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关于伪色 False Color

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初识虚航风雨同舟

发表于 2015-2-10 00:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 vang 于 2015-2-10 00:21 编辑

      伪色是一个平时提及的并不多的概念,但是在影视工业的某些方面还是会经常碰上它的。虽然伪色更多的被一些专业行当所用,但实际上,一般人跟它的接触却也不少,先看看下面几张图:

01

01

20世纪美国艺术家安迪·沃霍尔的名作《玛丽莲·梦露》   波普艺术

02

02
人体热量图

03

03
胶片底片负像

04

04
天体图


      这些图很常见,它们共同的特点是颜色很“离谱”,说它们“离谱”是因为它们的色彩要么很夸张,要么不符合视觉逻辑,跟咱们平时眼睛看到的物体呈色不一致,完全违背事物的视觉常态。
      其实,这一类图像的色彩呈现方式有一个共同的名字,叫做伪色,False color,以这种方式呈色的图像都被称为——伪色图。值得注意的是,伪色的概念是很广的,其常见程度也远超乎我们想像,上面这些伪色图所呈现的只不过是伪色的一种方式,伪色在很多领域都有运用,它还有很多变体形式。


      什么是伪色?

      为了了解伪色,我们得先往大里想一想——图像是怎么呈现给我们的?(抛开那些专业性的、技术性的概念:模拟、数字、RGB、CMYK等等都先不管)从大众的角度来看,图像就是图像:彩色的、黑白的。
      拿彩色图像来说,我们会评价它的色彩如何的逼真,就像实物放在眼前一样;假如这幅图像因为各种原因(显示、印刷)或出于各种目(强化某种信息),而使物体的颜色跟实物有较大差别,色彩“失真”,我们就会把这类图像区分出来。也就是说,彩色图像可以看作两种:一种是色彩真实的(天空是蓝色的,草地是绿色的,苹果是红色的...),一种是色彩不真实的(也许天空是红色的,草地是蓝色的,苹果是是紫色的...),依据的是符不符合我们的视觉逻辑。习惯上,我们把色彩真实的称为全彩图(ture-color,或真彩图),那种色彩不真实的我们称为伪色图(false-color)。
      说的更加专业一点,图像的色彩编译方式可以分为:
          1、全彩(true  color)
          2、伪色(false color)
      全彩是符合人的视觉逻辑和视觉常态的色彩编译方式,它呈现的是(或近似)自然的真实色彩关系,我们日常所见、所用的大多数图像,例如照片,就是全彩的。黑白图像的“全彩”概念指的是图像灰阶是(或近似)反映物体的真实明度关系。
伪色是在色彩编译方式上有别于全彩的部分,它呈现的是非自然的色彩关系,例如胶片的负像。伪色可以基于各种不同的目的、手段、以及方式来呈现色彩关系,概念非常广泛,在不同的领域都有它的应用基础。

      这里有一个比较有意思的点是:不存在绝对的全彩。绝对的全彩在理论上是和人眼所复现的真实世界完全对应的,没有任何色彩偏差或损失,而这几乎是不可能的。首先,图像抓取设备(如相机)和人眼对光谱的敏感性是不同的,两者的感光结构也不完全相同,人的视觉感受本身也有很强的主观性,人与人之间就存在差别;其次,图像的载体和物体本身在发光和反射特性上不一样,比如实际的玻璃杯和照片上的玻璃杯在反射与透射性能上完全不同;其他还有很多诸如设备色彩再现能力,环境照度等等因素的制约和影响,总之,绝对的全彩不存在!只能无限地接近全彩。另外,全彩和伪色之间实际也没有十分明确的界限,从某个层面来说全彩也算伪色的一部分···,全彩和伪色的关系不是框死的。


05

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全彩和伪色的关系不是框死的




      伪色的作用



     伪色可以基于各种不同的目的、手段、以及方式来呈现色彩关系。比如全彩图以近似人眼视觉特性的方式将可见光转化成视觉信息,而伪色可以将整个电磁波谱都转化成可读的视觉信息,就不论是可见光还是红外线、紫外线、甚至宇宙射线了。实际上伪色的常见形式中有大部分甚至跟电磁波谱都没关系,而是一些专业量值的信息可视化。

      无论是伪色还是全彩,把它们运用到图像当中去的目的都是唯一的——传达信息。对咱们来说,如果全彩在传达信息时说的是中文,伪色就可能用的是英文,甚至是摩斯密码。伪色相对于全彩来说更具广泛性、灵活性、开放性,所以了解与研究伪色及其应用是有比较大的实用价值的。
      伪色在各种不同领域的工作中主要起到下面几点作用:
          1、信息可视化—大部分情况下都是以此为主;
          2、信息转换—比如负片的运用;
          3、信息过滤与增强—用色彩的差异性来强化重要信息。
      伪色的这些功能和作用对我们的一部分工作非常的重要,甚至是不可或缺的。对医学领域来说,X光片、核磁共振这些离开伪色图就没法把测得的数据高效直观地展现出来,在地理测绘等领域也是同样的道理。影视工业中的胶片及其他一些重要环节也都利用了伪色的这些特点。


      伪色图的原理


      简单的说,伪色图的原理可以被概括为两个词:1、对应,2、色阶;"对应"是所有伪色图的"中心思想",实际上也就是一种转换。全彩图的对应是力求能尽量准确地与实物呈现的色彩一致,而伪色图理论上是可以对应为任何色彩关系。色阶作为对象,无论主体是什么,最后都是把一种关系对应到图像的色阶关系。下面就地取材,简单做一个伪色图:

      第一步:获取一张图像,去色,获得原始色阶。

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      第二步:将需要的色彩关系对应到原始色阶上。

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      第三步:获得与原图色阶关系完全不同的伪色图。

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      这里的色彩关系只是随意设定,实际应用中可能会有特定的要求和顺序,比如这些色彩关系还可以对应为下面这样的不同形式:

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      上面是把一整段原色阶一一对应为新的色彩值,伪色图还有一种不是一一对应的关系,而是多对一,一段原色阶对应一个新的量值,新的色彩关系之间没有连续过渡,比如像这样:

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      从这里扩展一下,假设上图对应的原色阶中0-15间的图像信息(对应伪色图黑色的a部分)在下游显示设备上无法读取,属于无效信息,那上面的伪色图就可以非常直观的告诉我们这些无效信息出现在图像的哪一区域,再进一步,我们可以用这种方法来实时地检测图像中是否出现无效的信息,同时也可以了解图像中特定部分的色阶分布是否符合制图要求。
      上面我们是由一张全彩图得到的伪色图的各种形式,实际运用中,大部分伪色图都是由相关量值、数据直接产生。


      伪色图的原理

      伪色具有的广泛性、灵活性、开放性使得它受到许多不同领域的青睐,这就是说伪色的应用还是非常普遍的。但是各个领域间的差别较大,下面罗列一些常见的应用案例,加深理解。

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      上面的伪色应用涉及地理学、天文学等不同领域,下面我们主要看看伪色在影视工业中的一些运用情况。
      首先,胶片时代的负片就是伪色应用的典型了。负像是正像的“对称”,也就是说和全彩图比起来,负像在色阶和色彩上完全相反,黄色的皮肤呈现蓝色,红色的玫瑰花呈现绿色,白色的牙齿是黑的,黑色的头发是白的,所有的色彩和明度都向视觉经验的相反方向呈现,所以底片看上去都很奇怪。



      普通胶片虽然记录下来的是伪色图像,但是“测量”的还是可见光谱,有一些特殊用途的胶片“测量”的内容本身就与全彩图所反应的内容不一样,比如埃克塔克罗姆红外航空胶片,用红外感光层来观测植物的分布情况。
      除了胶片,在摄制及后期制作中你也可能会看到伪色的身影,比如在监视器和一些专业软件中内置有伪色标记测量功能,可能称谓不一样,但是作用是一样的:帮助我们更准确、更有效地把控图像质量。下面以监视器中的亮度着色功能为例看看伪色具体是如何在图像质量控制中发挥作用的:

      在影视制作中,前期的各项准备和投入,比如场景、道具、灯光、表演、美术等都等着在摄影师的镜头下被转换为价值,所以,对拍摄下来的画面的质量控制就显得尤为重要。专业的监视器都可以提供不同的工具和功能来帮助我们把控图像质量,常见的有波形、辅助聚焦、测光,还有下面要说的亮度着色功能,亮度着色功能实际上就是用伪色来区分标记画面中不同的曝光值。
      下图是一台CM250的监看画面,如果想要查看画面各部分的曝光情况,我们可以方便地一键切换到亮度着色模式下。

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      画面随即转换成伪色模式了,但是如何从伪色图判断具体曝光情况呢。

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      画面的左边有亮度、颜色映射刻度表,对应不同色阶与其所映射颜色的关系,对比标准的IRE刻度,我们就能轻松理解伪色图各个颜色部分所表示的曝光情况。比如默认设置下红色表示的是接近100IRE的部分,蓝色表示的是接近0IRE的部分,超过100IRE的曝光区用白色标示,低于0IRE的裁切区用黑色标示,非常直观。

      这些伪色区域还可以进行自定义调整,进一步方便我们在具体工作要求中的应用。下图是将90IRE以上都自定义为过曝光区,可见浪花部分就变为白色了。

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      将10IRE以下部分都自定义为裁切区,则浪花底部变为黑色。

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      还可以从50IRE处定义中灰的范围,由灰色表示,此功能可以非常方便地监控肤色色调是否曝光正确。

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      中灰的监控还可以通过把曝光和裁切区向中间收缩,留下中间的绿色,这样的话更加明显。

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      伪色在这里的应用可以说非常典型和直观,这也是它作为亮度着色功能如此受欢迎的原因,比如著名的ASC摄影师Shane Hurlbut就毫不吝啬地表达了他对这个功能的喜爱并分享了自己的使用经验(http://bp.imaschina.com/news/interview/2014/18894.html#t01)。尊正监视器内置的亮度着色功能还有更多的用法,可以参照产品说明书或其他资料。

      此外,在不少专业软件中也会有伪色的应用,比如德国POMFORT公司的现场调色软件LiveGrade就有Falsecolor功能(http://bbs.zunzheng.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=216&extra=),原理也和上面类似,可以参照论坛里的POMFORT板块进行了解。
      总的来说,伪色给我们的工作和生活带来不少便利之处,浅显陋文不能全概,只求能抛砖引玉!有失偏颇的地方也恳请各位指出纠正,切切!






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发表于 2015-2-10 09:42 | 显示全部楼层
学习了!
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 楼主| 发表于 2015-2-10 20:50 | 显示全部楼层
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发表于 2015-2-28 13:49 | 显示全部楼层
那么现在问题来了,现在的摄影机都可以加载LUT后输出到显示器,那伪色监看时,以哪个为准
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发表于 2015-2-28 15:01 | 显示全部楼层
可怜。。。没人
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 楼主| 发表于 2015-3-1 10:47 | 显示全部楼层
原则与等待 发表于 2015-2-28 13:49
那么现在问题来了,现在的摄影机都可以加载LUT后输出到显示器,那伪色监看时,以哪个为准 ...

以你输出到监视器的信号为准,亮度着色功能是对当前画面亮度信号的测量和映射。
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 楼主| 发表于 2015-3-1 10:48 | 显示全部楼层

有您呐~
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发表于 2015-5-2 00:15 | 显示全部楼层
vang 发表于 2015-3-1 10:47
以你输出到监视器的信号为准,亮度着色功能是对当前画面亮度信号的测量和映射。 ...

呃,俺的问题是,摄影机内有很多种lut输出,可选的是709或者其他的什么,这个时候,亮度着色以哪种为准?
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发表于 2015-5-2 00:18 | 显示全部楼层
vang 发表于 2015-3-1 10:47
以你输出到监视器的信号为准,亮度着色功能是对当前画面亮度信号的测量和映射。 ...

呃,俺的问题是,摄影机内有很多种lut输出,可选的是709或者其他的什么,这个时候,亮度着色以哪种为准?
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 楼主| 发表于 2015-6-16 22:01 | 显示全部楼层
原则与等待 发表于 2015-5-2 00:18
呃,俺的问题是,摄影机内有很多种lut输出,可选的是709或者其他的什么,这个时候,亮度着色以哪种为准? ...

你输入到监视器时加载了到709的lut,那监视器接收的信号也就是709的信号,那亮度着色功能测量的就是709的画面。
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