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与PS的大PK之一--调色和曲线
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上次图像缩放的例子中，PS其实还占了我的便宜。为了纯粹对比缩放效果，我用了同样的原始图片，而这原始图片是用了我的软件调色和锐化的。这回我们要从头开始比。调色、锐化，直到最后的综合效果。这里绝大部分图片都是用佳能不同的相机拍摄的。所以把这篇文章也贴到佳能论坛中，也许对佳友有一定参考价值。
调色 现在的数字照片没有不调色的，越好的相机，宽容度越大的相机越需要调色。PS花了很多功夫在调色上，经过十多年的使用，对它不满的地方越来越多。 我们经常看到网上讨论什么相机拍出来的照片油润，什么拍出来的发干。甚至在很多人的眼里，镜头也有干湿之分。 其实什么样的片子油，什么样的片子干？说到底是层次问题。有丰富连续层次的照片看上去就很滋润，而层次受损的片子看上去就发干。从直方图上可以看出一些端倪。像这样满是白线的片子肯定好不了。
好的片子直方图的山形非常平滑，而且中间调要比较丰满。但也有一些问题在直方图中是看不出来的。比如在噪声高的条件下拍的片子。数字相机器件噪声是层次的第一杀手。其实现在佳能入门级单反都有很高的信噪比，你非要用高感去拍，或者曝光不准，欠曝两、三档，都有可能使噪声大大增加。层次就被谋杀了。有损压缩的JPG格式是层次的第二杀手。数据量是怎么被压缩的？就是要以牺牲一些层次为代价。JPG压缩对亮度的层次基本都保留（但也从相机的14比特压缩到了8比特），彩色信息就狠狠地压缩。在无损情况下，亮度信息和彩色信息的比例是1:2，而JPG最多给你做到1:1，至少有1/3的信息没没了。JPG的数据再到PS里去用自动功能调一下色，那简直是一场灾难。有人再把这些图片贴到网上去评测相机或镜头的好坏，还有准儿吗？ 我们看到网上很多照片层次损失到了出现一圈一圈的色阶，就像小孩尿坑后留下来的尿渍。每看到这种片子我就忍不住想喊，“快把你家衸子收回去，别在这儿显眼”。 一个好的调色软件不仅功能要多，能随心所欲地控制色彩，还要能在调色过程中尽可能少地损失层次。我们现在就来看PS做得怎样。 我在这几年的图像处理课上了解到，学员中大概一多半人都是用Photoshop中的“亮度-对比度”和“色彩平衡”功能调色。甚至有人用那些自动功能。其实都不用我们说，看一眼用这些方法调好片子的直方图就知道这里有多大问题。经过这些年研究，PS中只有色阶、曲线这样简单的功能算法没问题，现在曲线中结合了色阶，因此就只剩下曲线是最安全的调色工具。但光是曲线不能解决所有问题，至少还要选“色相-饱和度”工具才算比较完整。色相-饱和度工具不是一个没问题的工具，但至少可接受，它的问题我们后面再讨论。 曲线调色 曲线的算法非常简单，输入值x代入到曲线函数中得到一个y再存回图像中就行了。其实这个过程也不是完全无懈可击。我们不知道其中的实际过程，为了加快速度，算法可以做很多简化，比如用直线代替曲线，用整数运算代替浮点运算等等，都会造成精度损失。甚至完全用浮点运算，PS的曲线也是有可声讨的地方。它用的是分段二次Bezier曲线，在曲线衔接之处只能保证一阶（切线）连续。相当与我们把两段半径不同的圆弧连接在一起，虽然我们可以做到接点处相切，但过渡并不流畅，这会不会造成层次损失？尚未可知，但如果用曲率半径都连续的三次曲线显然更好一些。就像金属机身和塑料机身，到底对成像有多大影响说不清，但用金属机身心理感受明显好得多，也许会影响到拍片时的情绪。 最大的问题发生在最后存回上。我们从图像数据中取出一个整数经曲线的浮点运算后产生一个小数，但要存回图像数据中，必须把它变为整数。这就产生了一个舍入误差。这个舍入误差对层次的影响有多严重？在8位数据中非常严重。我们看这一幅测光还算比较准确的图片，只一个简单的曲线过程就使层次损失了差不多三分之一。层次只剩下了170个不到，哪里还有什么“油润”可言。 
这可是一幅由目前噪声最低的佳能 1D MARK IV拍摄的图片，经这么一个简单过程，层次变得还不如卡片机拍的好。 因此我们要求不能用JPG拍摄，因为JPG是每色8位的；解析RAW时务必解为每色16位的非压缩格式，比如TIFF格式。下面是用同样的方法调整16位图像后的直方图 
直方图上至少完全没有断层了。就是说我们可能仍然至少有大于256个层次。可能、仍然、至少这几个修饰词一个都不多余。通常调整曝光是层次损失最大的一个过程，只有用16位数据才能避免这个损失。但后面就不需要再调整了吗？我们知道曲线是控制阶调（亮度、对比度、色调分布）的唯一工具，它还能控制颜色倾向。因此我们的作品如果要印成大幅照片，少不了要多次打样，反复权衡。甚至多少年后个人或社会的审美发生变化后还要修改。我们知道每一次修改都要有一个舍入误差，这些误差的积累即便对16位表达的数据也有一定损失。总得来说，如果用了16位数据，PS的曲线功能还是比较理想的。不过能对它的修改还有不少。第一， 用分段三次B样条代替分段二次Bezier曲线，使曲线的变化更流畅。第二， 让调色曲线成为外挂的，原始数据不动，只当输出（显示、导出、印制）时才对数据进行处理，这样原始数据永远只被处理一次，没有累积损失。这个改进对8位数据意义重大。我们看一眼在两个定位点相同的情况下两种不同的曲线形态 
Photoshop的曲线形态 eH的曲线形态 明显看出，我用的三次曲线显得硬一些，曲率变化更平滑。这种三次曲线用在飞机外型的设计上。他们的理论认为，如果出现曲率不连续，可能会使气流的速度产生突变，进而增加飞行阻力。至于阶调的突变会不会产生“干”的感觉就不得而知了。总之能防患未然心理感觉总是比较好。另外我把调色曲线搞成外挂的，只有在输出时才对原始数据产生作用，改曲线不动原始数据，这样无论怎样调色，层次损失只有一次。 以上的改变都是小打小闹，相当于给相机换了一个金属机身。对图像质量的改进可能并不明显，至少很多人看不出来。下面的改革就是革命性的了，Adobe不要抄我的喔，不然我就要靠打官司赚钱了。我给曲线功能加了12组分色域的曲线调整功能！就是说我们可以在限定色域，如红色区域内使用RGB曲线！我们都知道曲线是一种非常灵活的功能，它能调整亮度、色相、饱和度和阶调。如果我们如果有了12个色域的曲线功能，对照片效果的控制岂不是随心所欲？也确实如此，自从我把这项功能做好后，就基本不用移色相的操作了。加上主通道的曲线功能，我相当于用了13管的轮转机关枪在和PS的左轮手机PK，想想那些持多管机关枪的肌肉男，酷吧。 
我们来看这样一张照片。
这是原始图像。由于怕曝光出格，所以稍欠了一点。用线性方式解析，图片更显得暗。这都不难，调整曲线定好黑白场。照片就变成了这样 
由于是顶光，叶片的颜色亮了点，与花的亮度关系不太舒服，另外我还想使叶子的颜色饱和度再高一点。在PS中要把叶子勾选出来用曲线调整，我就不必啦，选择一个色域就可以了。另外花蕊有点偏红偏暗，也一并调了。 
我们注意到我不仅把叶子所在的青绿色调暗且加大反差，还把蓝曲线调低，这样既可增加叶子的饱和度，还可使叶子的色相从青绿向绿移动。而在花蕊的调整中，我是增加了绿曲线的中间部分，使花蕊变黄且更亮。这张照片在调整后变成了这样 
你可能注意到了这张长边仅800像素的图片上竟然有那么多自然且一丝不苟的细节，哈哈，这就是我与PS不同的锐化与缩放的功效。关于这点请听下回分解。 与选区不同，曲线作用域的过渡是在不同颜色范围之间的过渡，它的过渡方式也不是通过羽化，作用力按一个高阶连续的平滑函数的定义逐渐消失。因此它的修改痕迹更小。 是在下拙作。昨天发现一个小错，半下时后再下载。
原来是做打印输出软件的。做些调色工具只是为了提高彩扩的效率，可以快速大量出片。本不想算计PS，有些调色的基本功能就行了。没想到PS在小节上做得这么粗糙。于是干脆在自己软件的基础上做得更好一些。我们的软件现在只在专业的小圈子里用，这些调色功能有点浪费了。所以开放出来，如果是上网发图用根本不用花钱。所有调色功能都能用，没有保留。
这个程序做了27年，你就可以理解为什么可以是完全自己编写的代码。27年前研究色度学理论，认为是圣旨，后来才发现有很多问题，ADOBE解决了一些，但更多的没解决。
16位最重要的是在调色过程中可以避免层次损失少于256级。在我们做的输出软件中按16位直接分色，所以此时也有意义，印出照片有极好的过渡。
显示器目前只有8位的，但电视已经有10位甚至12位的。相信不远的将来显示器也会有。但目前浏览器只支持8位的，可能近5年内也不会支持16位。除非有一种大家都能接受的16位压缩图像格式。当10位以上的显示器比较普及时，微软和ADOBE会做出16位的显示驱动。
软件现在有收费版本，但贵点。不在这里讨论了，有广告之嫌。这里讨论的都是免费的。供上网用，讨论，亮骚足够了。过两天介绍锐化。曲线、色相饱和度、锐化是图像处理不可少的3大功能。
刚给新版摄影手册写了一段“图像处理”。哪天我整理一下发上来吧。
先到这里看一下调色要用到的基本概念
http://www.ehongart.net/eh2006menu/3用eH2006调色.htm
里面有中文，要复制到地址栏才能看
遵命。只是层次涉及的问题较多，从选机到拍摄到后期图像处理都有关系。有些图像资料要好好找找。等我写完锐化问题。锐化也是破坏层次的很重要的因素。不好的锐化算法甚至会破坏解析度。
先奉献一个小马4的测试报告， http://www.ehongart.net/Article/tabid/246/ArticleID/717/Default.aspx 里面的特性曲线是我们将来研究层次问题的重要工具。
可以下载一个程序对比一下。我有时间也做一下。从原理上说，彩色坐标系不会对调色算法有影响
今天研究了PS的lab系统，它在调饱和度时也是保持L不变，饱和度成比例加减，这点和我的算法一样，效果不错。移色相时也是保持L不变，在不得已的情况下先减饱和度，也和我的算法一样。
lab的记录方式是，当为8位时，亮度L=0,255；a=-127,+127; b=-127,127；但实际情况上色度编码效率很低，大概只用得上1/3左右。我们把下图的几个色度坐标在ab平面上画出来
尽管这6个颜色不在一个亮度平面上，但也可以看出编码效率很低。意味着色度（彩色）信息被大幅压缩到不足1/3，会严重影响层次。
另外不知为什么，同一种颜色在编码时会出现数字跳动，平白地产生出噪声。下图是一个红色块的编码，可以看出无论亮度还是两个色度坐标都在跳动。因此8位的lab格式是不可用的。
将16位RGB数据改为16位lab数据就没有这个问题了。而且尽管仍不能提高色度坐标的编码效率，但由于16色空间有比较大的冗余度，所以还不至于影响到层次。与我的色相饱和度算法的比较可见 http://www.photofans.cn/forum/showthread.php?threadyear=2010&threadid=24955
PS的Lab系统中的L也算是一种心理亮度，它也与饱和度有关，只是定义和我的不同，哪一种更合理可以将各种彩色照片用两种定义把饱和度减为0对比即可做出判断。
Lab系统也有曲线功能，除亮度的L曲线外，调整ab曲线可将颜色加减品红或橙。比RGB少一个方向但不影响亮度值。倒也是一种可选的方式。只是不熟悉的话还真有点别扭。
目前只有小图可以出JPG，免费的长边800像素，收费的长边1800像素。更大的出TIFF。JPG的策略还要考虑
做了一个虚拟裁切奉献给大家，发图更方便。
在原始图上画一个框子，选定要裁切的部位
然后选择长边800像素导出
把框画得再小点
这回选择不缩放，像素1对1导出。适于新相机或镜头亮骚用。
这个过程原始数据原封不动，所以叫虚拟裁切。本来用在程序里打样用，可以任选一小块打印而不必去操作烦琐的裁切，调入，调色等步骤。打样OK后，取消虚拟裁切就可以正式打印啦。想起用来发图也很方便，花了两天时间做到导出里面。程序周二，也就是23日就可以下载了。导出不超过800像素的仍然免费。
原来的图是这颜色的。在我的软件里调色裁切一锅烩了
今天刮大风，线路不好，下午风停，调整了一下应该可以下载了
VC2005支持多线程的程序是不断自动更新的。因为eH2009程序新鲜出炉，所以必须要最新版的VC2005程序才能运行。
