影像学是一个综合学科，其实艺术是一个外壳，驱使运作的内核其实是技术。但影像和摄影摄像由于特别直观，所以很多约定成俗的名词在艺术和技术的理解是完全不一样的。这就造成了解释和理解的困难（比如：RAW没有颜色）。但这在手机/相机ISP的码农和打印驱动的码农不存在这种，他们必须要精确理解，因为他们是操控CPU或者DSP来处理颜色的，对于CPU/DSP来说，对颜色的理解是唯一的，不能存在歧义的问题。否则出片要么不准偏色，要么不能还原市场对客户的汇总，或者产品部门对艺术家的工作汇总。

我刚刚完成了 Canon 10bit HDR PQ heif和Sony 10bit HDR HLG heif 对 SDR 8bit jpeg的转换，原以为很简单的问题，折腾了好久。其根源就是理解错误，或者说理解歧义。这里把我走过的一些弯路罗列一下，帮助码农们（无论是影像、手机还是游戏）能更好的理解那些影像的Magic Number到底什么意思。

首先我们看一下上面的那个回答和视频。我原先以为佳能的设计错误，我只需要heif，为何一定要强制HDR PQ打开才给用heif呢？粗看这个流程设计有以下几个看似“奇葩”：

仔细看这的确添堵，很多人其实就要个heif编码减少文件体积，或者说有的需要10bit。因为相对于干巴巴的RAW直出，10bit的heif带有佳能独有的“佳能色”，况且10bit相对于直出jpg的8bit，用户还有2bit有一定后期调图宽容度。很多人抱怨RAW直出没有佳能色了，其实这个10bit heif恰恰能满足“带佳能色的高比特照片”的后期要求。但可惜此时的10bit heif是HDR PQ的，贸贸然直接打开颜色都发灰了，根本看不到“佳能色”。而如果用户是在HDR电视机上播放，却能看到HDR佳能色的10bit 照片，可远观而不可亵玩焉？

所以，这就是使得很多人不用佳能HEIF方案，连老外也这么说[1]。不过当我实际解码了这个流程，才发现佳能的这个流程真的太对了，就该如此！为什么有这个转变呢？原因就在于10bit。

关于10bit，我前面铺垫了一个解释，

不过这里先放一下，铺垫一下SDR后，我们再谈这个10bit的核心问题。

亚当斯的区域曝光，一直被当作摄影的圣经。不论是胶片时代的摄影师，还是暗房操作师傅，他们都知道这个理论。而进入数码摄影时代，处理RAW-->JPG流程的数码相机厂商，手机ISP厂家他们都应用这个方法来处理“直出”。网上亚当斯的理论[2]介绍很多，大家自己找便是。这里简单介绍一下：

不管黑白彩色，照片总归存在亮度。根据亮度关系，亚当斯把亮度由暗到亮分为11档。

区域曝光的核心，是将被摄体所包含的各种不同的亮度范围分成11个区域。他们分别是从0(全黑)到10纯白区（罗马数字X）。这其中，最中间的5号区（V）叫中性灰，左侧5个区域是暗-->灰，右侧5个区域是灰-->亮。在摄影中，右侧四个区域（7--10，VII--X）叫“高光区”，左侧四个区域（0--3，0--III）叫“阴影”，中间3个叫“中间调”。同时最右侧10（X），就是照片相纸的本色（白色），用来表达照片最亮的地方；最左侧0就是全部是油墨、染料、冲印颜料，代表全黑，表达照片最黑的地方。而关键是中间5（V），这代表颜料的一半涂抹，这就是中性灰。我们用亚当斯的区域测光法，只是为了一个事情，确定照片的三个区域：高光、中间调和阴影（暗区）。

亚当斯这个划分，里面的重点就是“中性灰”。具体撸过代码的人都知道，这个其实是一个很抽象的数学解释，而且不确定[3]。这个不确定不是数学问题，而是“共识问题”。反正对码农来说，你们说啥就是啥，最后的共识是体现在公式上的，套用一个即可，这个复杂性这里不展开。

我们要了解的是：中性灰是怎么来的，怎么测的？知友 @韩世麟 有过一个“粉刷匠的故事[4]”非常生动贴切，大家可以具体参考这个具象的例子，就可以理解这个“中性灰”怎么来的，可以按照这个例子搞出渐变的样子。

这里敲一个黑板：在《粉刷匠的故事》里，中性灰不是物理的测光表光强读数，也不是粉刷颜料的50%覆盖密度，纯粹就是人眼的灰度色阶的色彩分辨率。注意，这个中性灰是人眼的识别，是人说了算，而不是机器。机器是用来标识的，人自己的眼睛才是这个实验的关键。这就是要理解这个《粉刷匠的故事》的核心问题。当然，柯达是做了大量的不同个人的人眼实验，根据数据汇总，最终制作了柯达的中性灰卡，但原理就是这个。

理解这个以后，我们撇开复杂的色彩科学数学公式，我们单单用亚当斯的区域曝光分析方法，来理解标准的色彩空间（sRGB、AdobeRGB、cmyk swop、CMYK Japan 2001uncoated这类色彩空间）。这里以sRGB做范例，我们不用去理会什么Gamma、18%灰、12%灰之类的烧脑概念，我们就按照上图亚当斯的方法去理解。亚当斯用0-10，11个分区去区别所谓“高光、中间调、阴影”。这里我们要注意，亚当斯的11个档灰度区域的划分，是非常概括的。但这没关系，我们要做的是确定不同灰度的分类，如下：

那么对于sRGB，我们RGB(0,0,0)表示亚当斯的11区纯黑，用RGB(255,255,255)去标识亚当斯的0区（纯白），剩下的9个区间均分sRGB 0-255，我们发现亚当斯的5区（V）中间灰应该大致113-142的范围。所以，不管sRGB怎么定义Gamma曲线，但大致上 sRGB 的理论中间灰度 127 是落在亚当斯11区域的中间范围（113-142）。我们把sRGB看作一个等效的显示器。

在这个显示器上，显示RGB(127,127,127)就是亚当斯的中间5区（V）的概念。如果我们在这个显示器上显示一个sRGB JPG照片。注意如下措辞：这个显示器提供的硬件中性灰RGB（127,127,127）是符合亚当斯的5区（V）定义的。同样，这个道理也符合AdobeRGB（比如一台EIZO CS2420显示器），也符合Display P3（ Apple studio display 显示器），甚至符合CMYK SWOP，比如CMYK的Black 50%就是中间灰度，这和RGB 127一样。

也就是说，对于SDR无论是视频、照片、印刷（sRGB、AdobeRGB、Display P3、CMYK），SDR的绝对中间色是在整个色彩空间的中部，符合亚当斯的区域5（V）。而SDR的中间调，也是符合该SDR标准的硬件可显示灰阶区域的中部。通俗的说，对于SDR，中间调就是在中间。而这个“中间调”的由来，请参考前面的《粉刷匠的故事》，是源自人自己的视觉。

所以，这里有一个潜在被忽视的前提，亚当斯的区域爆光法，是面向最终呈现方式的。而在亚当斯的那个年代，这个呈现方式就是照片本身，或者说是黑白纸质相片。那么这个黑就是冲印颜料的全部覆盖，而白就是相纸本身的颜色，所谓“灰度5区（V）”那自然是“中间色”了。同样道理，在电视机的发展，到了显示器的发展，到了需要统一大家显示器的色彩的时候。固然有韦伯定律的加持，但是在设计标准本身的时候，是没有SDR vs HDR的概念的。就像亚当斯一样，视觉中间调当然是“硬件可显示灰阶的中间调”，这难道不应该天然存在吗？所以，设计了sRGB、AdobeRGB、CMYK swop等等标准，甚至Rec 709.。不管是否是 Gamma 2.2 2.4啥的，我只知道这类SDR色彩空间本身的中位线（127、128或50%）都在亚当斯的5区（V）范围内即可。

但HDR不是的。

HDR在色彩科学上，其实是一个非常抽象的概念，看文字字都认识，但无法理解。很多人不懂Windows HDR开启的条件，以及开启都的处理方法[5]，这导致他们总觉HDR亮度不对。其实，在把HDR用作生产力后期处理的时候，无论是在HDR还是SDR的操作环境下，一定要记住一点。HDR的可显示中间色和视觉中间灰不匹配，而是在HDR可显示灰阶的暗部。

因为这些标准是从印刷、冲印、纸张、显示器、SDR、HDR....这么一步一步发展过来的。在SDR显示器和纸张的显示环境下，我们可以认为“中间灰”就是“中间灰”。但是在电影院的环境，或者高亮度HDR显示器下，这种高亮度的“中间灰”其实还是非常亮眼的。

我们举一个Adobe的官方例子[6]：

可以看到，不管是10bit 0-1024，16bit 0-65535，视觉的“中性灰”也就是亚当斯定义的5区（V）实际没有在中间位置，而在靠左侧的SDR中间位置。不同的HDR标准，可能视觉中性灰在左侧的位置不确定。这造成一个事实，不管是10bit 的 512，还是16bit的中间位置 32768 ，这些HDR可显示灰阶的“中间灰”不是视觉中间会，不是亚当斯的区域5。原因很简单，这个显示环境和相片和纸张不一样。在HDR环境下：

由此，HDR的高光、中间调、暗部阴影的定义和SDR完全不一样。

这只是一个估算值，不同的HDR标准，其视觉高光、视觉中间调、视觉阴影（暗区）的范围也不同。看下图的灰阶图，竖直的中间就是中性灰。

这个PNG图展现的是显示器表现的灰度，比如SDR显示器的50%都在中部竖条。想象一下，如果是在iMAX的播放这个图，用户也会发现垂直的中间区域也是“中间灰”（设备中间灰），但是这个“灰”太亮了，长期看人眼不适应，虽然是“中间灰”但人眼感觉太亮了。所以这个“HDR中间灰”实际太亮了，和SDR那种视觉舒服的中间灰不一样。

实际上，HDR大多是用在游戏、视频这类动态环境下，因为有一个时间维度。HDR“设备中间灰”虽然也是属于视觉高亮度，但是时间一般不长。大部分时间的视频色彩是工作在SDR的区域范围内，也就是人眼的舒适区。

所以，HDR就不能用原来的SDR的曝光方法和曲线了。这就又涉及以下几个问题：

而里面“曝光”的理解是关键。

“曝光”本来是传统摄影的领域，但是在数码时代，曝光的意义就不一样了。本质上，由于在亚当斯的年代，暗房是一个禁地，一般人无法涉入。所以普通用户只能处理“胶卷曝光”，而无法处理“定影/显影曝光”。所以，曝光便仅仅是用在“胶卷曝光”。但这在数码时代是有局限的，数码时代可以“向右曝光”、计算摄影可以“堆栈多次曝光”。这都脱离了原有传统胶卷曝光的意义，因为数码时代一方面可以后期ISP内部机器自动处理，一方面可人可以处理RAW解码器。

所以，我们要理解曝光的本质是什么？曝光的本质其实是区分度[7]

所以，对于摄影的整个流程来说，存在输入（拍摄）、中间处理（编辑后期）、输出（冲印或者显示屏的色彩标准）这三类的区分度。上面问题所谓的“相机宽容度暗部远高于亮部”这个是不成立的，因为对于机器来说是无所谓“亮部”和“暗部”的。从前面亚当斯11分区曝光法以及《粉刷匠的故事》我们知道，亮部和暗部一则是面向最终输出的，二来这是人眼的生物感觉量。如果我们能看实时的CMOS传感器的RGB三个通道的直方图，只要相机直方图最右侧不要溢出就可以了。但可惜的是，目前没有相机可以做到实时看RAW直方图，尽管对相机厂商来说是是举手之劳[8]。因为目前的直方图都是“输出曝光直方图”，而RAW直方图是“输入曝光直方图”。这两个概念是不同的。最早意识到这一点的，就是ACR/PS的作者，也就是“向右曝光”的作者。不是因为他们摄影技术、理论水平比传统胶片摄影的要高，而是他们实际撸代码。一下子就发现了这个宝藏[9]，这是大神 Thomas Knoll（PS作者）[10]提出“向右曝光”的概念。“向右曝光”的“曝光”特指“输入曝光”的概念。也就是只要RAW RGB的光强数据不要溢出，用户可以增加进光量，尽量的铺满整个CMOS RGB的色阶分布（更好的输入区分度），已获得更好的信噪比和宽容度。因为一切都后期可调。

但这个问题的核心就是，“曝光”的定义早已被亚当斯理论占据了。RAW直方图所表达是“输入区分度”，而JPG直方图是“输出区分度”。如果提供了，那么整个曝光的意义就变了，大量摄影师就不习惯了，以至于错误曝光。所以，目前没有专业相机可以做到，目前的直方图是最后输出JPG的直方图，不是RAW直方图。目前看RAW直方图只能后期软件自己看，比如FastRawViewer[11]。

对于区分度的理解，我们把每个像素理解为每个学生。RAW曝光的区分度就是每个学生的高考成绩。总分越大，越能区分学生。所以，RAW是高比特（10bit、12bit、14bit、16bit）。而考生的投档，就是高光、中间调、暗部阴影的分类。而每个学校、每个专业的入取分数线，则是最终呈现的SDR、HDR的像素值。中间处理的流程就是Tonemap映射曲线。最终根据SDR/HDR对于暗部、亮部的不同理解，生成调整不同的映射曲线，以达到最优效果的显示。

这就是为何当用户选择HDR模式的时候，佳能的对于HDR要调整不同的曝光参数和后期参数，以最大利用HDR的现实特性。

很多同学对为何HDR的中间灰不在中间在暗部而不理解。觉得是否可以通过Gamma的设置，强行把HDR的中间灰位置放在中间。其实这个想法数学上是错误的。想象一下在影院的暗室中，播放高亮度的HDR片子，如果用播放一个HDR灰度，一个纯黑、一个纯白。您会发现，这个50%中间灰度就是50%。只不过您还是觉得太亮而已。所以实际上HDR已经用了韦伯定律做了Gamma的变换。而任何反Gamma的变换就是所谓“线性空间”。

而线性空间，其实就是CIE XYZ的人眼视觉函数。这里的线性，不是说人眼对于“亮度”的感觉线性，这个恰恰是非线性的，而是这里的线性是对于人眼三色混色的计算是线性的。只要任何在CIE XYZ划分的标准色彩空间，无论是sRGB、AdobeRGB、达芬奇ACSE、ProPhoto RGB，只要是在CIE XYZ划分的，都是线性的。

这里要注意一个数学的理解，这里“线性”，不是说亮度标识的线性，而是亮度计算的线性。这个线性空间就是 CIE XYZ的三维体系。这个线性其实说的是在 CIE XYZ 三个维度上的线性。其实就是人眼三色视觉函数的横坐标必须是线性。这个线性就是“卢瑟观测条件”，这个线性决定了“混色”符合“卢瑟观测条件”，也就是不会偏色，确保颜色的准确性。这个“线性”说的是在 CIE XYZ空间内，划分的标准色域（sRGB、Bt.709、DCI-P3、ProPhoto RGB、ACSE...）在这个三维体内的混色是线性的，并不代表亮度、色度是线性的。这个线性，本质上是计算线性，而不是观看线性。这个搞游戏引擎的同学深有体会。

影像的所谓“宽容度”是一个数学概念，其实表达的是对于输入数据的“不可视”。也就是说，我们无法直接看到定影前的胶片、无法直接看到RAW数据。对于这个概念，绝大多数人是不理解的。大家看下面这个视频，说的就是中画幅相机的的“宽容度”。其实现在拜科技发展、工艺提升所赐，其实现在全画幅、残幅甚至手机CMOS也有超乎大家想象的宽容度。

大家注意右上侧的ACR的直方图，这是同一个RAW文件，如果直方图是表示RAW RGB数据的，那么这个直方图不应该发生改变。而这个视频内，随着曝光滚动条的拖动，这个直方图也发生了变化。所以，我们看到的是“输出曝光”量。

我们实际获得的曝光结果，是“输入曝光（拍摄曝光）”和“后期曝光（暗房二次曝光或者运算）”叠加的结果。

实际上，当在拖动“曝光”的滚动条时候，改变的是一个输入到输出的曲线，改变只有一个参数。而在数码时代，可以任意改变曝光曲线了。

只要输入RAW有区分度，摄影师愿意可以用ACR的曝光蒙版，以及曝光曲线分别调整，使得所有细节都显示出来，不管事高光、阴影暗部都可以显示出来。包括视频的风光。

理解了曝光、线性空间，我们可以知道HDR转SDR的流程了。

如果用户直接打开HDR在普通的SDR显示器上，不仅颜色偏差Bt2020 vs Bt709，而且亮度的不同使得影像和视频发白。所以，对于佳能、索尼的10bit heif照片文件，必须要转换后才能使用，不能直接打开。