颜色知识，RGB显色系统详解（下）

csc321

之前写的几篇：

       
颜色知识，RGB显色系统详解（上）


       
颜色知识，RGB显色系统详解（中）


        今天继续高冷的烧脑内容：

        ——为什么PS要有16位/通道和32位/通道的颜色深度设置？

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        为了防止看到最后有人看晕，先来一个简单粗暴的比喻：

        我们小时候参加数学考试都要带草稿纸的对不对？

        对改卷子的老师来说，只看你的最后交上去的考卷就行了。但是作为答题的我们来说，如果单靠心算，要么只能给一个估算的大概值，要么就算着算着算错了（答题从来不用打草稿的学霸请走开）。。。

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        其实，16位/通道和32位/通道这些额外增加的数据深度，以及前面介绍的Alpha通道，就是给计算机发的草稿纸！是给计算机打草稿用的！

        它们对24位色的显示器本身（相当于考卷）是没有意义的，但是对于承担数据处理工作的计算机却很有意义，Over。

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        简单说，16位颜色深度和32位颜色深度，都是为了PS做后期图片处理用的。

        如果你只是用PS画原稿，8位深度完全够用。修照片，要用16位深度。处理HDR图片，用32位深度。

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        好奇心还没有被满足的同学请继续看。

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        具体什么是16位/通道数据深度？

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        24位色，是目前RGB显示器（注意是显示器，不是电脑）的标配，意思是RGB信号分别分配了8位的数据深度，可以各分为256份。

        这就是最常用的8位/通道配置（8bit-per-channel，为了方便，以下都用8-bpc缩写表示）。

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        如果是16位/通道，就是R/G/B分别有16位数据深度。

        ——其实PS里只分配了15位，所以每种颜色可以分为2的15次方=32768份。这就应该是15×3=45位色了。（不要问我为啥叫16-bpc实际上只有15-bpc。。。楼主也不知道。。。）

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        至于32位/通道，每个通道可以分得更加精细，2的32次方=4294967296份。。。

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        所以，回答上一章留下的问题：32位色和32位/通道，它们不是！一回事儿！！

        一个是指每个像素数据有4个通道（RGB+Alpha），每个通道有8位。

        另一个，则是指每个通道有32位数据，单个通道的数据量是32位色的4倍。

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        至于为什么它们叫了这么容易混淆的名字。。。学理工的人起名字就是这个德行，你懂的。。。

        好了，基本情况介绍完毕。

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        至于大家最关心的问题“什么时候需要用16位/通道的设置”，所有网上能搜到的中文答案都是这么说的：平时就用8位/通道，就行了！

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        嗯，这么说是没错的。但是楼主这样钻牛角尖的人怎么会满足于这种小白答案？！咱继续。

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        ——16位/通道是干嘛用的？

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        简单说，为了避免对24位色图像的后期处理出现“色带”问题。

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        目前，除了一些非主流的显示器（比如RGBW像素、四色显示器之类），24位色就是显示器的标准配置。也就是说，计算机传送给显示器的数据一定是24位的。超出24位的数据，显示器都不知道该拿它们怎么办。。。

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        但这是仅仅是对显示系统而言的。电脑不仅要存储、显示图像，还要对图像做各种修改、编辑，也就是对图像数据进行计算处理。这样24位的数据深度就不再够用了。

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        楼主举个跟钱有关的例子。

        你的信用卡平时怎么记帐？是精确到分吧？比如，-￥119.34元。

        而为了方便，我们往往还钱都会还整钱，比如上面的￥119.34元就会干脆还120块。既然我们只关心到整数的精度，可不可以记账的时候就直接四舍五入、化零为整了？——试问哪家银行敢这么干？一次两次就算了，一个月下来，这误差不知道有多大！记少了银行不干，记多了你干不干？

        也就是说，记账的时候，我们需要的是整数，但计算的时候会保留两位小数，避免误差在计算中的累积，导致最后对不上帐。

        ——怎么样，有点直观感觉了吗？

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        记账只是加减法。一旦涉及到乘除、求导、指数等高阶计算，误差的累积速度更是惊人。

        大家试着算一下：1÷3×3=？当然大家都知道结果是1。

        但是如果是计算器算呢？

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        如果你们手上有安卓系统的手机，请打开手机里的计算器来算一下，得到的答案是0.99999999。。。

        因为手机计算器计算过程中，会保留8位小数，所以1÷3=0.33333333。再乘以3，就是0.9999999。。。不过，好歹误差还是远低于千分之一的，一般应用里足够了。

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        这是不是有点颠覆你的感觉？计算机其实很笨，对一些简单问题的处理甚至还比不上人心算。为了用正确的算法得到靠谱的数值结果，软件背后的程序员们必须十分小心，要付出很多很多艰苦的努力。

        （PS：如果用苹果手机或者电脑上的计算器算，就还是等于1。我觉得这两家的工程师应该是专门优化了这个算法。谷歌的工程师们加油啊。。。）

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        如果再极端一点，看看整个计算的中间过程，如果只能保留整数位会发生什么。

        1除以3等于0.33333333，四舍五入一下，就是0了。。。0再乘以3，等于0。。。

        ——那么结果就是，1÷3×3=0！这是什么鬼？！

        ——这就是中间值没有使用小数带来的误差悲剧。

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        所以，当参与计算的数据是N+1位时，能得到的精确值最多只能到N位。这就是被一门叫做《数值计算方法》的学科里提出的“有效数字”的概念。

        ——说人话！！

        ——好。一个24位色的图像，是标准的8-bpc数据深度。如果要对图像数据进行复杂的运算，计算机内部计算用的数据深度，必须大于显示用的8-bpc。

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        回到PS这里，如果你的工作主要是做后期、做特效，特别是照片要修色，修改色阶输出什么的，就最好一开始就选择为16位精度！否则，在软件进行内部计算的时候，如果参与计算的数据位数不够，就有可能造成下面的“色带”现象：

       



        出现这个现象的原因，在于第一步开始压缩色阶输出范围的时候，过渡色的细节信息被“压缩”了，变成了一片色差很小的灰色。由于在计算机里由于没有分配空间存储这些被“压缩”的信息，这些细节只好被扔掉。恢复色阶后，这些信息也没地方找回来，所以只能恢复一个大概。这样，大量的过渡色被“吃掉”，最终形成“色带”。

        那么，如果做这个计算的时候，有“草稿纸”能暂时记一下中间数据，不就能把丢失的细节找回来了？大家可以自己在PS动手验证一下，如果采用16-bpc的设置，则可以几乎完好无损的恢复原图。这就是因为16-bpc的数据存储空间比8-bpc大了整整一倍的缘故，被“压缩”的细节信息有地儿暂存，恢复色阶的时候就可以原地满血复活。

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        如果你之前曾遇到“色带”问题，是不是百思不得其解？吼吼，现在明白了吗？

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        但是！如果不管三七二十一，任何工作都设置为16-bpc，也会有别的问题。

        16-bpc的设置下，数据存储空间翻倍，文件的大小也翻倍了。也因此计算机数据处理的工作量也大大增加了，如果文件数据本身就很大，处理数据的速度会明显变慢。32-bpc文件大小更是翻了两番。

       



        并且，PS里有很多滤镜效果都不能支持16-bpc，绝大部分不支持32-bpc。

        楼主对此的推测是，其实没什么别的原因，就是计算量太大了，搞不过来。并且，为了在16-bpc里尽可能多的使用滤镜，把16-bpc的实际数据量降到了15-bpc，只是保留了原来16-bpc的名字。以上只是推测，有没有高人有Adobe的内部消息的，跟楼主悄悄说一下:D

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        而且我知道有些画手，在PS里图层的数量动不动以百位计，经常把电脑搞死机。如果动不动就发大招，采用16位数据深度，电脑工作的负担翻了好几倍，有些老机器不是要卡成狗？

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        实际上，你完全可以在使用PS的过程中在8bit/channel和16bit/channel的之间来回切换（图像->模式）。只有在你感觉可能需要使用较深的数据深度的情况下，再用16-bpc的设置。

       



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        那么问题来了，

        ----什么是“可能需要使用较深的数据深度的情况”？

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        1.有渐变颜色的地方，特别容易出现“色带”。

        比如照片里面的蓝天、水面，UI里面用过渡颜色填充的背景，等等。因为渐变的颜色，从原理上说，每一个色块之间的色差应该很微小，才能形成自然流畅的渐变色，一旦色差跨度反常的变大，就会出现“色带”。

        所以，照片是出现“色带”的重灾区。对摄影师们来说，对照片修片还是尽量用16-bpc设置为好。此外，JPEG格式只支持8-bpc数据深度，而RAW格式支持16-bpc。为了在后期有更大的调整空间，拍照还是应该保存为RAW格式。

       



        （图上的右边例子里，原图已经出现了轻微的“色带”）

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        2.带文字的画面。

        我们看到的文字颜色也许是黑色的，但其实文字的细节之处（特别是有斜线的位置），有很多不同的灰阶（过渡色）。所以文字的斜线部分也容易出现看起来像锯齿一样的“色带”。

       



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        如果你处理的图像是动画、插画风格的，色彩变化剧烈、渐变颜色填充用得少，这个问题就不会很明显。

        如果是尺寸比较小、大面积纯色用得多的类型，比如logo之类，也完全不用担心这个问题，选择用8位数据精度一点事儿也没有。

        比如驼灰灰这样的：

       



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        对楼主这样的懒人来说，平时一概用默认的8位/通道设置。

        只有修图走到某一步发现：哎呀，出现“色带”了！退回去嘛，配置成16位/通道再来一遍就是了，哈哈哈哈～

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        明白了吗？楼主为什么要强调图像、通道这些CG的概念和数据有关？

        CG=ComputerGraphic。

        这个“计算机”的名头可不是白给的。

        和传统的图像相比，数字图像的确有很多特性和它的数据本质息息相关。

        你甚至会发现数字图像处理的问题发展到一定阶段，其实本质是数学问题。在Adobe之类的公司，还会专门有叫“算法工程师”的职位，基本不用写代码，一心研究算法。

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        大家不用一听到数学就腿软，反正我们只负责用，难题都交给那些学数学的好了，嗯哼。

        不过楼主一想到，某种意义上，设计界的未来竟然掌握在一群数学家手里，就觉得很。。。反差萌。。。望天。。。

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        接下来，

        ——什么时候需要用32位/通道？

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        如果你都问出这个问题了，其实就说明你不需要用它了。。。

        因为32位/通道，是为了应对更极端的应用场合：处理高动态范围（HDR）的照片。

        要用的人自然就用了，不用的人完全可以不管它。。。

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        ——楼主你是不是想偷懒？你是不是自己都搞不明白就想糊弄过去了！？

        呃，被你看穿了。。。

        楼主平时的工作完全用不到HDR，所以以下内容完全是查资料后的理解。。。有错误的地方还请高人指正。。。

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        --什么是HDR？

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        HDR简单的说，就是要解决逆光拍照的技术。

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        逆光拍照～困扰了摄影师们多少年的难题～～～

        夕阳西下，美女回过头来嫣然一笑，美啊！但是拍出来一看，夕阳是有了，但是美女变成了黑脸包公。。。

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        Why？

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        要讲清楚这个问题，首先大家要知道，人的眼睛对亮度的适应性是非常非常厉害的。

        自然界的照度（可以简单理解为平时我们说的亮度，要掰扯这个概念太花时间），变化范围比你能感觉到的要大的多。从月光下的1个lx以下，到夏天大太阳下的20Klx以上，最大值和最小值能相差几十万倍！

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        人眼对此表示，自动适配毫无压力！这个就叫做动态范围大。

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        目前，地球上的所有相机，不管是胶片的还是数码的，不管是CCD还是CMOS，也不过多么高级，跟人眼比动态范围，那都只有抱大腿的份！

        所以，照相的时候，如果取景器里同时有高亮的物体（夕阳），又有低亮度的物体（逆光的人），相机就只能将就其中一个。顾得上夕阳，就顾不上人。人像的曝光值合适了，夕阳又会过曝。

        也不一定非要是逆光，只要照片的高亮部分和低亮部分亮度差异太大，相机的曝光设置就会出现熊掌和鱼翅不能兼得的问题。

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        怎么办？传统方案有：加闪光灯、反光罩（增加前景物体的亮度），镜头前加滤镜（减低背景天空的亮度）。胶片时代还有暗房的局部加减光技术可以弥补一下。PS里也有和暗房技术类似的Dodge和Burn两个工具。但是这些手段都各有各的问题，局限性也比较大。

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        随着这些年数码相机技术的飞速发展，原来的许多摄影技术难题都解决得七七八八了。高像素、变焦、防水，都不再新鲜。2003年佳能的EOS300D面世，更把数码单反也拉下了神坛。做相机的厂商，那个愁啊～还有什么能当卖点的？对了，逆光拍照还是个难题，弄这个！

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        于是，从2004年开始，各大品牌的相机都推出了自己的新技术，雄心壮志要搞定这个难题。这些新技术，就被业界统一视为高动态范围（High-DynamicRange，简称HDR）相关技术。HDR这个名词正式开始进入消费者视野。

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        现在一晃十年过去了，就连手机用的摄像头，也有很多号称采用了HDR技术。效果嘛，应该说有明显进步，但依然是远远不够滴。当然这也不能怪他们。同志们，硬件的每一次进步，都是在哗哗的烧钱啊！所以基本只能是爬行动物的速度，一步一步往前蹭。。。

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        但是软件就不一样了！

        Photopshop说，我们2005年的CS2就用软件办法搞定了HDR问题好不啦！效果冈冈滴！还不用多花钱！

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        其实软件的HDR原理很简单。

        举个例子。夕阳下的街道，因为街道被高楼挡住了阳光，所以正常曝光的照片（图①），为了兼顾天空和街道，天空有点太亮了，街道又太黑。

        于是，我们可以把曝光量调高一档，专门拍街道，获得阴影部分的细节（图②）。再把曝光量调低一档，得到天空的正确曝光图片（图③）。得到这三张照片后，用PS合并一下，把最佳状态的天空和街道拼合到一张照片上，Bingo！

       



        那么它和32-bpc又有什么关系呢？

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        我们来观察一下图②的天空部分。由于过曝，画面已经一片白了。这个白，用PS的拾色器查看一下，是8-bpc下的纯白色（R255，G255，B255），就是说信号已经满格了。但如果用眼睛看，天空事实上是很漂亮的渐变颜色。也就是说，天空有很多细节信息超出了图②能显示的范围。

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        软件解决HDR的办法，就是把所有细节信息收集起来，比如街道的细节、天空的细节，放到同一个筐里，然后挑选出我们需要的部分，拼成一幅完美的图像。

        这个筐，就得足够大，容量至少得大于图①+图②+图③。它不但要保存从0到255之间的、能显示出来的信息，还要保存超出显示范围的高亮信息，以供后期处理。

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        --32-bpc就是为此而生。

        它采用了浮点型的数据类型，RGB的0到255的变化被0到1取代，并且最高可以到20。也就是说，32-bpc图像的亮度可以是8-bpc图像的20倍，虽然在显示器上看可能都是一片白，但其实它在白色的背后还保存了很多细节。

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        可以看到，图①、图②和图③在PS里拼合后，形成了新的32-bpc的HDR图像。但这只是把图①到图③（其实还可以更多幅）扔到了筐里而已，至于怎么挑，还需要手动调整。32-bpc下保存的丰富细节，就为这种调整提供了充裕的余地。

       



       



        下一步，把32-bpc图像转换成8-bpc的图像的过程，就是一个挑选的过程。这时，PS会保留你需要的细节，同时扔掉那些不再需要的。下面的界面就是在问你：大哥，怎么扔？

       



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        经过如此这般调整后的HDR图像，直观上的对比度可以做得很高，锐度也高，细节可以非常丰富，由此实现一种普通图像无法实现的效果。甚至有人还专门追求这种HDR风格，把本来不是HDR的照片也P成这样。。。

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        是不是还有点晕？

        再打个比方。

        如果你有女朋友就明白了，女生买回家的衣服一定比穿上身的多。。。

        你看到的只是一身漂亮衣服，其实背后是整整一个大衣柜！还不算各种包包鞋子围巾腰带。。。

        不要说浪费，这样才能随便挑啊，才能每天都漂漂亮亮出门啊啊啊～（写到这里楼主好想去逛街。。。话说我到底是为了啥下了班还孤零零的一个人在这儿敲字。。。

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        相比之下，32-bpc比8-bpc、16-bpc多占用的那点存储空间算什么呢？好歹低碳环保零污染，而且还是免费的"

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        吐槽结束。

        最后再简单总结一下，16-bpc和32-bpc，都是为了做后期。

        如果用PS画插画，用8位深度。修照片，用16位深度。处理HDR图片，用32位深度。

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        。。。写了这么一大篇，居然就得出了和百度没啥两样的结论，楼主突然感觉好心塞。。。

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        好了，基本RGB的疑难杂症都扫光了。

        下一章开讲PS里的RGB拾色器" 跟这一章比起来明显轻松愉快多了"

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        下次再见"

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教程编号:136560 作者：endlessring 出处：站酷