黑白照片是如何呈现的?305911你听说过吗?

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黑白照片是一个神奇的东西,对很多人来说,它代表着工业技术的启蒙时代,是古老的回忆。而对摄影师和设计师来说,黑白照片也可以是凸显逼格的风格选择。

业界流传着这样的段子:意境不够,黑白来凑;逼格不够,黑白来凑;创意不够,逼格来凑……听着就有种黑白拯救世界的感觉。我们且不论这种说法靠谱与否,来谈一谈最本质的问题:黑白图像是怎么来的?

不光是照片,黑白图像会出现在每一个图像载体上:单色传单、黑白电视、报纸……我们看到黑白图像,既不会有违和感,也能理解照片传递的信息。然而,你是否想过,我们的世界——由各个频段的可见光反射到视网膜上而被我们感知到的世界——是彩色的图像,它是如何被转化成黑白图像的呢?

如果你有兴趣,可以了解一下相机的设计史、色彩理论的发展和计算机图形学。这里我简单地告诉你:最原始的相机,其黑白图像表现的是光的强度,光越强的部分胶片曝光就越严重,于是趋于白色,反之则更接近灰色。而随着计算机发展,由相机拍摄的电子彩色照片,在转化为黑白照片时,也是基于光的强度来计算的。

光的强度,那是什么呢?

对相机或者说感光元件来说,光的强度应取决于光携带的光能(尽管这种说法不够准确,但非常便于理解)。而对人类来说,光的强度也则应理解为我们感知到的光强度——它真正的光强度是由差别的。随着色彩理论的发展,设备对光强度的计算逐渐从前者变为后者,也就是说:机器把彩色图像变为黑白图像的逻辑越来越适合人眼欣赏。

彩色图像转化为黑白图像具体基于怎样的逻辑?

在讨论这个问题之前,我们需要先来看彩色图像是如何被计算机存储的。数字彩色图像一般基于RGB模式存储,RGB代表着红色、绿色和蓝色,如果你熟悉色彩理论或经常使用图形处理软件,那你对它肯定不陌生。在RGB模式下,每个可见光的颜色都可以通过这三种颜色以不同比例叠加产生。而当RGB的红色、绿色和蓝色三个值相等的时候,我们就得到了灰色,即由黑色RGB(0,0,0)向白色RGB(255,255,255)的过渡。

而彩色图像向黑色图像转化,就是一个RGB数值RGB(R,G,B)向灰度数值RGB(L,L,L)的转化,而R、G、B三个数值如何计算得到L值,则决定了产生的灰色是怎样的效果。

现在应用较多的计算方式有Lightness(明度)、Average(平均)和Luminosity(亮度)三种,其计算公式分别为:

Lightness算法

Gray = (max(R, G, B) + min(R, G, B)) / 2

即在像素点的R、G、B三个数值中,取最大值和最小值的平均数,作为像素点的灰度。

Average算法

Gray = (R + G + B) / 3

即简单粗暴地取像素点R、G、B三个数值的平均数作为像素点的灰度。

Luminosity算法

Gray = R*0.299 + G*0.587 + B*0.114

这是最常见的算法,也是大多图像处理软件采用的算法,据说NTSC信号也采用这个计算标准。它将R、G、B三个数值按照比例相加后,得到灰度。这个公式在有些地方被称为“色彩心理学公式”,这三个看起来有些奇怪的常数据说是实验得来,最符合人眼对这三种颜色感知能力的差别,因此转为灰度后,黑白对比对图像的还原更忠实,甚至可以让人产生色彩联想。

效果对比

 

原图sunflower - design, sharing - 黑白照片是如何呈现的?305911你听说过吗?
Lightnesssunflower lightness - design, sharing - 黑白照片是如何呈现的?305911你听说过吗?
Averagesunflower average - design, sharing - 黑白照片是如何呈现的?305911你听说过吗?
Luminositysunflower luminosity - design, sharing - 黑白照片是如何呈现的?305911你听说过吗?

通过范例图,你可以看到这几种算法会在最终效果上产生差别。实际上,你不能说哪一种才是“真正标准”的黑白照片,它们只是由不同的公式计算得来,并损失了几乎同等程度的信息量。

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这里强烈安利一款免费开源图像处理软件GIMP,使用它你可以方便地尝试以上三种算法的效果,上述示例图也来自GIMP的官方文档。

由于Luminosity算法的公式常数比较复杂不好记忆,国内早期有些教程在引入这个算法介绍的时候简化了三个常数为:0.30、0.59和0.11。而为了顺口,很多人开始把这个公式叫做“305911公式”。

由于部分人滥用“305911公式”当作调色的专业术语,导致了很多误导现象。比如有人将它解读为HSB中的B值或LAB中的L值,其实都是不对的。亲们以后再看到305911,可不要露怯哦~

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卡米雷特

视觉控&技术控,不断学习中!

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1 条回复

  1. 948说道:

    炎热夏天,闲来无事,拜读博客,消暑解闷!

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