介绍一下显示器中用到的光学知识

想得到一张自己满意的图片，光会使用单反还不行，还需要一个合格的显示设备，这决定了拍摄的图片表达是否精准，颜色对不对，接下来简单介绍一下这个小知识。

用单反记录是一个采样过程，拍摄好的图片由一个一个的像素点组成，每个像素点包含了对应位置的所有信息，包括颜色（光谱）、亮度等，最后由显示器来显示。

在选购显示器时经常会看见说支持8bit、12bit等，现在来了解一下这些到底是什么意思。

一、亮度、灰阶

在显示器中，要显示某一个像素点的信息，需要3个不同颜色的led一起工作，这三个led分别是：红色（R）、绿色（G）、蓝色（B）。每个led单独施加电压，电压的值不同，这颗led发出的光的光强就不同，光强越大，这颗led就越亮，亮度就是衡量led有多亮的，就是它的字面意思，这个亮度就是显示器的一个上限。

要控制一颗led的亮度很简单，改变它的电压，但是麻烦的是，电压和亮度的关系，不是线性的，不是y=ax，所以想要还原准确的亮度时，就需要进行矫正，在二维坐标系上找到亮度和电压的对应曲线，这个曲线叫gamma（伽马曲线），每一台显示器的曲线不一样，所以想要达到最好的显示效果，需要对显示器进行gamma矫正。

亮度的变化也不是线性的，led的亮度是一格一格变化的，不是平滑的变化，就相当于是gamma曲线上面的采样点，从亮度为0 到亮度最大，看这个led最小能细分成多少个采样点，每个采样点的亮度不同，变化的亮度叫做灰阶。

假设gamma曲线上一共有256个采样点，也就是28，那么这就是一个8bit的显示器，如果是210=1024，那就是10bit，如果是212=4096，那就是一个12bit的显示器。

图1 1bit

图2 2bit

图3 8bit

假设一个led的亮度在两个相邻的采样点之间变化会怎样呢？由于人眼的视觉残留现象，快速变化时，人眼会感受到一个中间的亮度，这个亮度是凭空多出来的，并不是led本身精度有这么高，也正是这个技术，让很多显示器厂商将8bit的显示器说成10bit，将10bit的显示器，说成12bit，本质上，并不是真正的10bit、12bit。

二、直方图

图4 直方图

大家或许见过图4，图4中有一条直线，还有一个像山峰一样的图形，这个山峰就是直方图。在一张图片中，每个led都有一个单独的亮度，对于一张8bit的图片来说，上面的直方图横坐标是0-255，纵坐标是数量，这张图的意思是每一个亮度的led对应有多少个，如8阶的直方图（图5）：

图5 8bit灰度图及其直方图

对于灰度而言，显示器上有：R、G、B三种颜色的led，对于一张彩色图片，经常看到的是图6：

图6 直方图：2

图6是由3个颜色的直方图叠加形成，这种直方图广泛使用在单反拍摄与后期图像处理上，当拍完一张图片要预览时，可能会因为单反屏幕亮度高低，或者室内、户外光强不一样而影响判断。当打开这张图时，就知道细节有没有拍清楚，亮的地方有没有过曝了。

图7 直方图：3

以上面图片的直方图为例，可以看到DSC1明显亮度低的地方比较多，DSC2亮度高的地方比较多，尤其是横坐标255，这种情况明显过曝，而AND就更加合适。

三、曲线

图8 直方图、曲线

在图8中，除了直方图以外，还有一条直线，取其中一点来看，横坐标、纵坐标都是灰度（亮度），8bit的情况下都是0-255；在调整图片时，将曲线上某一点往上移动10，假设移动前这一点是（128，128），移动后这一个点是（128，138），通过移动使图片上原来灰度为128的所有led都调整为138，曲线在后期处理中十分重要。考虑一种极端情况，将这条曲线由：y=x变为：y=-x+255；这种情况非常常见，如果看两端，其实就是将原来灰度为0的点变为255，原来灰度为255的点变为0，这种情况原来图片中亮的地方会变暗，暗的地方会变亮，将亮度反了过来。

四、总结

本期介绍了灰度图和一些简单的彩色图的相关内容，彩色直方图，就是三个维度的灰度直方图叠加，曲线就是三个维度的灰度简单叠加。除此之外还有一些是彩色图独有的特性，比如：色彩空间，常常看到的，72%NTSC、100%sRGB，adobeRGB等到底是什么意思，有什么区别，还有图片的后缀：JPEG、png、bmp、tiff等里面还有不少内容等着我们探究。

审核编辑：刘清