摄影技术：关于Linear和Log

在看后期软件教程时候，遇到关于色彩空间设置的一点困惑。在整个视频制作的流程里，都会涉及到很多关于色彩的问题，索性就整理一下。在网络上查阅了一些资料，加上自己的理解，若有纰漏，尚请指正。

简单梳理一下，大概是这个样子：

相比较于凭借肉眼直接观看，影像的呈现经过了很多的中间过程，这个过程就是一个画质不断损失的过程，而影像的技术就是在各个环节尽可能地减少损失，当然还需要考虑读写速度、数据大小、运算强度等等其他因素。

我们先从人眼观看的习惯说起：

人眼观看符合韦伯定律，简单讲就是同一刺激差别量必须达到一定比例，才能引起差别感觉。

举例说明：

上图是一个简单的灰阶，以1为一个亮度单位，增加一个亮度单位变成2，1和2的区别非常明显。若再增加一个亮度单位变成3，从感觉上，2和3的区别没有1和2的区别那么大。

如果再次增加一个亮度单位变成4，3和4的区别依然没有2和4的区别那么大。也就是说当亮度增加1个单位，人眼并不能敏感捕捉到；而成倍数的增加和减少，更容易被人眼感知到。

顺便提一提，因为韦伯定律，在片场导演对灯光不满意时候一般会要求增加一倍亮度或者减少一倍亮度（而不是在有3盏灯时要求增加一盏灯，因为那样看不出明显效果）。除了使用调光器，简单办法就是需要增加一倍亮度时，把灯光朝对象移动30%的距离，需要减少一倍亮度时，把灯光朝远离对象方向移动40%的距离。

感光元件对光线的感知却是线性的。

假如感光元件能够区分16个亮度单位，那么捕捉到的亮度就是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16。也即是linear（线性）的，如图中y＝x。而我们说过2和3、3和4、4和5……的差别是不易被人眼感知到的。

人眼更容易感知到差别的是1、1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16，也即是Log，如图中的Y＝logaX。

也即是说，感光器可以捕捉到1、2、3……16共16个级别的亮度，而要满足人眼的需求，只需要输出1、1.4……16共9个级别的亮度值数据就可以了。减少了近一半的数据量，节省了存储及传输资源。从另一角度，如图，16bit线性编码可以表示的亮度级，用12bit Log编码就可以表示。

根据对数函数曲线可以看出，人眼对暗部的细节更敏感。实际上，log算法把暗部拉了上去，亮部压了下来。这也就是为什么log格式看起来那么灰。

也正是根据韦伯定律，在没有无极光圈的相机镜头上，每档光圈分别是1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22、32等（一般相机镜头为了保证正确曝光增设了1/3EV值的档位，这才有了4.5、5.0这样的光圈值）。

再来举个例子，以12bit（4096色阶），6档动态范围为例：

这是线性的灰阶，显然人眼不足以分辨亮部的许多差别，而对于人眼很敏感的暗部，又没有足够的数据呈现出可以被分辨的差别。（顺便提一句，在这个例子里只要欠曝一档，就相当于之使用了机器一半2048色阶的捕捉能力，所以前期拍摄时候需要遵循ETTR。）

下图是经过log提升了暗部的，更适合人眼分辨出差别。

再说Raw格式，简单讲就是把感光元件上的所有数据一锅端，全保存下来，没有白平衡，没有iso，没有其他任何颜色的调整。Raw就是一个数据包，并不能被监看。

但是需要说的是，Raw也并非保留感光元件上捕捉到的所有信息，比如Red相机录制的是REDCODE，然后可以选择3:1 - 18:1的压缩率，另外如ARRI ALEXA可以外接录机，保留最接近原生态的无压缩数据。一般讲越低压缩比，画质损失越小。

Log格式是视频格式，是可以直接监看的。相当于摄影机对Raw数据进行了处理，写入了白平衡、iso等，舍弃了人眼不能识别出差别的数据。各个厂家都研发了各自的log，如Sony的叫S-Log, 佳能的叫Cannon Log，ARRI的叫LogC，而松下为GH4发布的叫V-Log。

前期拍摄过程中，如果拍摄Raw格式，白平衡、iso等都是不需要设置和调整的，但是若摄影机直接输出的是Log格式，是需要调整白平衡、iso等数据的。

无论是Raw还是Log，都是为了最大化保留感光元件所捕捉到的数据而设计，拥有更多的数据量以便于后期处理，但要输出成片需要经过“冲印”，也就是Look Up Table(LUT)，最标准的风格的LUT（电视系统所用的LUT）就是Rec709 。