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什么是 LUT

LUT 对于国内业界来说算是个比较流行的新名词,但是 LUT 到底是什么? 能说清楚的人估计不多,更多的时候人们以巫术式的态度来对待科学产物的 LUT。通常的态度有两种:一,LUT 是万能的,一个 LUT 解决调色难题,哦耶!二,LUT 是老外的高科技,我们用不上。本人自认为是对行业有责任的从业者,因此为了帮助大家了解 LUT 的定义和工作原理,对本文进行编译。
本文将尽可能详细地为大家讲述 LUT 以及它的应用,包括用于校准的技术的 LUT 和创意 Look LUT 之间的不同。

LUT 定义

LUT 基本上就是一些转换模型,或者说是不同的组合,它的两种主要分支是 1D LUT 和 3D LUT。

1DLUT

举个例子,一个 1D LUT 的开端可能是这样子的:
注意:严格来说这是 3 个 1D LUT,因为每种颜色(RGB)都是一个 1D LUT。
R, G, B
3, 0, 0
5, 2, 1
7, 5, 3
9, 9, 9
上面的意思是:
在 R、G、B 的输入值是 0 时,输出值是 R=3,G=0,B=0
在 R、G、B 的输入值是 1 时,输出值是 R=5,G=2,B=1
在 R、G、B 的输入值是 2 时,输出值是 R=7,G=5,B=3
在 R、G、B 的输入值是 3 时,输出值是 R=9,G=9,B=9
这是一个特别的 LUT,不过你可以看到一个特定的 R、G 或 B 输入值都有特定的输出值。
所以如果某个像素的 RGB 输入值是 3, 1, 0,它的输出值将为 9, 2, 0。
如果 R 的输入值变成了 2,但是 G 和 B 保持不变,那么只有 R 的输出值会改变,这时候像素的输出值为 7, 2, 0。
理解了吗?
以上的内容可以用如下图像来表示:



我们很容易可以看出,变动某个颜色输入值只会影响到该颜色的输出值,RBG 的数据之间是互相独立的。
这就意味着 1D LUTs 只能控制 gamma 值、RGB 平衡(灰阶)和白场(white point)。
1D LUTs 加上 3×3 的模型
为了克服 1D LUT 的限制,我们可以对其应用一个 3×3 的矩阵来控制颜色饱和度和亮度,在完整的色彩空间中进行线性缩放。
R x x x R
G = x x x = G
B x x x B
虽然这种方法能够做出“可接受”的校准结果,但是显示效果中的所有非线性属性仍然不能得到改正。

3DLUTs

因为 1D LUT 和模型组合的色彩控制功能还是会有一些局限,因此在精确的色彩控制当中我们通常会偏向使用 3D LUT,因为它们能够实现全立体色彩空间的控制。
最好还是用图像的方式来向大家展示:



先来看看三个色彩平面的相交点(代表某个输入值的 LUT 输出值),我们可以看到某个输入颜色的改变都会对三个颜色值造成影响,也就是说任何一个颜色的改变都会对其他颜色做出改变。
大家应该可以从图中看到,当颜色“平面”按照它们对应坐标轴的方向远离原点(0, 0, 0)时,它们的相应颜色也会增加。
由于 3D LUT 可以在立体色彩空间中描述所有颜色点的准确行为,所以它们可以处理任何显示的非线性属性,也可以准确地处理颜色突然的大幅变动等问题,这是令现在许多的显示器头疼的问题。
这样就让 3D LUT 非常适合用于精确的颜色校准工作,因为它们能够处理所有的显示校准的问题,从简单的 gamma 值、颜色范围和追踪错误,到修正高级的非线性属性、颜色串扰(去耦)、色相、饱和度、亮度等。基本上是所有可能出现的显示校准的问题。
由于 3D LUT 的高级颜色控制性能,它们经常也会被用于创意的 Look Management 和调色等工作。
然而,对于一些更简单的颜色转换来说,比如说不同色彩空间之间的转换(Rec709、P3、sRGB 等),模型是更加常用的工具,不过得出的数据经常都会转换成 3D LUT 的形式,因为创作系统通常都不会直接使用模型。

3DLUT 优势

那么 3D LUT 是不是远远优于 1D LUT 呢?