设备的色彩管理,同时对于色阶损失有负面影响,因此在实际操作中,如果是生产用户,那么软件LUT和硬件LUT相辅相成,不可分割;如果你是高玩用户,那么你更需要的是硬件LUT,特别是准确的可自定义调整编程的硬件LUT。

 

三、1D LUT和3D LUT

 

当然关于LUT分类,更为熟知的是1D LUT和3D LUT两类。

 

1、1D LUT

简单来说就是LUT的矩阵以一维的方式呈现。他的特点是将输入的RGB色彩通过LUT实现一对一的转化。

1D LUT的输入与输出关系如以下公式:

 

Rout=LUT(Rin)

Gout=LUT(Gin)

Bout=LUT(Bin)

 

在转化的过程中,RGB三原色各自拥有一个1D LUT表,那么总共在整合3个1D LUT表的情况下,就可以对色彩的色温进行调整了。

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1D LUT的优点:简单易懂,数据量小查找速度快,能够Gamma值、RGB平衡、黑点和白点等参数。

1D LUT的缺点:数据量太小,无法调整饱和度与色彩空间。

 

2、1D LUT加强版 – 3×3 MATRIX(三阶矩阵)

由于传统1D LUT的缺陷,因此三阶矩阵作为1D LUT的加强版被引入。传统1D LUT无法调节饱和度的这个缺陷,在引入了三阶矩阵后得到了有效解决。

 

3×3 MATRIX的优点:在1D LUT的基础上,可以调整色彩的线性饱和度。

 

3×3 MATRIX的缺点:数据量仍然偏小,无法调整色彩的非线性饱和度,导致校色精度不足和在电影色彩模拟中的色彩局限。

 

3、 3D LUT

3D LUT,简单来说就是LUT的矩阵以三维的方式呈现。由于3D LUT所携带的数据信息量较大,而且RGB参数的变动是基于同一个LUT的矩阵内,因此变动一个数值会带来其他数值的同步变化。

 

3D LUT输人与输出关系如以下公式:

 

Rout=LUT(Rin,Gin,Bin)

Gout=LUT(Rin,Gin,Bin)

Bout=LUT(Rin,Gin,Bin)

C:\Users\ZOET~1.GU\AppData\Local\Temp\WeChat Files\423e515d468027b94c664293b9f571b.png

3D LUT的优点:可以调整几乎全部的色彩参数,完整弥补了1D LUT和3×3 MATRIX的缺陷,满足色彩管理以及电影工业中的苛刻标准。

 

3D LUT的缺点:运算过程比较复杂,且通过色彩的线性计算方式获得的3D LUT在很多情况下精度无法满足需求,因此导致网络上一些未经过精心实际测定而是用计算的方法得到的‘免费’或者是‘廉价’的3D LUT在精度和通用性上都非常差,这也导致了3D LUT在用户的实际应用中碰到问题。

 

4、3D LUT 是否一定好于1D LUT?

3D LUT固然好,但1D LUT也并未被行业所抛弃也是有原因的。

 

首先,3D LUT的计算和转换过于巨大。以完整的10bit的转换流程为例,如果使用3D LUT,那么这个流程就是1024的三次方,即10.7亿次转换输出,导致无论是计算还是文件都大到恐怖,无法在实际中应用。因此,在实际应用中,大多采用17或者64个参考点作为转换输出。

 

其次,由于3D LUT能够调整几乎全部的色彩参数,包括饱和度,也因为3D LUT在调整过程中,调整一个参数会‘牵一发而动全身参数的特性’,所以导致很多色彩工作者在加载3DLUT后突然感觉色彩‘变差了’。 

 

四、LUT的应用

 

LUT主要应用在以下三个领域:

 

1、色彩管理

目前较为常见的色彩管理体系,主要包括ICC/ICM体系和LUT体系。

 

(1) ICC/ICM体系。其实从色彩管理的效果来看,ICC体系和LUT色彩管理体系是一致且相互联系的,二者可以通过计算相互转换,两者的工作原理也极为类似。由于历史原因,在传统的色彩管理流程中,大多数时候我们仍然在采用ICC/ICM体系 – 包括WINDOWS和OSX均是如此。

 

(2)LUT体系。 ICC/ICM体系很难直接应用在视频领域,而LUT体系可以完全兼顾平面图片和视频,并且由于LUT携带的数据量更大,尤其是3D LUT,可以调整的色彩参数也更多,也赋予了用户更多的自由度。作为色彩管理的一部分,3D LUT,尤其是硬件3D LUT还可以用于校色,这样可以确保经过校准的显示器可以显示尽可能准确的图像。

 

2、技术和工作流程应用

通常应用于生产流程过程中,典型的案例就是Log和Rec 709之间的色彩转换问题。

 

在视频处理流程中,进行Log拍摄可以保留更多的曝光,存储的色彩空间、宽容度等图像信息更加丰富,更加方便进行后期创造,因此有很多摄影器材直接以Log模式直接输出影像。但Log模式的画面一般很灰很平,而一般的显示器都没有Log模式,因此在显示器上直接看Log模式的视频会导致偏色。这时候就需要将Log转为Rec 709的LUT,这样才能看到正确的色彩。

 

3、设计、创意类LUT

在调色领域,调色师和色彩师对于色彩的调整各自都有不同的风格。LUT同样也赋予了后期的视频以及图片的创意调色功能。LUT本质是一个调色盘,而这个调色盘的数据怎么写用户是可以定义的,所以很多创意类的LUT也应运而生。当然,创意和设计通常用到的是软件LUT。

 

五、市场上支持硬件3D LUT的显示设备盘点

 

1、LUT BOX

LUT BOX相当于是一个外置的硬件LUT,所以它可以把所有的显示设备都变成硬件LUT的设备。但是购买它需要额外的一笔开支,尤其支持UHD的LUT BOX价格相当昂贵,再加上需要外接和专门的软件,导致使用上并不方便,成本也不低。多用于生产用户。

 

2、电视

目前一些厂家也推出了支持硬件3D LUT的电视,因此在预算有限的情况下,有些生产用户也会用电视做视频后期。不过电视本身自带的色彩引擎和背光技术特性,加上I/O特性让电视,尤其是OLED电视的硬件3D LUT色彩管理,也遭遇了不少的挑战。但这仍然是HDR后期调色较为便宜的解决方案。

 

3、监视器

现在一些大型的影视制作公司或工作室大多采用监视器作为后期显示设备。一些厂家推出的监视器产品支持硬件3D LUT,但还需额外收费,再加上监视器本身价格就不便宜,因此对于个体用户而言,想要配置一台监视器用于后期处理还是比较困难的。

 

4、显示器

由于技术的进步和发展,越来越多的专业显示器搭载了硬件LUT,这在解决了图像处理过程中色彩管理问题的同时,也赋予了这些专业显示器可以进入视频后期市场的基本准入条件。目前在国内外的一些比较专业的视频工作室和剧组中,应用在视频后期中的专业显示器也越来越多了。

 

过去,搭载硬件3D LUT的显示器几乎只有EIZO和NEC。而近几年,不少厂家也开始推出搭载3D LUT的显示器型号,但事实上,由于3D LUT的落实需要耗费不少时间和成本,所以其中不少显示器走的是3×3 MATRIX色彩管理通道。而明基专业摄影显示器SW270C正是为数不多能真正执行3D LUT校色和色彩管理的产品,而且它的LUT精度能达到16bit。

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同时SW270C还支持硬件校准,提供了免费校色软件Palette MasterElement(以下简称PME),它的好处就在于校色数据直接存储在屏幕中,即使更换了电脑也无需重新校色。不过SW270C虽然本身支持硬件3D LUT,但PME这个软件走的是1D LUT的加强版 - 3×3 MATRIX,因此对3D LUT有硬性需求的人,需要另外寻找支持3D LUT的第三方软件。

 

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3D LUT在色彩转换过程中的轨迹

 

下图为在SW270C利用两个不同软件:PME和LightSpaceCMS分别用LUT生成Rec.709模式的色彩表现对比图:

 

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1D LUT 3x3 Matrix Rec 709

 

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3D LUT Rec 709

 

可以看到,二者对比下来,色彩表现总体差别不大,但是3D LUT明显表现出了更高的动态对比度和典型对比度,导致无论是景深还是动态反差,黑深还是黑白色的纯度,3D LUT都更强大,画质也更加优秀。

 

总之,LUT不单单是一种色彩滤镜,更是连接不同色彩空间的桥梁,在视频后期处理中特别是色彩管理过程中发挥着重要作用。可喜的是,在技术和行业发展的大趋势下,一些硬件厂商也为他们的高阶专业显示器产品整合了硬件3D LUT,使得市场上也出现了不少亲民的支持3D LUT的显示设备,让3D LUT逐渐从专业影视后期工业领域开始向高阶用户和一般生产用户方面扩展。

 

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2019-09-22
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