【摄影师入门】Raw、Log、LUT（未完）

Raw翻译过来是生的、未加工的意思，Raw文件就是‘未经加工’的原始数据，数字摄影机将感光元件捕捉到的光信号转换为电信号最终变为数字信号，Raw文件最终记录下了这些数据。Raw不是图像，也无法使用常规的视频播放器进行浏览播放。

首先，数码摄影机传感器的工作原理是被摄物体反射的光通过光学镜头模组透射到传感器上，传感器的每个像素都要接收光子，根据其接收到光子的强弱转换为相对应的电子信号，最终由模数转换器（ADC）转换为数字图像信号。

摄影机常用的传感器一般有两种，CCD（Charge-coupled Device）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor），由于CCD在成本、功耗上的一些缺点，而CMOS不断改进和发展，在微电子工艺上的不断进步，使CMOS传感器成为了图像传感器领域的主流，我们现在市面上见到的大部分摄影机基本采用了CMOS作为摄影机传感器。

通过数字摄影机的成像原理，我们可知传感器只能感受光的亮度信息，并不能感受到光的颜色，为了获得彩色影像，使用到了以人眼视觉特性作为标准的三原色——红绿蓝（RGB），摄影采用的是加色法的原理进行的，早期胶片采用了三条不同颜色的胶片放置在同一摄影机内分别感光，后期进行分别显影及染色等，最后分三次印刷在电影拷贝上，早期的数字摄影机也使用了类似的方法，但是这种摄影机需要使用三个传感器，并且成本高又费力，后来一些数字摄影机采用了在单个传感器上放置滤色片的方式，在获取彩色图像的同时降低成本和体积.

十九世纪七十年代，伊士曼柯达公司的一名工程师发明（改良）了一种让传感器每个像素井只感应到红绿蓝（RGB）其中一种颜色光的滤色片，覆盖在感光元件的上层，这样就能让传感器的每个像素‘看到’有颜色的光了，于是现在大部分摄影机图像传感器所用到的滤色镜——拜尔滤色镜（Bayer filter）便诞生了，这是以它的发明者-拜尔(Bryce.Bayer)命名的一种滤色镜，是一种将RGB滤色器排列在光传感器组件方格之上所形成的马赛克彩色滤色阵列.

拜尔滤色镜（Bayer filter）的原理就是在光线进入摄影机感光元件时过滤掉一些颜色，即在每个传感器像素井上都放置一个带有红、绿、蓝其中一种颜色的滤色片，使得该像素只能感受到和滤色片一样颜色的光，比如红色滤色片会过滤掉白光中的蓝色和绿色信息，只保留白光中的红色信息通过滤色片，所以该像素只能获得一种颜色分量，其他颜色同理；由于人眼视觉对绿色更加敏感的特性，Bayer使用了两倍于红色或蓝色的绿色组件，使用红绿绿蓝（RGGB）四个滤色镜组成2*2单元阵列进行重复排列，形成了绿色像素占50%，红色、蓝色各占25%的马赛克彩色滤色阵列.

由于每个像素只允许通过一个颜色分量，所以每个像素输出的只有红绿蓝（RGB）其中一种颜色的光强，传感器（sensor）输出的数据中每个像素只有一个颜色分量，这种数据就是Bayer数据，也就是我们常说的Raw数据。左图是Raw原始数据所记录图像原始的样子，而想要得到能看的‘正常’画面，我们需要一个‘翻译’，把原本我们‘看不懂’的画面‘翻译’成我们‘看得懂’的画面，而这个‘翻译’就是解拜尔（Debayer），也叫去马赛克（Demosaic）。

装有拜尔滤镜的传感器每个像素点只感应到一种颜色信息，需要通过计算恢复出每个像素的其他两种颜色信息，因为图像是连续不断变换的，所以可以利用该像素周围像素的数据来获得其他两种颜色信息，从而使得每个像素点都获得完整的RGB值，呈现出该像素应有的颜色，双线性（bilinear）插值算法便是通过像素点相邻像素域中同色分量的平均值计算该像素的插补值。每个摄影机厂商的算法不同，有的相对简单，有的相对复杂。

为了方便理解猜色过程，举一个极端的例子，假设我们将传感器放大到只有红绿绿蓝（RGGB）四个滤色镜的单元陈列，而这个阵列只感受到理想环境下不受任何感扰的纯黄色，每个像素点周围都会有其他两种颜色的像素点，比如每个只接收蓝色信号的像素点周围会有只接收红色和绿色信号的像素点。黄色由红色和绿色组成，不含蓝色，所以这个阵列的红色通道接收到255个红色信号（这里的255只是为了方便表述而采用的数字），绿色通道接收到255个绿色信号，蓝色通道接收到0个蓝色信号（图2），到去马赛克的时候，绿色一看蓝色是个0，红色跟自己一样是255，这样它通过自己本身的255和蓝色的0、红色的255计算出自己这个像素点的红绿蓝（RGB)的全彩色信号，是个黄色（图3），红色和蓝色猜色同理，最终得到一个纯黄色的图像。（当然正常情况下，传感器比这要大得多，计算也要复杂很多，以上只是为了方便理解，有不对的地方请大佬指正，而且每个芯片制作公司的计算方式不一样，所呈现的效果也各不相同。）

因为是计算得来的，最终成像会出现一些负面影响，比如拉链效应（zipper artifacts）、边缘模糊、伪彩色（false color）等。当然有些问题也跟拜尔滤色镜的排布方式有关，为此有些厂商为了避免一些成像问题，改变了每个滤色镜的排布方式，不再以4个像素点为一组，而是以6个甚至更多的像素点为一组，也有改变CMOS的排列角度，改为斜向排列，都是为了改善传统拜尔滤色镜的排列方式带来的一些成像问题。当然也有采用其他滤色镜的传感器，比如x3等，但这些滤色镜也存在着大大小小的问题，大部分厂商最终还是回到了拜尔滤色镜的大家庭。

Raw的优点就在于它记录了大量的原始数据，保留了传感器所能捕捉到的所有高光和暗部细节，为后期制作提供了最大的灵活性。在调色时可以更改摄影机的各项参数，比如可以对iso、白平衡等进行修改，有的RAW也可以恢复高光和暗部细节。但这并不是意味着前期拍摄时可以随意的设置这些参数，依然需要摄影师现场调整摄影机参数，拍摄一个曝光良好、色温准确的画面。

Raw格式文件的劣势就是它的体积，一般拍摄的Raw文件数据非常庞大，尤其是现在有的摄影机可以拍摄8K Raw（甚至12K Raw），如果在后期处理时直接使用原始的Raw文件进行编辑的话会对计算机造成很大的负担，（应该没有人直接剪辑Raw文件吧，应该没有吧...）如此巨大的数据也需要巨大的储存空间，拍摄需要空间更大、速度更快的储存卡，以及拍摄现场的备份储存，后期需要更大的硬盘，更长时间的传输工程等等，所需的成本成倍增长。虽然大部分摄影机的Raw有3:1、8:1甚至18:1的压缩比供你选择，但是Raw的工作流程在目前不是小型的工作室或个人自媒体的最优选择，一般在电影拍摄时会被要求用Raw格式进行拍摄。

随着技术的不断进步，各大厂商对自家Raw的优化也有了很大的提升，BMD声称自家的Blackmagic RAW保留了RAW记录所有的优点，但文件速度非常快，因为大部分处理是在摄影机里通过硬件加速完成的。而且编码针对电脑的CPU和GPU做了优化，Blackmagic RAW可以在大部分电脑上能够以正常速度播放，而不需要预先缓存或降低分辨率。

Raw文件是数据，不是视频格式，是需要通过解码才能正常观看和使用的，不同厂商提供的Raw不同，常见的raw有Arri Raw、R3D、Blackmagic RAW以及Apple ProRes RAW等，前面说过Raw文件无法使用常用的视频播放器进行浏览画面，所以需要下载专门的软件，而不同的Raw所用的软件也不同。

Log并非视频网站经常看到的vlog（video blog）。Log即对数的（logarithmic），是logarithmic function的缩写，Log本质是一条对应了曝光值和位深关系的曲线，而数字摄影机的Log模式是拥有这条对数函数曝光曲线的视频记录模式。

Log C的官方介绍：ARRI摄影机以Log C广色域色彩空间录制和输出图像，Log C能够完整传递ARRI摄影机影像传感器的色彩信息和高动态范围。

对数编码 - “Cineon”风格Log C（C代表Cineon，最早的Cineon对数编码是基于彩色胶片的密度而来的）编码的图像有平淡和饱和度不足的特征。高光和暗部都没有延伸到它们的最大值：

Log C曲线是一种基于场景的编码，意思是每一档曝光增加的信号量相同。这种编码使用ARRI特有的广色域色彩空间，与扫描胶片获取的数据相似，非常适合用来记录图像信息。为了在HD或UHD监视器（Rec 709/Rec 2020）或数字放映机（P3）上正确显示Log C画面，必须针对目标色彩空间进行色调映射，这个转换过程要使用3D查色表（3D LUT）。

尽管如此，Log C还在持续开发和进步中，努力跟上当代电影技术的需求。

视频编码Rec 709/2020是一个基于显示的编码，使用ITU Recommendation BT.709/2020定义的RGB三原色，可直接输出到HDTV/UHDTV显示设备，无需转换。

这些内容可以用大多数HD/UHD视频制作设备实时处理，缩短制作时间。然而，由于Rec 709/2020反差较大的特性，它们的调色选择较少，不能像平坦得多的Log C曲线那样保留许多高光信息。

为了使用Rec 709色彩空间拍摄，同时不牺牲太多高光信息，ARRI提供了一种特殊的低反差特性（LCC）画面风格文件，能够改变标准Rec 709输出的特征。

现在的数字摄影机有着线性和非线性两种记录方式，线性和非线性有什么区别呢？相机的普通线性记录模式即感光元件的输出信号强度与场景亮度成线性关系，简单举例就是，场景亮度有1根蜡烛的亮度，输出信号为1，有2根，输出为2，有10根，输出为10，而超过10根，就记录不到了，而这其实并不符合人眼的观察规律，当点燃一根蜡烛时，人眼会感觉很亮，暗部被提升了很多，再点第2根，人眼会觉得场景比刚刚亮了一倍，但第3根时，人眼并不会觉得亮了很多，没有像从一根加到两根对比那么明显，当点的越多，人眼感受到的亮度提升越不明显，这就是人眼观看的方式，就像对数曲线一样，所以Log模式是非常理想的记录模式，Log早在胶片时代便已经出现了，1890年由弗迪南德.赫特（Ferdinand Hurter）和维罗.德里菲尔德（Vero Driffield）创立的感光特性曲线（H&D曲线），简称LogE曲线，胶片对光子的感应方式与数字不同。

使用胶片底片拍摄时，就是呈非线性的对数函数关系，光线通过镜头射到胶片上的乳剂层上，接收到的光线愈多，会有更多的卤化银晶体聚集在一起，光量愈少，聚结愈少，在过饱和之前，大量增加亮度，而银盐反应速度只小幅提高，从这个银盐反应与场景光照亮度图可以看出，胶片会对暗部进行提亮，亮部进行压缩，从而在有限的记录范围内记录更多光照亮度信息，因此胶片的宽容度曾远远领先于数字。

而数字时代的Log来源于柯达的Cineon胶片扫描系统，它将胶片上的光学信息转换成Log对数函数的数字信息，各大厂商则依据这项技术制作出了适合自家摄影机的Log曲线，常见的Log有ARRI的Logc、Canon的Clog、Sony的S-log、DJI的D-log等，也有不叫Log，叫Film的，每家的命名不同，但其目的是一样的。

Log

使用Log模式拍摄，可以保留较多的高光和暗部细节，为后期处理提供了较高的调整空间，并且通常log模式都有着较宽的色域，

Log是非线性的，Raw可以是线性的，也可以是非线性的

Log模式只是一种拥有对数函数曝光曲线的视频记录模式，并非一种新的视频记录格式，所以它还是视频,不是Raw，不是数据，所以在前期拍摄时，iso、白平衡等都已经记录在视频内了，不像Raw可以后期更改。

无论拍摄Raw还是Log，目的都是为了最大化的获取传感器的有效图像信息，Raw是简单粗暴的记录下传感器提供的所有数据，而Log则是通过一个特殊的‘曲线’将高光‘压缩’，阴影‘提亮’，从而比普通rec.709视频模式下记录到更多的有效图像信息。

打个比方就是，老板（制片人）想要一道菜，让采购员（摄影师）去采购（拍摄素材），采购员有三种选择，一种是去超市买新鲜的肉和调料（Raw）,一种是去菜市场买煮熟的只放了一点点调料的肉（Log），最后一种是去饭店买基本上已经做好的肉菜（以Rec.709为例）。采购员买完之后，需要运输员（DIT）把食材装车（拷贝）运输给厨师（后期人员，主指调色师），一般来说去超市买，食材的数量最多（数据量大），运输所需的货车更大（储存空间），而菜市场和饭店的都是煮好的肉（video），体积基本相同。最终给到厨师，超市新鲜的食材，厨师可以根据要求做出很多的选择，有较大的自由度；菜市场的肉只放了一点点调料，厨师还是可以根据要求把这道菜做成各种口味，辣的（高反差）、苦的（低反差）、甜的（高饱和）、咸的（低饱和）等等；而饭店的肉差不多已经是一道成品菜了，局限性较大，比如加一点辣椒就辣过头了，厨师调整的空间很小。

每家摄影机厂商都试图在自家的产品中通过自定义的色彩还原能力（色域）和亮度范围（Gamma）给摄影师呈现效果最佳的画面。以这种方式记录的片段通常被称log片段，这是因为它们采用了对数方式的对比度描述文件。因为Log模式的视频拥有更宽广的高光、阴影以及色域范围，而这种图像如果直接在普通的Rec.709显示设备上无法看到‘正常’的画面，这是由于EOTF（Electro-Optical Transfer Function 电光转换函数）曲线不同而导致的失真，因此这种图像在普通显示设备上的画面给人的感觉是饱和度和对比度不高的‘灰片’。

在后期制作时为了在普通的监视器上看到一个‘正常’的画面，并在最终输出时获得一致的显示效果，我们就需要有效地管理不同的色域 和gamma范围，对项目的素材进行色彩管理。而在前期需要拍摄log模式的项目时，为了让摄影师和导演等看到‘正常’的画面，我们通常会使用LUT（lookup table 色彩查找表），那么什么是LUT呢？

说完Log就不得不说一说它形影不离的好兄弟——LUT，无论是前期拍摄还是后期处理我们基本都会用到Lut。而有的人却认为LUT是万能的，在调色时我只要把LUT套在素材上就行，尤其是很多人在某宝上用9.9元或者通过各种渠道获取到好几个G的‘电影级’‘胶片感’‘好莱坞大片’LUT时，疯狂的开始一个一个的套，套完发现没有一个合适的，不是暗部死黒，就是高光死白，不然就是颜色很丑，如果素材本身没有问题，那么这就可能是套LUT的方式不对。

LUT（lookup table 色彩查找表）是一个类似表格一般由一组行列数据组成，可以输入一组颜色数据，以某种方式处理后，再传输出一组颜色数据。这可能看上去像一个自定义曲线编辑器的结果。

LUT通常有两种形式。分别为1D LUT和3D LUT，1D LUT的RGB数据各自独立。

LUT*（R_in）=R_out

LUT*（G_in）=G_out

LUT*（B_in）=B_out

根据下方示意图，

3D LUT则可处理红、绿、蓝，来处理输出颜色值。

LUT*（R_in、G_in、B_in）=R_out

LUT*（R_in、G_in、B_in）=G_out

LUT*（R_in、G_in、B_in）=B_out

这些颜色的映射被保存为能被不同应用程序、显示器和相机读取的简单文档，

LUT具有很多用途，一般分为三种：校准LUT、技术LUT和创意LUT，分别用于监视器的校准、转换不同的“标准”以及快速建立特定的外观模拟。

校准LUT通常用于校准监视器，使监视器在自身硬件限制下尽可能的还原最真实的色彩，这可以保证影像在各个系统播放都能呈现“一致”的颜色。

技术LUT通常用于转换不同的“标准”，比如各种各样的log to Rec.709 。这类LUT经常被用来作现场监看LUT，当摄影机使用非线性Gamma曲线进行拍摄时，HD监视器将会显示对比度和饱和度更低的“灰灰”的画面，这时就需要在显示器上套用相对应的技术转换LUT，它就能将信号转换成HD(Rec.709)显示，从而在现场观看到“正常”的对比度、色彩饱和度更高的画面。

创意LUT通常快速建立特定的图像外观模拟，也被叫做风格LUT。那些‘电影感’‘胶片感’就是创意LUT,这类LUT通常可以帮助使用者快速获得自己想要的画面风格，从而获得所谓的‘电影感’画面。这类LUT也会用来作现场监看，在项目开始拍摄之前，导演会向摄影指导确立拍摄风格，摄影指导会跟DIT部门沟通制作用于现场监看的创意LUT或者现场调色，以保证拍摄现场就能看到最后“成片”的样子。