《调色师手册：电影和视频调色专业技法（第2版）》——监视器校准

本节书摘来自异步社区《调色师手册：电影和视频调色专业技法（第2版）》一书中的第2章，监视器校准，作者 【美】Alexis Van Hurkman（阿列克谢·凡·赫克曼），译者 高铭，陈华，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

监视器校准

对于专业数字监视器来说，显示面板的设计、图像处理和背光（如果需要的话）必须被设计成符合之前提到的BT.709或P3 DCI标准的色域和伽马值，很多监视器能通过简单的菜单选择来切换各种预校准标准。

然而，虽然某个监视器品牌可以广告宣传说它符合标准，但这并不意味着它出厂时就是很精确的。因此，购买一台能够根据你需要的标准来尽可能准确地进行校准的监视器也是很重要的。即使你的监视器出厂时已经做过精密的色彩校准，它仍然会随着背光系统的老化及其他因素而产生色偏。保持监视器标准状态有以下三种方式。
买一台预校准过的监视器

许多专业监视器在出厂前都预校准过了。尽管许多新型监视器有很好的色彩稳定性，但最终它们都需要进行重新校准。如果你预算有限，提前看一看你想购买的监视器的制造商是否提供免费的返厂重新校准服务。如果提供，那么你将可以省下租用校准仪器的费用，或省下购买昂贵的校准仪器及软件（以及学习它们）的费用了。

其中一个提供返厂重新校准服务的公司是弗兰德斯科技（FSI/尊正数字视频）。只要你支付监视器往返服务中心的运输费用，他们将会对你的监视器进行重新校准，该公司所使用的设备比大多数自由职业者使用的设备要高端得多。另外一些制造昂贵的高端监视器的公司，如杜比，为PRM- 4220型号提供了可供订购的年度服务项目，你可以享受到校准仪定期空运至贵公司进行重新校准的服务（因为杜比监视器较大不便运输）。其他制造商也都有自己的策略，最好提前查看哪一个更适合你。
购买可以让专家校准的监视器

另一种方法就是让专业校准师现场进行校准，这种方法对于为家庭影院市场设计的发烧级监视器尤其有用。THX要求监视器和投影仪制造商为监视器提供必要的内置控件用于校准，以符合BT.709。你需要雇一名有资质的专业校准师，以确保你的监视器被校准得符合规范。旧型号的监视器需要专用硬件以调整色彩输出，但目前的这代监视器件不需要额外的校准硬件。

专业探头的价格区间从一千二百美元至最高超过两万六千美元，如果你购买了这些设备来自用，可以满足相当长时间内对色彩校准的需求。你在校准师身上的花费，会让你省下高精度色度计或光谱辐射仪（简称探头）的费用。

此外，校准师还拥有其他一些对于校准工作很有用处的软硬件；测试图形发生器可以为分光光度计的测量输出各种色彩测试域，色彩管理软件校对读数并控制整个校准过程。如果需要的话，结果数据将通过监视器内置控件或外部硬件来调整其伽马和色域参数。

更多专业人士的校准工作也基于LUT来完成，在下一节中会介绍到。
购买校准软件及探头

这种方式使用监视器探头也可以完成，校准软件并不会将自动的测量值整理成一系列对监视器参数的独立调整，而是会数字化地处理测量值并生成一个LUT文件，用于计算怎样基于监视器本身的特性，将监视器的伽马和色域转换成符合用户的目标色域。

这个LUT文件可以被加载到兼容的外部校准硬件（连接在计算机视频输出接口和监视器之间）来处理发送到监视器的信号，它也可以被直接加载到有内置LUT校准的监视器的控制软件上，还可以在提供该功能的非线性编辑系统或色彩校正软件中，将其以显示LUT（display LUT）的方式加载。

优质的探头和校准软件会非常昂贵，但利用它们你可以根据需要随时进行重新校准，对于有多个监视器需要定期校准的公司来说，探头和校准软件最终还是为你省钱了。

检查监视器的校准

　

即使你决定使用返厂校准或雇佣校准专家让你的监视器符合标准，定期检查监视器准确程度以确定是否需要进行重新校准，这是很有必要的。两家软件厂商都有通过测试检查监视器是否精准运行的方法。这种测试通常使用廉价的探头和软件，来检验监视器的校准是否达到规范。你可以使用它追踪偏差，并提醒你任何会影响显示精度的故障，这样你就可以将监视器送去进行保修。

    LightSpace DPS是适用于Windows系统的免费软件，可以使用任何兼容探头（包括廉价的X-rite i1d3探头）以检验监视器校准程度，可与图像信号发生器同时使用，或从运行LightSpace DPS的电脑输出测试图像的AJA T-Tap同时使用(http://www.lightillusion.com/lightspace_dps.html)。

    CalMAN ColorChecker的工作方式与LightSpace DPS类似，一同使用图像信号发生器和与ColorChecker兼容的探头，以测试监视器的校准程度（www.studio.spectracal.com）。

LUT校准的工作原理

监视器校准是色彩校正这个晦涩的学科中更晦涩的部分。然而，一旦你知道操作原理，自动校准就是一个简单而直接的过程。从根本上讲，你可以使用色彩管理软件来控制色彩探头和图像信号发生器一起工作，以测试监视器（图2.6）。图像信号发生器可以是独立硬件，或是在计算机上运行的、通过某种视频接口来输出测试图像的软件。色彩管理软件控制图像发生器，使它在你要校准的监视器上输出一系列色块，色彩探头测量每个色块，然后软件保存测量结果。

通过测量数百个甚至数千个不同颜色色块的过程，我们获得了监视器的特征数据，或者说获得了有关监视器显示能力的数据。这可以让你看到你的监视器是如何从高清视频BT.709标准的理想色彩空间发生偏移的，以及偏移的程度是怎样。一旦获得了监视器的特征数据，那么，理想的校准值和实际显示的差别就被用来通过数学计算产生一个LUT文件，你可以用它来将任何输入到监视器的信号，转换为在理想校准监视器上看起来的样子。

可能你会对基于LUT文件的自动校准过于兴奋，所以，你需要知道它不能做什么。LUT校准只有在监视器的原生色域的大小达到或超过你需要的校准标准的全色域以后，才能够产生良好效果。例如，如果要将一台可以达到BT.709标准的高端等离子监视器校准到严格符合BT.709标准，是完全可以的。但如果试图让它符合色域明显更宽的数字影院DCI标准，那可能就要失败了。

LUT，特别是3D LUT立方体，是根据每个RGB输入值自动计算其输出值的数学表格。3D LUT用于校准时能够让宽色域匹配窄色域，但你绝对没有办法让窄色域监视器正确地显示宽色域。物理上这是完全不可能的。

在没有找到合适的监视器之前，你是用不了LUT校准技术的；你仍然需要调研并购买你财力范围内的、最好的监视器。LUT校准技术并不是要让劣质的监视器变好，而是要让好的监视器变得精准。

深入探究校准技术—LIGHTSPACE CMS的工作原理

　

为了让你更好地理解色彩管理软件在后台究竟做了什么，我认为应该更详细地对一个特定软件进行剖析。当然，不同的校准软件有不同的工作方法，但鉴于我使用LightSpace已经有一段时间了，由于对于它的工作流程比较熟悉，所以LightSpace CMS更便于我描述色彩管理（感谢其开发公司Light Illusion的负责人Steve Shaw的帮助）。

LightSpace CMS是一个基于LUT的专业色彩管理应用程序，它兼容多种探头和图像信号发生器，并在全世界的调色机构中广为应用。LightSpace的原理是将监视器特性数据采集，从产生LUT的过程中剥离出来。操作开始之前，通过使用一些基础测试图来调整监视器基础设置，从而保证监视器设置正确。使用LightSpace校准监视器的第一步是运行一系列测试色块，然后测试色块显示结果，并收集整理监视器在每个亮度等级下色彩输出的RGB数据。

在获得监视器的整体特征数据后，LightSpace在接下来的步骤中分析相关数据：识别和处理红绿蓝分量的交叉耦合，例如，本应只影响蓝色信道的颜色变化却同时影响到了绿色和蓝色信道，导致错误校准。另外，在计算中可能被认定为数据集错误的探头测量值可以在数据进一步使用前得以改正。

LightSpace会在下一步生成实际的校准LUT。在这个过程中，只需选择监视器校准的目标标准（如BT.601，BT.709，DCI P3），之后LightSpace通过数学计算帮助监视器实现精确转换。你也可以在多监视器工作室中用此程序实现多显示设备之间的相互匹配。

随着上述步骤完成，你可以选择将LUT校准结果文件输出成各种格式。也就是说，你输出的LUT文件，可以应用于支持内部硬件挂载LUT的监视器，也可以应用于LUT校准硬件，还可以应用于可以内部挂载LUT文件的调色软件。LightSpace还提供了连接或合并多个LUT文件的额外选项—例如在数字中间片的工作流程中，你想要将一个监视器校准LUT文件和一个胶片模拟LUT文件合并起来，这样就可以在调色中提前看到在使用特定胶片打印后的放映效果。其他工具可以满足手动调节和补偿，以及其他有特殊工作流程要求的高级用户进行微调的需求。

除了通过数学分析获得精准性（归功于先取得监视器特征数据，再生成LUT文件的操作），整个项目的进程可以大大加快。另一项额外的好处是，你可以只对监视器进行一次测量，然后生成用于不同显示标准或模拟软件的多种LUT文件，不需要进行多次测量。

色彩管理系统

在撰写本文时，有三套软件可用于监视器的测量和LUT生成。

• FilmLight公司的Truelight胶片色彩管理系统（www.filmlight.ltd.uk），是一个全面解决方案，该系统包括FilmLight自身的Truelight投影机、监视器探头和软件。
• Light Illusion的LightSpace色彩管理系统（www.lightillusion.com），是另一套实用软件工具，用于监视器测量、LUT生成、LUT转换和再处理，以及其他许多实用功能，例如探头匹配。
• SpectraCal CalMAN视频校准软件（www.spectracal.com），它是进行监视器校准和LUT转换的第三个可选软件。28

28从使用的广泛程度和软件功能来说，LightSpace是事实上的工业标准。
监视器探头

这是个很大的话题。老实说，对于推荐给你的应用软件适合使用哪一款探头，以及哪一款探头兼容性更好更合适这两个问题，要详细说明实在是太复杂了。总体来说，有两种类型的显示探头：分光辐射度计和色度计。它们各有利弊。

• 目前来看，分光辐射度计更昂贵。它们的工作原理是通过测量光线的绝对光谱能量分布，获取大量读数并生成可以转化为色度坐标的三刺激值，对计算转换非常有用。分光辐射度计可以保证很高的精准度，但获取读数慢，尤其在低亮环境下。
• 色度计相对较为便宜，它通过与CIE三刺激值匹配的三片滤镜，使用三个离散型探测器来获取一组更有限的光谱能量读数，生成测量结果色度坐标。为了使色度计正常工作，需要知道光源类型以计算读数。

色度计因为价格低廉，相比于专业校准和大型机构中常见的分光辐射度仪，色度计更常见于私人使用。色度计不如分光辐射度仪通用，也不如它精准，但对于测量监视器这一特定目的来说，色度计是非常合适的。事实上，色度计速度更快，它的内置模型更利于记录低亮读数。

但是，由于滤镜生产过程中出现的变数，还有滤镜老化，以及在廉价的色度计中湿度对滤镜敏感性的影响。鉴于上述情况，先使用分光辐射度仪对色度计进行校准变得至关重要（此举可通过制造商或校准软件实现），并且要确保色度计根据所校准的监视器类型来正确设定。

以下是一些常用的监视器探头。在决定使用哪一种之前，最好做足相关调查，并与你打算使用的色彩管理软件开发方核对相关事宜。根据你的监视器、你的客户和你的应用程序（用于校准或完备性检查）来确定购买探头的准确数量，没必要多买或少买。以下是可用于LightSpace CMS和CalMAN的探头示例。

• X- Rite i1 Display Pro，i1 Pro 2色度计（www.xrite.com）。
• Basiccolor Discus色度计（www.basiccolor.de）。
• Klein K-10A色度计（www.kleininstruments.com）。
• Jeti 1211分光辐射度仪（www.jeti.com）。
• Photo Research PR-655，PR-670分光辐射度仪（www.photoresearch.com）。
• Konica Minolta CA-310，CS-200分光辐射度仪（www.sensing.konicaminolta.asia/products）。

测试图发生器（PATTERN GENERATORS） 29

29也称图像信号发生器。

色彩管理系统在对监视器进行测量时，需要有准确的色彩测试信号输出至监视器，让探头进行测量。测试图发生器可以通过多种方式进行操作。

• 一般来说，测试图发生器是由色彩管理软件控制的，并具备视频输出功能，连接到被校准监视器的专用硬件。专用测试图发生器，例如Accupel (www.chromapure.com)公司生产的就是这方面很好的例子。
• 一些多功能信号转换器和LUT校准盒，如富士IS-Mini（稍后详述），也可以当作可控测试图发生器使用。这样很方便，因为你同样需要使用它们挂载校准LUT文件。
• 测试图发生也可以通过软件完成。例如，LightSpace CMS可以通过连接到运行LightSpace的Windows系统计算机的AJA T-TAP，自身进行测试图发生。或者说，如果你正在使用有LightSpace插件的调色系统，例如DaVinci调色软件（包括免费Lite版），Assimilate Scratch及SGO Mistika，这些调色软件不需额外设定即可作为测试图发生器。30而CalMAN用户可以选择在OS X系统下运行SpectraCal的VirtualForge测试图发生器。

30调色软件和lighspace CMS通过网络实现通信控制。
使用硬件挂载LUT文件

许多监视器都能够通过自身集成的硬件来挂载LUT文件。此外，大多数调色软件将校准LUT文件用于显示目的，作为调色过程中的一部分。

注意

　

如果你使用外置视频示波器，那么使用外置硬件LUT校正也是校准监视器最好的方法。

但是，如果你的软件及监视器都不能加载LUT文件，那么出于校准的目的，可以将LUT文件加载到外部校准硬件，并将其插入从调色工作站硬件输出到监视器的信号链中。你可以从电脑上用USB接口将LUT文件加载到这种设备上。

以下是本书写作期间可用的LUT盒。

• FilmLight Truelight SDI（www.filmlight.ltd.uk）是多功能设备，预加载了15个1D LUT + 16×16×16点LUT立方体组合。它像一个带有柔化裁切技术（soft clipping）的硬件合法器一样工作，它也可以作为测试图发生器。需要配合FilmLight的Truelight软件使用。
• Pandora Pluto（www.pandora-int.com）既可以用于信号转换也可以用于LUT文件校准，提供双链路至单链路以及从HD-SDI到HDMI的转换。LUT校准支持16，17，32和33×33×33立方体。它与FilmLight Truelight、LightSpace CMS和CalMAN Studio兼容。
• eeColor processor（www.eecolor.com）是另一个HDMI输入输出格式的、廉价的信号处理设备，你可以在它上面加载一个64×64×64 LUT立方体用于监视器校准。它兼容LightSpace CMS和CalMAN Studio。
• 富士的IS-Mini（www.fujifilm.com/products/motion_picture/image_processing/ is_mini/）是设计用于现场摄影机预览和基于26×26×26 LUT文件的监视器校准，从HD-SDI到HDMI的信号转换以及测试图发生的多功能设备。它兼容LightSpace CMS和CalMAN Studio。
• Lumagen Radiance（www.lumagen.com）是专为高端家庭影院校准、多信号切换以及信号转换设计的一系列校准盒。Radiance 20XX系列型号增加了对1D LUT + 9×9×9 LUT立方体校准的支持，而其他型号只支持5×5×5 LUT立方体。它兼容LightSpace CMS和CalMAN Studio。
• Blackmagic Design的HDLink Pro（www.blackmagicdesign.com）是一种价格低廉的信号转换设备，也可以使用16×16×16点的LUT立方体来进行信号处理和校准。它与LightSpace CMS和CalMAN Studio兼容。31
• Cine-tal的Davio是另一种多功能设备，可以使用软件插件进行扩展。它可以调用多个64×64×64点的LUT立方体之一用于校准，可以合并两个LUT以结合校准和模拟预置，并可以作为帧存储区和立体图像处理器。虽然Davio已不再生产，但很多还在使用。它与LightSpace CMS和CalMAN Studio兼容。

31到本书翻译为止，HDlink Pro依然不能正确处理LUT，不建议用于监视器校准。

这些硬件设备，被设计成用于单链路或双链路HD-SDI输入，用LUT处理视频信号，以及输出HD-SDI、HDMI或DisplayPort信号至监视器。每个设备支持的LUT立方体的大小不同。对于精密色彩级监看来说，人们普遍认为16×16×16点LUT已经足够，而32×32×32点和64×64×64点LUT立方体通常用于处理数字电影和数字中间片工作流程中的图像数据。

当被问及基于LUT的精密色彩级监视器校准所需的最低精度时，调色师以及LightSpace开发者Steve Shaw说：“假如调色系统内部使用的插值好的话，那么17点以上就没必要了。但如果插值不好，那么使用更高点的LUT立方体会有帮助，但大部分系统都有良好的插值。”

注意

　

有关LUT校准和数字中间片工作流程的详细信息请见Steve Shaw的Light Illusion网站，访问www.lightillusion.com并查看“working with LUTs”页面。

此外，英国FilmLight公司的色彩科学家理查德·柯克（Richard Kirk）指出，Truelight的色彩管理系统结合了1D LUT和16×16×16的3D LUT用于显示校准。“我不能代表所有的客户，”他告诉我，“但对我来说1D+16×16×16 3D一直很好用，我所接到的投诉最终总会被证明是用户的测量或计算失误，LUT立方体精准性很好。”
LUT校准和胶片输出模拟

如果你要调整工作流程的设置以适应影片输出，那么还要记住另一件事：LUT校准可以为两种目的服务。第一个是获得显示数据及校准监视器至符合规范，第二个是获取胶片打印机和胶片的特征数据，以在特定监视器上模拟影片完成后的效果，并帮助你对调色做出好的决策。

为了更好地理解它的工作原理，让我们快速浏览一下LUT文件的转换过程。LUT变换的基础是将RGB值压入3D空间。换句话说，定义数字图像中所有可能的红绿蓝范围的最大三刺激值被绘制成了如下3D立方体（图2.8）。

特定的图像或视频标准的色域由立方体内的多边形表示，它包含的颜色的范围，标示出它的形状。每个图像标准都可以通过特定的形状表现出来。

因此，一个LUT只是一个包括输入值（代表被处理的图像）及其对应输出值（代表图像的显示方式）的表格，它决定某一色域的形状如何与另一色域匹配，从而实现在任何监视器上都能真实还原图像的效果。（图2.9）

在图2.10中，你可以看到LUT文件是如何被用来转换图像然后输出至投影仪上，以显示它们打印到胶片后的效果。

在禁用这个“模拟LUT”并对最终图像进行渲染然后送至洗印厂之前，在此可视化基础上，你可以对其进行适当的调整以优化胶片打印图像质量。

为特定的印片机和胶片组合创建胶片特征LUT文件，可以通过如下步骤实现。

1． LUT测量及生成的软件开发方会为你提供一组全帧测试图像。请将测试图像交予你将要完成胶片输出的机构或实验室。

2． 该机构使用你预先选定的印片机和胶片组合将测试图像打印出来。

3． 印片结果将会被送回色彩管理软件开发方，他们会扫描并测量每个测试图，并根据结果分析生成一个特征LUT文件，你可以使用这个文件来模拟印制胶片后的最终效果。

4． 最后的步骤既可以由校准软件完成，也可以由你自己完成。合并你正在使用的校准LUT文件（用来使监视器完美贴合标准）和步骤3中创建的胶片模拟LUT文件。你可以选择以下三种方法之一完成这一步。

• 通过可以由前两个LUT文件创建出第三个LUT文件的实用程序实现。
• 可以通过将校准LUT加载到你的监视器或外部硬件校准设备，同时将胶片模拟LUT文件加载到你的调色软件软件实现。
• 通过将两个LUT文件都加载到被设计为用于合并两者的外部硬件校准设备实现。