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什么是LUT?

  • 來(lái)源:光虎

>> 什么是LUT?

LUT是Look Up Table(顏色查找表)的縮寫。


要理解“顏色查找表”,就必須要先理解“查找表”,“查找表”在我們?nèi)粘I钪刑幪幙梢?jiàn)。

舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子:

現(xiàn)在你要參加一場(chǎng)考試,然后學(xué)校主辦發(fā)給了你一個(gè)三位數(shù)233,然后告訴你第一位數(shù)對(duì)應(yīng)的是樓,第二位數(shù)對(duì)應(yīng)的是層,第三位數(shù)對(duì)應(yīng)的是房間號(hào),然后給了你下面這張查找表:



房間
1 A 樓 1 層 6 號(hào)
2 B 樓 2 層 4 號(hào)
3 C 樓 4 層 3 號(hào)
4 D 樓 7 層 5 號(hào)
5 F 樓 5 層 1 號(hào)
6 E 樓 6 層 2 號(hào)

那么我們就可以通過(guò)這個(gè)表來(lái)索引你要去的樓、層和房間,是在B43號(hào)。這就是查找表的用處。

>> LUT的定義

我們知道光的三原色是RGB,紅綠藍(lán),當(dāng)我們將這三種光按照不同比例進(jìn)行混合的時(shí)候,就可以得到其他豐富的色彩,那么我們顯示器在顯示色彩的時(shí)候,正是基于這個(gè)原理進(jìn)行的。我們的顯示器是由一個(gè)個(gè)像素構(gòu)成的,每一個(gè)像素又是由三個(gè)子像素構(gòu)成的,分別是紅色子像素、綠色子像素和藍(lán)色子像素,當(dāng)我們用放大鏡觀察屏幕的時(shí)候就可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)結(jié)構(gòu):



然后我們?cè)僖?guī)定RGB三者的取值范圍為0到255,0表示不發(fā)光,255表示發(fā)出最強(qiáng)的光線,因此RGB(255,0,0)就表示純紅色,同理RGB(0,255,0)就表示純綠色,RGB(0,0,255)表示純藍(lán)色,這三種顏色按照不同比例混合就可以得到不同的色彩,因此我們可以用一組RGB值來(lái)表示任意一種色彩,這就是RGB色彩模型。


我們可以用一個(gè)立方體來(lái)表示RGB色彩模型,因?yàn)槲覀儎偛耪f(shuō)了任意一種色彩都可以被拆分為R、G、B三個(gè)分量,同理,立方體中的任意一個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)也可以拆分為X、Y、Z三個(gè)分量,因此我們就可以利用立方體里面的某個(gè)點(diǎn)來(lái)表示某種顏色。


明白了查找表和RGB色彩模型的概念,再來(lái)理解LUT就非常容易了。我們知道一張照片是由很多的像素構(gòu)成的,而每一個(gè)像素又是用RGB表示的,這些RGB數(shù)值告訴了屏幕該怎樣發(fā)光,最后混合出各種各樣的色彩呈現(xiàn)在我們眼前。如果我們想要改變一張照片的色彩,也只需要去調(diào)整RGB值即可,因此LUT本質(zhì)上就是改變像素中的RGB數(shù)值。


>> 1D LUT

這里以1D LUT為例講解一下,所謂1D LUT,就是指一維的顏色查找,也就是說(shuō)你的輸入值只能有一個(gè)變量,比方下面這組數(shù)據(jù):

R G B
3 0 0
5 2 1
7 5 3
9 9 9

R輸入0,輸出為3;G輸入1,輸出為2;B輸入2,輸出3。每一個(gè)輸入值都準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出值,這就是1D LUT,所以如果某個(gè)像素的RGB輸入值是3,1,0,它的輸出值將為9,2,0。如果R的輸入值變成了2,但是G和B保持不變,那么只有R的輸出值會(huì)改變,這時(shí)候像素的輸出值為7,2,0。


很容易可以看出,變動(dòng)某個(gè)顏色輸入值只會(huì)影響到該顏色的輸出值,RGB的數(shù)據(jù)之間是互相獨(dú)立的。


這就意味著1D LUTs只能控制gamma值、RGB平衡(灰階和白場(chǎng))。


>> Gamma
Gamma是解決人眼對(duì)自然亮度非線性感知的問(wèn)題。舉個(gè)例子:一間黑屋子中,點(diǎn)亮了一只燈泡A,人眼會(huì)感覺(jué)照亮整間屋子,持續(xù)點(diǎn)亮第2個(gè)、第3個(gè)、...第N個(gè)燈泡后,人眼會(huì)感覺(jué)屋子逐漸變得明亮,此時(shí)再點(diǎn)亮第N+1個(gè)燈泡,其實(shí)人眼沒(méi)有什么感覺(jué)甚至微乎其微。


亮度對(duì)人眼的刺激是非線性的,第1個(gè)和最后一個(gè)燈泡點(diǎn)亮對(duì)人眼的刺激感覺(jué)是不同的。


人眼感覺(jué)黑  →  白的范圍“有限”,燈泡可以無(wú)限,但是感覺(jué)會(huì)趨于一個(gè)有限值。


在上面的例子中,輸入是燈泡的強(qiáng)度,輸出是人眼的感覺(jué),大自然中,感覺(jué)的差別閾限跟隨原來(lái)刺激量的變化而變化,這就是著名的韋伯定律,我們來(lái)看一張圖。


當(dāng)物理亮度達(dá)到白色的20%左右的時(shí)候,人眼中已經(jīng)感受到中灰色的概念。而剩下的一半高光區(qū)的灰階,需要用白色80%的物理亮度才能照亮成白色。



將這個(gè)范圍應(yīng)用于RGB時(shí),可以在各種亮度級(jí)別生成顏色。值為192的紅色像素將是物理亮度的四分之三,而值為10的紅色像素是非常暗的,需要進(jìn)行Gamma校正以響應(yīng)人的視覺(jué)特性,以產(chǎn)生真實(shí)的顏色。

    Gamma=0.1                              Gamma=0.5
    Gamma=1                                  Gamma=2

>> 3D LUT

在精確的色彩控制當(dāng)中會(huì)接觸使用3D LUT,因?yàn)樗鼈兡軌驅(qū)崿F(xiàn)全立體色彩空間的控制。


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),我們可以看到某個(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。


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。


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