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摄影笔记78:颜色通道(RGB vs CMYK vs Lab)

 ananab 2015-05-30

要想做出好的彩色和黑白照片,就要搞懂色彩的原理和如何安排和调整照片的颜色,而色彩可能是摄影后期里边最难掌握的部分。为了提高一下自己的色彩修养,最近开始研读Margulis大师的《Photoshop修色圣典》(第五版)。翻开第一章就吓了一跳,因为有这样一道题目:RGB空间有红、绿、蓝三个通道,CMYK空间有C、M、Y、K四个通道,Lab空间有L、a、b三个通道;如下图是一束红花在R、G、B、C、M、Y、K、L、a、b十个通道中的样子,请确认每个通道。

 

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)

 

如果让我区分RGB三个通道还有可能,区分所有十个通道就彻底歇菜了,因为我对CMYK和Lab压根就不熟悉。这也不奇怪,我没打印过照片,所以没有研究过CMYK。后期做的也不是很多,没有研究过Lab。

 

为了把《修色圣典》读下去,就必需要搞懂CMYK、Lab以及它们和RGB的关系。下了一番功夫之后,本文总结一下心得。

 

(一)RGB通道

 

红(R)、绿(G)、蓝(B)是熟知的加法三原色,它们是一切显示器(发光介质)的基本元颜色。底色是黑色,即不发光的状态。黑色加上红色的光,我们看到的就是鲜艳的红色。黑色加上绿色的光,我们看到的就是鲜艳的绿色。黑色加上蓝色的光,我们看到的就是明亮的纯蓝色。

 

发光介质的底色是黑色;想要红色,我们就添加红色光;想要绿色,我们就添加绿色光;想要蓝色,我们就添加蓝色光。想要其它颜色,我们就添加红、绿、蓝色的组合。这就是“加法三原色”名字的由来。比如,想要黄色,我们就添加等量的红色和绿色。想要白色或灰色,我们就添加等量的红色、绿色和蓝色。

 

加法三原色(RGB)的加法关系如下:

红+绿=黄 

 红+蓝=品红

绿+蓝=青 

红+绿+蓝=白    

以上的相加都是等量相加(或等量混合)。黑色是什么颜色都没有,红、绿、蓝的数量都是零。所以

黑+红=红 

黑+绿=绿 

黑+蓝=蓝 

 

红色的补色是青,因为红色=白色-青色(红+绿+蓝=白,绿+蓝=青,所以红=白-青)。同理,绿色的补色是品红,蓝色的补色是黄:

红+青=白 

绿+品红=白   

蓝+黄=白 

 

因为加法三原色的原理基于在黑色上添加三原色,红色在R通道中明亮(明亮程度取决于红色的数量多少),在G、B通道中黑暗(纯红色在G、B通道中是纯黑色);绿色在G通道中明亮(明亮程度取决于绿色的数量多少),在R、B通道中黑暗(纯绿色在R、B通道中是纯黑色);蓝色在B通道中明亮(明亮程度取决于蓝色的数量多少),在R、G通道中黑暗(纯蓝色在R、G通道中是纯黑色)。

 

白色背景下的红花绿叶,在RGB三个通道中各是什么样子呢?在R通道中,为了表现红花,需要较多的红色光和较少的绿色、蓝色光。所以,在R通道中红花比较明亮,绿叶比较暗淡。那么白色的背景呢?白色是等量的红、绿、蓝混合,所以在R通道中,白色背景比绿叶要明亮。纯白色含有最大量的红、率、蓝,所以纯白色在R、G、B三个通道中都是最亮的。灰色在R、G、B通道中的亮度,取决于灰色包含的红、绿、蓝三色的数量多少。

 

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
(灰)白色背景下的红花绿叶:RGB效果

 

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
(灰)白色背景下的红花绿叶:红色通道

 

同样,在G通道中,红花比较暗,绿叶和白色背景都要明亮一些。(因为绿叶不是纯绿色,所以绿叶没有背景明亮。)在B通道中,红花和绿叶都比较暗,而白色的背景比较明亮,因为背景含有大量的蓝色。

 

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
(灰)白色背景下的红花绿叶:绿色通道

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
(灰)白色背景下的红花绿叶:蓝色通道

 

(二)CMYK通道

 

青(C)、品红(M)、黄(Y)是减法三原色。它们是打印介质(反射光的介质)的基本元色彩。为了节约成本和打印出更好的黑色,打印机加入了黑色油墨(K),所以总称CMYK。

 

打印一般在白纸上打印,所以底色是白色。因为白色是红、绿、蓝最大量的等量混合(非最大量等量混合是灰色),要在白色介质上表现红色,就要想法吸收掉绿色和蓝色。然而,印刷使用RGB三原色并不方便,比如RGB油墨无法生成明亮的紫色和黄色。

 

在屏幕上,明亮的紫色可以由混合大量的红色和蓝色生成。然而在打印和印刷上,红色油墨吸收绿色和蓝色而反射红色,蓝色油墨吸收红色和绿色而反射蓝色,所以红墨和蓝墨混合会吸收部分红色、蓝色和全部绿色,这样只能会生成暗紫色。事实上,RGB三原色的油墨任何两种混合,都会至少部分地吸收掉所有的RGB颜色。

 

所以,印刷中使用RGB的补色做三原色:青、品红(紫)和黄色,即CMY。青是红色的补色,即在白色中减去(吸收掉)红色就得到青色。同样,白色中减掉绿色就得到品红,白色中减去蓝色就得到黄色。所以青、品红、黄色叫减法三原色。

 

在减法三原色中要得到红色,就要混合品红和黄色,因为品红=白-绿,黄=白-蓝,所以品红+黄=白-绿-蓝=红。换句话说,品红和黄色油墨混合减去了品红中的蓝色(也可以说减去了黄色中的绿色),只剩下了红色。因此在减法三原色中我们有

品红+黄=红(黄色中和掉了品红中的蓝色;或品红中和掉了黄色中的绿色)    

黄+青=绿(青色中和掉了黄色中的红色;或黄色中和掉了青色中的蓝色)  

品红+青=蓝(青色中和掉了品红中的红色;或品红中和掉了青色中的绿色)    

 青+品红+黄=黑(白色中的红色被青色墨吸收;绿色被品红墨吸收;蓝色被黄色墨吸收)

 

加法三原色的混合效果是相加,减法三原色的混合效果是相减。

 

然而,由于现实中的青色油墨不能100%吸收掉红色,品红油墨不能100%吸收掉绿色,黄色油墨也不能100%吸收掉蓝色,所以青、品红和黄色油墨的混合不能得到纯正的黑色,得到的是一种褐色的混合色。为了解决这个问题,印刷中引入了黑色油墨。这也是出于节约成本的考虑:印刷中性色(黑和灰色)的时候使用黑墨,不用三种彩色油墨混合。青、品红、黄减法三原色加上黑色,就成了CMYK。

 

现在来看白色背景下的红花绿叶在CMYK四个通道中的表现。先看青色(C)通道。要表现红花,就要适量混合品红和黄色油墨,不需要青色油墨。所以,由于CMYK空间的底色是白色(在白色介质上喷油墨),在青色通道中红花的表现是明亮的,因为只需要少量的青色(喷涂油墨的效果是让白色变暗;喷涂数量越多就变得越暗)。表现绿叶需要黄色和青色油墨的适量混合,所以绿叶需要的青色油墨比红花需要的青色油墨要多,青色油墨多意味着更多的红色光被吸收,所以青色通道中绿叶相比红花要更黑暗。要表现白色背景,就青、品红和黄三个颜色的油墨都不要,所以白色背景在青色通道中是明亮的。

 

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
(灰)白色背景下的红花绿叶:转换到CMYK通道(再换回RGB,为了网页展示)


摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
(灰)白色背景下的红花绿叶:青色通道

 

这样看来,白色背景下的红花绿叶在红色通道(R)和青色通道(C)中的表现是极其相似的:白色背景是明亮的,红花也比较明亮(取决于红花鲜艳和纯正程度),绿叶是比较暗的。那么,怎样区分红色通道和青色通道呢?区分在于暗部的细节。CMY通道在阴影和暗部都缺少细节,图像显得平面化(如前述黑色油墨的引入就是为了更好表现图像暗部的细节)。所以,暗部细节多的是红色通道,暗部细节少的是青色通道。

 

实际上,任何一幅图像在RGB任一通道中的表现都和其互补色(红-青,绿-品红,蓝-黄)通道中的表现相似,区别只在于阴影和暗部的细节。

 

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
(灰)白色背景下的红花绿叶:品红通道

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
(灰)白色背景下的红花绿叶:黄色通道

 

图像在K(黑色)通道中的表现是怎样的呢?黑色油墨是用来更好再现图像中的黑色和灰色,所以,图像在黑色通道中看起来像一个轮廓骨架图(因此黑色通道又叫骨架通道):图像中的黑暗部分表现出黑灰色,其余部分都是明亮的。比如前面说的白色背景上的红花绿叶,在K通道看起来就是整体都很明亮,只有叶子的阴影部分看起来较暗。(一般来说,黑色通道中的图像是所有通道中整体上最为明亮的。)

 

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
(灰)白色背景下的红花绿叶:黑色通道

 

 

下面看一下RGB空间的图像和转换到CMYK空间之后图像的对比(由于CMYK的色域比RGB的色域要小,图像直接转换成CMYK后会有颜色缺失,转换后的图像没有RGB空间对应的图像鲜艳,显得呆板):

 

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
RGB vs CMYK

 

下面是RGB和CMY对应互补通道的对比(注意互补色通道图像的相似以及CMY通道阴影部分缺少细节):


摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
红色通道vs青色通道


摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
绿色通道vs品红通道


摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
蓝色通道vs黄色通道

 

(三)Lab通道

 

Lab是除RGB和CMYK之外又一个常用的色彩空间。和RGB、CMYK不同的是,RGB和CMYK都依赖于设备(显示器和打印机),Lab不依赖于设备。这是Lab的方便之处。此外,Lab的色域比RGB和CMYK的色域大得多,CMYK的色域是三者中最小的。所以,将图像的色彩空间在RGB(或CMYK)和Lab之间转换一般不会带来图像质量的损失,不像RGBh和CMYK之间的准换。

 

Lab中的L,是图像的明亮度(L=0,黑色;L=100,白色),a和b代表颜色。a代表从绿色到品红之间的位置(a<0,绿色;a>0,品红),b代表从蓝色到黄色之间的位置(b<0,蓝色;b>0,黄色)。L通道下的图像差不多对应于通常默认模式下的图像黑白转换效果,一般对比度没那么强烈。a、b通道的照片表现取决于照片的颜色,通常看起来灰蒙蒙的、比较模糊。如果照片中红色和绿色较多,那么a通道相比b通道对比度大些。如果照片中蓝色和黄色较多,那么b通道相比a通道对比度大一些。

 

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
白色背景下的红花绿叶:转换到Lab空间(再换回RGB,为了网络展示)

 

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
白色背景下的红花绿叶:L通道

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
白色背景下的红花绿叶:a通道

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)
白色背景下的红花绿叶:b通道

 

在Lab空间做一些颜色调整工作比较方便,比如把红色(紫色)和绿色互换,详见Using LAB Color Adjustments。 

 

有了以上的知识之后,不难找到博文开始的10张单色图像对应的通道。为此,我们将图像按照行和列编号,比如(1,1)是第一行、第一列的图像,即左上角图像;(5,2)是第五行、第二列图像,即右下角的图像。首先,从最容易识别的Lab通道和K通道开始。根据前述这四个通道的特征,不难识别出:(2,1)对应K通道,(3,1)对应L通道,(2,2)和(5,1)分别对应a和b通道。剩下的六个对应RGB和CMY通道,根据上述RGB和CMY通道对比特征(互补色通道图像相似;CMY暗部缺少细节),首先根据相似性配对:(1,1)-(4,1),(1,2)-(5,2),(3,2)-(4,2)。根据花朵的明亮程度和暗部细节,可以断定(3.2)对应R通道,(4,2)对应C通道。剩下的(1,1)-(4,1)和(1,2)-(5,2)应该对应G、M和B、Y通道;而(G,M)和(B,Y)的区别在于叶子亮度;叶子亮一些的对应(G,M),叶子暗一些的对应(B,Y)。再对比暗部细节,不难确定:(1,1)对应M通道,(4,1)对应G通道;(1,2)对应B通道,(5,2)对应Y通道。因此,答案是:

 

(1,1)-M;(1,2)-B

(2,1)-K;(2,2)-a

(3,1)-L;(3,2)-R

(4,1)-G;(4,2)-C

(5,1)-b;(5,2)-Y

 

 

(四)颜色空间色域大小的对比

 

见图:

 

摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)

(来源:Using LAB Color Adjustments


摄影笔记78:颜色通道(RGB <wbr>vs <wbr>CMYK <wbr>vs <wbr>Lab)

(马蹄状区域:Lab;空心三角形区域:ProPhoto RGB;实心三角形:Adobe RGB。来源:Understanding ProPhoto RGB

 

附注:通道图像如何转变成单色JPEG图像

 

以Lab模式下的L通道为例。打开原始的白色背景红花绿叶图像,其默认颜色空间是RGB,位深为8. 选择菜单图像->模式->Lab颜色,转换到Lab颜色空间。切换到通道面板,这时可以看到Lab、明度、a、b四个通道。点击激活明度通道(其它三个通道关闭),屏幕上即显示明度通道下的黑白单色图像。Ctrl+A选择,然后Ctrl+C复制。然后回到图层面板,新建立空白图层,按Ctrl+V粘贴,这样我们得到一个黑白图像的图层。按Shift-Ctrl-E合并图层。之后,再图像->模式->RGB颜色,这样就生成了Lab空间L通道下的单色RGB模式图像。在上述过程中当然也可以先把8位深转换成16位深以减少图像转换过程的质量损失。


 

参考文献:

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