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一、认识和选择RGB系统 关于在数字相机中和使用Photoshop时应该用什么色彩空间的。很多人都建议用ADOBE RGB，理由是它的色彩空间比sRGB更大。还有的人甚至建议用一种空间更大的RGB系统Pro PhotoRGB。但在实际使用中却发现很多问题，最常见的就是图片上网时，在浏览器中看到的和在Photoshop中看到的颜色不一样。于是许多人又改回到sRGB。因此又有一种说法，如果照片要去印，就一定要用ADOBE RGB，因为它能包含所有的CMYK彩色空间色彩，而sRGB不能。这里面涉及的问题很多，我们一个一个地解释。
图1 光谱和几个RGB空间的色品图（引用本图时请勿删去版权标志） 图1是按比例精确绘制的色品图，从中我们可以看到，ADOBE RGB和sRGB的区别仅在于绿色。两者红和蓝的基向量定义完全一致，白的定义也一样，都是D65。因此如果有能显示ADOBE RGB的显示器，我们只会看到绿和青色的饱和度略高。其实虽然从二维的色品图上看绿和青的面积大了不少，但人眼在绿色范围内的分辨能力是很差的。如果换到等色差的Lab空间，多出来的空间就小多了。另外关于ADOBE RGB能包含所有CMYK印刷色的说法也另人怀疑，红和蓝与sRGB都一样，只是绿更鲜艳，但我们只要用sRGB的绿去试就会发现它根本不能印出，青也一样。那ADOBE RGB的绿和青岂不更印不出了？我再把sRGB的中等略亮的红（200,0,0）、橙、黄、绿、青、蓝、品红整个转了一圈，都是在印刷范围之外的颜色。它证明了至少在中间偏亮这个对人眼色觉刺激最大的这个范畴内，CMYK（SWOP规范）完全在sRGB空间之内！对于ROMM RGB（ProPhoto RGB）我只能感叹到设计者真敢想，他怎么不把点再往外画点，把紫外线和红外线都包括进来。对于不能实现的颜色，定义得再多有什么意义？据考证，此色表的设计与柯达公司有一定关系，所以名字中有了一个Photo。其实柯达相纸一直到消亡能印刷的色域也是几种印刷工艺中最小的，设计这么个大而不当的RGB空间有什么意义。尽管图1是按CIE xyY色品图的理论精确绘制的，但我们也不必对其表达的色域面积等等太过认真。其一它是一个三维退化为二维的空间，退化方式还不是一般的标准投影方式，所以它扭曲了很多三维空间的关系，比如CMYK和RGB空间的包含关系。其二，我们在分辨颜色时，对靠近灰色的颜色分辨能力很强，能细分出很多颜色，但对饱和度接近100%时分辨能力大大降低。因此我们看到损失大片高饱和度区域时不必特别担心，因为它损失的我们可分辨的颜色数并不多。色品x,y的定义
我们再来看这样一个表
表1 色度空间和构成空间的基向量的色度坐标 我们注意一下sRGB与目前的高清电视标准完全相同，和欧洲也就是中国的PAL制式的彩色电视标准也几乎一致（只是绿的色度坐标差了极小的一点）。这说明sRGB不仅用于计算机行业，还是目前彩色电视行业的标准。这也说明它也是彩色显示制造业的一个硬件标准。 先亮明我的态度吧。我是支持使用sRGB的。原因很简单，因为现在的硬件都是用sRGB的色度选择滤色片（液晶显示器或数字相机的感光元件）。因此我们得到的第一手数据是sRGB标准的，或者说想充分利用显示器的色彩空间就应该用sRGB的数据去显示。这里想纠正几个说法： 2、目前的广色域显示器多是采用改进背光，如使用RGB LED背光等，来提高色饱和度。经测试，许多广色域显示器已经能达到NTSC 1953 RGB色域的100%以上。注意只改背光没有改液晶板，说明液晶板上的滤镜还是sRGB的三基色，色相没变，只是基色的饱和度更高了。而ADOBE RGB绿色的色相明显与sRGB不同。用ADOBE RGB调好的图发到网上绿色往往显得很黄就是这个原因。
图2 广色域sRGB的大概位置（引用本图时请勿删去版权标志） 说它是大概位置是因为与背光的光谱分布有关。但为了得到比较高的亮度，RGB LED背光的光谱峰值和滤膜的透光光谱峰值一定不会相差很多，所以最终显示的红绿蓝基色色相应该与sRGB标准相差不大，但饱和度可以大大提高。把sRGB数据放到广色域显示器上直接显示，不会感觉颜色有什么变化，但与标准sRGB显示器比较后会发现图片漂亮了些。 验证显示器的硬件是不是sRGB最简单的方法就是用Photoshop和网页浏览器分别看同一幅用ADOBE RGB定义的图，如果绿色变了，就说明显示器的硬件是sRGB标准的。 3、sRGB与Adobe RGB之间的变换是有损的，除层次损失外，还有一些颜色会消失。Adobe RGB由于色彩空间比较大，把sRGB的数据装进去不能充满整个空间，因此编码效率降低。在24位RGB图像中，层次会有很大损失。反之，把Adobe RGB的数据送到sRGB的显示器上显示，会有一些不同的颜色变成同一种颜色，如在sRGB定义空间之外的颜色都会变成sRGB中的某一颜色。且不说这些更多的颜色定义都是白费力气，原来能有的颜色变化一显示也没有了。 在三维的彩色空间中，几种RGB系统的空间差别究竟有多大？我根据每种RGB系统的官方文件提供的RGB-XYZ变换公式得出它们在XYZ空间中的相对体积 VsRGB=0.2071 VAdobeRGB=0.3020 VProPhotoRGB=0.4363 这意味着我们从sRGB的硬件获取的数据，如果装进Adobe RGB的编码空间，就只能用上68.58%。比如一个sRGB的JPG文件，转换为Adobe RGB后，颜色数会降低到1145万种颜色，损失了31.42%。或者说，假设硬件是sRGB标准，如果一定要用8位的Adobe RGB来记录，就最多只能记录1145万种颜色。如果换为8位的sRGB记录，就能记录1670万种颜色。8位RGB（总24位）编码的颜色本来就捉襟见肘，再削减31.42%，图像的层次会明显变差，很容易出现色阶。 装入ProPhoto RGB空间就更别提了，损失超过一半的颜色。 4、既然通过提高sRGB基色饱和度的方法能扩大色度空间到比那个从来也实现不了的Adobe RGB更大，还有必要用Adobe RGB吗？所有的RGB设计都有这个问题。我们可以设计一个足够大的RGB空间，以把人眼可见的所有颜色都装进去。但这个空间根本没有实现的可能，这个设计还有意义吗？空间越大，意味着编码效率越低，通过sRGB的数字相机采集来的数据装进去后层次损失也越严重。
图3 麦克亚当彩色分辨椭圆 这是1942年柯达公司的研究员麦克亚当经测试得出的彩色分辨椭圆。从椭圆的中心起向外改变颜色到被测人感觉出同等色差，连接起来，成了25个椭圆。椭圆的长轴越长，说明人眼对这个区域和方向上的颜色越不敏感。很明显，绿色和青绿色是最不敏感的区域，尤其是延饱和度变化方向。 二、关于CMYK系统 我一再向摄影师强调，无论是拍摄还是图像处理时都不要考虑CMYK系统。原因是：1、CMYK系统是一个有特定限制的印刷色系。原来Photoshop中缺省的CMYK系统的限定条件是：北美卷筒纸4色胶印SWOP。注意这里的条件是北美的印刷油墨色系；圆对圆的卷筒纸胶版印刷工艺（打样时的平对圆，丝网印刷，柯罗版印刷都不属这个范畴）；黑色替代使用GCR方式；网点扩大率为20%等等。最近改为日本的印刷规范，但CS5又改回SWOP，可能是奥巴马爱国主义教育的结果。总之它的颜色范围和颜色定义都与印刷工艺密切相关。如果我们按某一工艺去定义颜色，到另一工艺中去印颜色肯定会不正确。用CMYK定义的颜色转回RGB或另一个CMYK定义不会是无损的。 2、CMYK印刷不一定都是减色法。我用黄、品、青、黑、白（或水）五种颜料可以配出90%以上的油画或国画颜色，应用的原理是减色法。彩色相纸中只有CMY三种染料，它的成色也是减色法。胶版印刷虽然也用CMYK四种油墨，但成色原理是加色法。原因是它不能印出有浓淡变化的墨层，只能靠网点大小来实现视觉上的浓淡变化。如果我们用一枚高倍放大镜去看一件印刷品，会发现里面只有黄、品、青、红、绿、蓝、混合黑、黑、白单一浓淡的9种颜色。根据它们所占面积的不同，当我们远看时，这9种色光的混合叠加（色光矢量叠加的加色法）构成新的颜色。经典的分色算法也是按加色法算出CMYK和RGB的关系。胶版印刷能比相纸印出更多的颜色也从另一方面证明了胶版印刷是加色法。 3、CMYK不是图片印刷的唯一选择。比如激光冲印相纸中就只有CMY。最近的广色域印刷中往往添加了红、绿、紫、橙等颜色。如最近出现的12色专业喷墨打印机等等。经我们试验，如果配以好的RGB到多色墨的转换算法，这些打印机可以印出色域非常宽广的图片。但如果我们将数据记录成CMYK 4色的，要想再印出那些被丢弃的颜色就不可能了。 所以最好用RGB（假如一定要用Adobe RGB就用吧）记录你的图片，转CMYK的工作就交给打印机驱动程序或印刷厂去做。他们会根据自己的工艺特点考虑用什么参数和算法来转换。 4、不一定用比较小的色彩空间定义图片就会有一些颜色印不出来。这个问题是从RGB到CMYK或更多墨色转换的方法问题。这个问题很复杂，我们研究了十几年，最近才悟到真谛。这个问题要用一个比较长的篇幅才能讲清楚。 三、其它彩色坐标系统 CIE XYZ系统 虽然我们很少见到用XYZ系统描述的色彩，但它却是色度学的最基础坐标系统。我们注意到色品图的横纵坐标就是x,y色品坐标，它也来源于XYZ系统。 建立色度学最早的彩色系统是 CIE 1931 RGB系统。考虑到其中没有单一的亮度信息，因此通过一个简单的线性变换，得到CIE XYZ系统，其中Y是单纯的亮度信息，无论红色还是绿色，只要Y相同就意味着这个颜色给我们的亮度感觉是相同的。或者说如果单独把用XYZ描述的彩色照片中Y的数据提出来，就能构成一幅黑白照片。 Lab系统 在XYZ系统中往往不能很好地表现人眼对色差的感觉。比如我们前面说到的Adobe RGB在绿和青色部位扩展了大片空间，但这不意味着人眼能分辨的颜色数就增加了31.42%，因为人眼对绿色和青色的颜色变化反应不敏感。于是人们想建立一种空间尺度与人眼对颜色分辨相当的彩色系统，这种空间叫匀色空间，或者也叫等色差空间。 首先人们考虑到改变亮度坐标Y。Y是与光的辐射能量成正比的一个值。早期的科学家通过一个试验推定人的感知系统与刺激它的能量成对数关系，比如音量的设定现在还是用对数关系。由此而推断人眼对光刺激的反应也是对数关系。这个观念表现在与摄影相关的感光胶片特性曲线、相机光圈与快门的设计等方面。早年的韦斯顿亮度体系就是一条对数曲线。甚至区域曝光法等等也都是基于对数关系设计的。 后期研究人眼视觉特性的人又采取了一种心理统计方法。做出一系列从亮到黑的色块，让人们先挑出介于最亮和最黑之间的中间灰色，然后再挑出最黑和中间灰色之间以及中间灰色与最亮之间的灰色。以这种方法建立出亮度Y与心理亮度（等差亮度，也叫明度）L之间的关系。这种关系几经修定，最后成为以下公式
其中Yn是与白点（如D65）有关的一个常数。如果把它画出来会发现它比对数亮度更接近线性。也就是说光的能量对人眼的刺激感受更接近线性的Y方式的表达而不是对数的关系。柯达灰板定在18%亮度（Y）也是因为它是明度L*中的50%。 人们对亮度表达的修改是建立等色差空间的第一项努力。人们希望在新的坐标系统下，距离就等于色差。比如人眼会认定明度L为15-16%，和80-81%时人眼感觉的亮度差是一样的。或者换个方法说。如果用100个明度级，我们会看不出色阶，但如果用100个Y亮度级，我们在暗部就会看出色阶。 这当然都是CIE设计者的理想。在实际执行过程中用CIE明度做出来的灰阶更不连续。所以现在印刷界还是使用Y系统的等亮度差做的灰阶来检验印品质量。 Photoshop中Lab系统的L和CIE的有很大区别。我们如果做一个RGB的等差灰阶（全部色块都是灰的，因此一个颜色的值就等亮度Y），会发现Photoshop的L几乎就是线性的。例如将RGB设为127,127,127时，它的亮度显示是50%，而Photoshop的明度显示却是L=53%。或者反过来，当L=50%时，亮度是47%，不是CIE系统中的18%。以我们十几年的经验看，Photoshop的明度更符合人眼的特性。 CIE的L*是和色彩无关的，只和亮度Y值相关，但Photoshop的L则不同。同一个Y值，饱和度高的颜色L值就高。这也比较符合人眼的习惯。取Photoshop的L值将彩色照片转为黑白照片，其亮度关系更符合人们的心理感受。 CIE L*a*b*另两个坐标的变换公式是
这几个变换公式的目的都是要把XYZ空间变成等色差的L*a*b*空间。 没有考证Photoshop的Lab系统中a,b两个坐标与CIE的有什么差别。但与XYZ或RGB的转换肯定都只能是非线性运算。如果要达到一定转换速度，精度肯定会受影响。通过实际检验我发现在CS4中，将8位RGB数据转换为8位Lab数据时会产生很大误差，基本不可用。在Photoshop中只能使用16位的Lab系统。 尽管很少人使用Lab系统，但这个颜色表达系统在Photoshop中却非常重要。根据ADOBE的官方技术文件说，当RGB系统与CMYK系统相互转换时，都要先转换为Lab系统。另外一个很重要的现象是，在Photoshop中的色相-饱和度调色操作中，如果用Lab系统，饱和度和色相的改变与明度L基本是隔离的。但我们在实际操作时也会发现，即使采用16位Lab系统，改变饱和度时色相也出现了不应有的变化，这就是从Lab系统变换为RGB系统时的计算误差所致。尽管如此，用Lab系统做色相-饱和度的操作也比在RGB系统中做效果好得多。在RGB系统中基本不能做加饱和度操作 用以下一个饱和度递增的RGB色阶来看
图4 饱和度递增的RGB色阶 用Photoshop的色相-饱和度工具加30%的饱和度后变成了这样，从右数第2块颜色居然饱和度超过了最右一块，达到100%；而最右一块反而不到100%
图5 用Photoshop提高30%饱和度后的色阶 四、印制照片时的彩色问题 照片为什么一定要印出来？首先是印出的照片信息密度大，一幅12英寸的照片可容纳人眼看得清的像素数大约是1000万左右。而12寸的显示器连150万都不到。所以800万像素以上的相机，只有把它拍摄的内容印成10寸以上的照片才有意义。其次是它交流比较方便，在电子纸没有达到足够普及和足够好的质量之前，没有比印出来的图片更便于展示和交流。电子纸至少在十年内很难达到现代印刷技术的信息密度。第三是超过36寸的大幅照片营造的现场感是显示器不能替代的，50寸的电视也不行，因为它的信息密度不够。在印照片时最令我们不满的不是繁琐的送取过程，而是印出照片的颜色与我们期待的大相径庭。这里的问题有 1、颜色期待 在没有数字摄影的时候，我们对照片的颜色期待基本局限于柯达公司或富士公司能给我们多大的彩色空间。当时的相纸也不能再现柠檬黄、翠绿、紫红等鲜艳的颜色。但图片从拍摄到冲印出来已经过去了很长时间，我们对现场的颜色已经淡忘。再者当时别无选择，因此除一些偷工减料做出来的灰片外，我们多数没什么怨言。现在不同了，数字相机、图像处理软件、显示器都越来越好。我们在显示器上看到的也和现场色彩相差无几，再用相纸的色彩空间对付我们就不那么容易了。 2、印刷手段 胶版印刷的色彩比彩色相纸好一些，但它也有缺陷，比如密度范围不如相纸大，有些人认为它不够抢眼。再者多数人的照片也轮不到用胶版印刷。喷墨印刷是目前质量最好的一种工艺，它在色彩空间、密度范围、清晰度（信息容量）、可印介质等方面都远超以上两者。另外它也比较普及，个人直接操控它的可能性更大。 3、怎么控制输出颜色 在近期的文章和论坛中都有大量篇幅讨论输出颜色的问题，很多人的目光都放在了色彩空间的选择上，比如选ADOBE RGB会比sRGB好一些，甚至要选CMYK彩色系统之类的观点。其实控制印刷色彩除后端的印刷手段外（选相纸、胶印还是喷墨），关键在中间的一系列软件过程，对很多人来说，这个过程只能是了解，却不能操控。 印刷照片的彩色过程除胶版印刷外，绝大多数打印机或激光冲印设备的驱动程序都只接受RGB数据，如果收到的是CMYK数据，就在要软件内把它转换为RGB数据后再发送到下端的打印驱动程序中。我们先来关注一下这个彩色过程。第一步要做的就是把发光体色系的RGB转换到吸收光色系中去。 发光体色系到吸收光色系的转换 我们这里不说RGB或CMYK是因为它不是这两个色系的显著特征。发光体常用RGB是因为RGB的能张开较大的色彩空间且编码效率高。比如也有人在显示器上用Lab色系处理图像的。Lab张开的色彩空间更大，可以覆盖整个可见光区。但编码效率低，用8位编码时很容易产生色阶。显示也是一种印刷或输出手段，所以我们不能用印刷来区分两个色系。我们用吸收光色系来定义两者的不同。另外我们也不能简单用加色法和减色法来区分。发光体色系肯定是加色法，如网点印刷用的原理也是加色法，而现在大多数现代印刷恰好都是用的网点版。其实吸收光系统也不一定只能用CMYK之类的颜色。如果用能够准确定位的电子油墨，用RGB做基色可能可以收到更好的效果。但如果不能准确定位，如现在的胶版印刷工艺，如果用了RGB，在很多重叠色处会产生黑色或接近黑色，饱和度很低的颜色，如RG，RB，GB。这样整个色系的色彩空间会缩得很小，而且颜色很不稳定。但CMY系统就不同。CM在不重叠时是红色，重叠后也是红色（只是色相和饱和度略有差异），因此套色误差的变化对颜色影响不大。另外新的印刷系统，如喷墨打印机往往增加了红、绿、蓝、紫、橙等颜色，它们在印刷时的使用量可以达到和CMY相当的程度。如前所述，加入了红绿蓝等颜色的印刷系统墨点定位要求比较准确，另外分色系统应该重新建立，否则互补色出现在同一色块时如果定位精度发生变化就会极大影响颜色的稳定性。 彩色空间的匹配 这两个色系的转换首要问题就是彩色空间的匹配。通常来说，后一种色系的色彩空间总是比前一种要小一些。但也不一定，特别是多色印刷系统就有一些颜色超出sRGB甚至ADOBE RGB。一种匹配的观点是只选两者的交集，凡是印不出来的颜色在RGB系统中就不应该包含。比如传统的平面设计就有这个禁忌，凡在Photoshop调色板上出现惊叹号的颜色都是当前印刷色系不可印刷的颜色。
图6 新颜色边上的惊叹号表示sRGB表达的绿（0,190,0）超出了当前CMYK色系 在设计时要回避这种颜色，以免出现不可预料的结果。这意味着如果这种颜色出现在照片数据上，印出的颜色也将是不可预知的。如果只把RGB包含在某个CMYK中的颜色印出，超出部分随便印成黑的或白的或大概接近的颜色，这种做法估计是谁也接受不了的。尤其是摄影，谁能保证每一小块颜色都不超出CMYK色域。一种做法是不改变超出颜色的色相和亮度，然后降低饱和度直到进入CMYK色域范围内为止。这种做法的优点是保持人眼最敏感的亮度关系（素描关系）和色相关系不变。但因此又有一个问题出现，像下图两种颜色，都是不可印刷色，色相一样，L明度也一样，如果也用减饱和度印出法，这两者变成一个颜色，原来的差别就消失了。
图7 当前与新颜色有明显差别，但色相H和明度L相同 于是人们就想到是不是把原来可印出的，界于CMYK边缘的颜色往里挤一挤，腾出一定的空间来表现刚才那两种颜色的差别。我最早听到介绍这个概念的是ADOBE公司的一个工程师。但他们做得如何呢？我们把图6和图7的色块列出在图8中
图8 两个不同饱和度的绿色块 这两个色块在Photoshop中色相都是120度，明度L都等于67，但饱和度分别是100%和65%，按SWOP胶印工艺两色块的分色结果是 CMYK左=77,0,100,0 CMYK右=72,0,100,0 从数据看，右色块比左色块变亮了，而且偏黄了，但饱和度并没有降低。由此可以看出，Photoshop对超过CMYK色域的颜色并没有采取合理的对应，其结果仍是不可预知的。在eH2009分色系统中，两色块的色相也都是120度，但心理亮度分别是55和62，比Photoshop定义的暗且有很大的亮度差别。二者的饱和度分别是100%和58.3%，针对惠普喷墨打印机HP Z3200 RC相纸四色印刷状态下分色的结果是 CMYK左=41,0,69.9,2 CMYK右=22.5,0,39.9,14 把心理亮度差和饱和度的变化都表现出来了。我们再看一个实际印刷的例子。 a b c d 图8 不同系统做出来的转换 图8中a是原始数据，b是用Photosop分色出来的结果，我们看到，它并没有保持红色块之间的亮度关系，而是为了达到最大饱和度牺牲了亮度关系。我们在印有红色花的照片时，经常发生红色变成一个平面，没有了立体感，原因就在此。再看c，这是eh2009做出来的CMYK红色阶，在亮度增加时，保证了亮度差而牺牲了饱和度。我们注意到d是eH2009使用了红墨的CMYKRGB多色系统印出的色阶，它基本做到了既保持亮度差又有足够的饱和度。
图9 怡泓等心理亮度色卡 对绝大多数人来说，对印制系统的色系转换无能为力，只能选择，无力改变。但了解了以上过程会知道自己的照片问题出在哪里，如何选择一个好的输出系统。 色阶问题 印渐变难这是平面设计中尽人皆知的一个常识。即使是在Photoshop中用渐变工具拉出的渐变色条，没经过任何有损层次的调色操作，在转换为CMYK色系后去印刷都可能出现色阶。因此为渐变色加噪声成为消除色阶的一个小秘密。这恰好和我们在摄影处理图像时的操作相反，我们找各类工具来消除噪声。但这张片子去交付印刷时操作员很可能会给你加上噪声以避免出现色阶。 色阶是怎么产生的？根据我十多年的实践最后发现就是在RGB色系转换到CMYK色系时产生的。即使不用下面要介绍的最容易加大色阶的ICC校色，Photoshop中单纯的变换也会产生色阶。甚至用16位RGB到16位CMYK也不能幸免。它表明了很多色系转换算法的数学模型连续性不好，从几何的观点看就是曲线或超曲面不够平滑。为了检验色系变换后会否出现色阶可用以下组合了渐变色阶的图像去输出。
图10 怡泓输出系统测试卡（下载）
图11 Photoshop油墨色度坐标
图12 IT8 7-3色卡 这个色卡是用CMYK数值标记的TIFF文件，先用打印机在无任何色彩管理的方式下按CMYK方式直接打印这个文件；然后用分光光度计读取此色卡的色度值并用Lab数据记录；按一定格式将这些数据记入一个后缀为.icc的文件中。这个文件就是该打印机的彩色特性文件。我们注意到色块的设置差不多列出了CMYK色域边缘上的（最鲜艳的）所有颜色，也列出了中间的一些过渡颜色。 按常理或我们前面的描述，印刷系统彩色空间的大小好像是由印刷工艺或设备决定的，一般的消费者甚至照片印刷从业人员对此都无可奈何。其实并非如此，我们在其中的操作空间甚至大于彩色系统的转换过程。 激光冲印 对比测试卡上线条的粗细就能知道哪台打印机的墨滴更细。 |
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