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        什么是LUT?

        • 來源:光虎

        >> 什么是LUT?

        LUT是Look Up Table(顏色查找表)的縮寫。


        要理解“顏色查找表”,就必須要先理解“查找表”,“查找表”在我們日常生活中處處可見。

        舉一個簡單的例子:

        現在你要參加一場考試,然后學校主辦發給了你一個三位數233,然后告訴你第一位數對應的是樓,第二位數對應的是層,第三位數對應的是房間號,然后給了你下面這張查找表:



        房間
        1 A 樓 1 層 6 號
        2 B 樓 2 層 4 號
        3 C 樓 4 層 3 號
        4 D 樓 7 層 5 號
        5 F 樓 5 層 1 號
        6 E 樓 6 層 2 號

        那么我們就可以通過這個表來索引你要去的樓、層和房間,是在B43號。這就是查找表的用處。

        >> LUT的定義

        我們知道光的三原色是RGB,紅綠藍,當我們將這三種光按照不同比例進行混合的時候,就可以得到其他豐富的色彩,那么我們顯示器在顯示色彩的時候,正是基于這個原理進行的。我們的顯示器是由一個個像素構成的,每一個像素又是由三個子像素構成的,分別是紅色子像素、綠色子像素和藍色子像素,當我們用放大鏡觀察屏幕的時候就可以發現這個結構:



        然后我們再規定RGB三者的取值范圍為0到255,0表示不發光,255表示發出最強的光線,因此RGB(255,0,0)就表示純紅色,同理RGB(0,255,0)就表示純綠色,RGB(0,0,255)表示純藍色,這三種顏色按照不同比例混合就可以得到不同的色彩,因此我們可以用一組RGB值來表示任意一種色彩,這就是RGB色彩模型。


        我們可以用一個立方體來表示RGB色彩模型,因為我們剛才說了任意一種色彩都可以被拆分為R、G、B三個分量,同理,立方體中的任意一個點的位置坐標也可以拆分為X、Y、Z三個分量,因此我們就可以利用立方體里面的某個點來表示某種顏色。


        明白了查找表和RGB色彩模型的概念,再來理解LUT就非常容易了。我們知道一張照片是由很多的像素構成的,而每一個像素又是用RGB表示的,這些RGB數值告訴了屏幕該怎樣發光,最后混合出各種各樣的色彩呈現在我們眼前。如果我們想要改變一張照片的色彩,也只需要去調整RGB值即可,因此LUT本質上就是改變像素中的RGB數值。


        >> 1D LUT

        這里以1D LUT為例講解一下,所謂1D LUT,就是指一維的顏色查找,也就是說你的輸入值只能有一個變量,比方下面這組數據:

        R G B
        3 0 0
        5 2 1
        7 5 3
        9 9 9

        R輸入0,輸出為3;G輸入1,輸出為2;B輸入2,輸出3。每一個輸入值都準確對應一個輸出值,這就是1D LUT,所以如果某個像素的RGB輸入值是3,1,0,它的輸出值將為9,2,0。如果R的輸入值變成了2,但是G和B保持不變,那么只有R的輸出值會改變,這時候像素的輸出值為7,2,0。


        很容易可以看出,變動某個顏色輸入值只會影響到該顏色的輸出值,RGB的數據之間是互相獨立的。


        這就意味著1D LUTs只能控制gamma值、RGB平衡(灰階和白場)。


        >> Gamma
        Gamma是解決人眼對自然亮度非線性感知的問題。舉個例子:一間黑屋子中,點亮了一只燈泡A,人眼會感覺照亮整間屋子,持續點亮第2個、第3個、...第N個燈泡后,人眼會感覺屋子逐漸變得明亮,此時再點亮第N+1個燈泡,其實人眼沒有什么感覺甚至微乎其微。


        亮度對人眼的刺激是非線性的,第1個和最后一個燈泡點亮對人眼的刺激感覺是不同的。


        人眼感覺黑  →  白的范圍“有限”,燈泡可以無限,但是感覺會趨于一個有限值。


        在上面的例子中,輸入是燈泡的強度,輸出是人眼的感覺,大自然中,感覺的差別閾限跟隨原來刺激量的變化而變化,這就是著名的韋伯定律,我們來看一張圖。


        當物理亮度達到白色的20%左右的時候,人眼中已經感受到中灰色的概念。而剩下的一半高光區的灰階,需要用白色80%的物理亮度才能照亮成白色。



        將這個范圍應用于RGB時,可以在各種亮度級別生成顏色。值為192的紅色像素將是物理亮度的四分之三,而值為10的紅色像素是非常暗的,需要進行Gamma校正以響應人的視覺特性,以產生真實的顏色。

            Gamma=0.1                              Gamma=0.5
            Gamma=1                                  Gamma=2

        >> 3D LUT

        在精確的色彩控制當中會接觸使用3D LUT,因為它們能夠實現全立體色彩空間的控制。


        三個色彩平面的相交點(代表某個輸入值的 LUT 輸出值),我們可以看到某個輸入顏色的改變都會對三個顏色值造成影響,也就是說任何一個顏色的改變都會對其他顏色做出改變。


        由于 3D LUT 可以在立體色彩空間中描述所有顏色點的準確行為,所以它們可以處理任何顯示的非線性屬性,也可以準確地處理顏色突然的大幅變動等問題。


        【來源:光虎視覺內部培訓資料】


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