颜色空间详解_色彩空间高动态和标准

       色彩是可见光所展现的，不同颜色的物体吸收和反射的波长的光不同，所产生不同的颜色。色彩作为现实世界固有的属性是存在和不变的。我们利用数学知识对色彩进行编码，便是色彩空间的来源，不同的编码其所指向的颜色都是唯一存在的，因此色彩空间都是可以互相转换的，只是不同的数学变现形式而已。

       现实不同于理论，显示器显示精度；传输的带宽和cpu的处理能力，处理32bit和处理8bit对带宽和处理器要求有天大的区别。科学家们对人眼就行测量和观察得出人眼的一些特性：

1）人眼有视锥细胞视杆细胞来区分颜色，

2）人眼有视觉暂留作用：这个作用我们就可以用dither抖动来模拟更多的颜色，通过快速交换不同的颜色来欺骗眼睛。

3）人眼对图像的认知是非均匀和非线性的：实际上压缩算法充分利用这一点。很多颜色人眼是区分不出差别的。对于颜色采样的精度在一定区间，人眼就认为是连续的，准确的。

4）人眼对380nm-780nm不同波长的颜色光有不同的敏感度，有色光初中我们就学到用三棱镜可以分离为红橙黄绿青蓝紫，在光谱上人类对绿光感觉最灵敏，向两边递减，根据这个特性科学家发明了yuv色彩空间进行编码，数字量化的表示是ycbcr 亮度+蓝色偏差+红色偏差来表示颜色。

 

        BT.709、Rec.709、ITU.709是同一个标准，全称为 ITU-R Recommendation BT.709，通常简称为 Rec.709，是由国际电信联盟ITU在1990年发布的高清数字视频标准，是被绝大多数视频设备厂商接受的一种标准。包括我们所使用的显示器、电视等设备。Rec.709 也是 SDR（Standard Dynamic Range，标准动态范围）所使用的标准。Rec.709 所用的色彩空间如下：

        BT.2020 全称为 ITU-R Recommendation BT.2020，也是由 ITU 发布的标准之一。该标准拥有更宽广的色彩空间，是 HDR（HighDynamicRange，高动态范围）所使用的标准，其色彩空间如下：

       目前绝大部分显示器都支持 Rec.709 的色彩空间，只有少部分支持 HDR 的高端显示器才支持 Rec.2020 的色彩空间，并且也不是完全覆盖该色彩空间。   

gamma校正

现在的显示设备大部分都是非线性的，即给出的电压激发荧光粉产生亮度不是线性比例y=kx的，而是指数形式的关系 y=x^ϒ ϒ(gamma)通常取2.2这也是sRGB空间的gamma取值，实际上每个显示设备gamma值可以不同（跟显示器实现方式有关）。 

 

y=x^2.2（显示器的gamma曲线）横坐标是电信号，纵坐标是亮度信号。

例如，我们想显示0.2的亮度，如果是线性的，我需要给0.2的电压（我们给的电平pcm），这样我们预期的给定值和实际值相符，就能正常显示对的图像了，可惜你给的0.2v的电压在物理特性上只能才生0.05的亮度，这样对于这个像素点就和我们的预期有差距了，这时候怎么办了，聪明的科学家就想到了我这个像素要0.2的亮度，给0.2v不行，我就给0.4v。这样就修改我们的图像像素数据值对于0.2的亮度我们给0.4v的数据，这样就是gamma校正。我们要理解gamma是为了补偿显示器还原色彩不准确所引入的，显示器用来激发显示亮度的电压和亮度不是线性正比例关系，故显示器必须做gamma修正，使得显示器能正确的显示信号源给定的颜色值。