从传感器到屏幕，从 RAW 到 JPEG，从直线到曲线
内容提要
文章梳理从传感器到屏幕的色彩管线：传感器线性记录光子，而人眼感知非线性，因此需要各类曲线。显示gamma源于CRT物理特性，恰好近似人眼感知；Log曲线源自胶片浓度，用于压缩动态范围；tone mapping决定场景光如何映射到屏幕，涉及审美选择；显示编码如sRGB、PQ、HLG规定码值与光的关系；LUT可承载上述任意曲线。核心是区分编码与渲染。
延伸解读
线性存储的代价：为什么 RAW 需要 14-bit
文章用 Poynton 的推导说明：在 100:1 场景对比度下，若要求相邻码值亮度差不超过 1%，线性编码需要约 9900 个码值，即 14-bit；而感知均匀的非线性编码只需约 463 个码值，即 9-bit。14-bit 线性 RAW 的上半部分全部用于最亮一档曝光，到第 10 档只剩 16 个码值。这解释了 RAW 位深为何偏高：不是浪费，而是线性记录光子的必然结果。
显示 gamma 的行业惯性：LCD/OLED 仍在模拟 CRT
CRT 的亮度与电压呈约 2.5 次幂关系，摄像机端用约 0.45 次幂补偿，恰好近似人眼感知的倒数，形成感知均匀编码。LCD 和 OLED 的物理响应与 CRT 不同，但驱动电路仍被设计成模拟 gamma 响应，因为整个影像生态——从 BT.709 到 JPEG/H.264/HEVC，再到操作系统 ICC——都假设显示端施加近似 V^2.2 的非线性。若出现物理线性的屏幕，现存图片会显示异常。
tone mapping 的审美选择与色相风险
tone mapping 决定场景光如何映射到屏幕光，涉及高光 roll-off、黑点、中间调斜率等审美决定，没有唯一答案。文章指出，若将同一条曲线分别套在 R、G、B 三个通道上，亮而饱和的颜色会因通道压缩比例不一致而改变色相；只对亮度套曲线并保持 RGB 比例，又可能导致通道超出显示色域。ACES 2 改用感知空间 JMh，只压明度、保留色相，OKLab 则被用于解决 HSL/CIELAB 的感知不均匀问题。
区分编码与渲染：gamma、Log、tone curve 各司其职
文章强调，gamma 是编码，把线性光映射成码值，由标准规定且编解码必须互逆；tone mapping 是渲染，把场景光映射成显示光，是审美或工程选择。Log 是 scene-referred 编码，只负责把场景光装进容器，不负责好看。LUT 本身不是某一站曲线，而是打表插值手段，可以承载显示编码、Log 转换、tone curve 或完整 3D 色彩变换。理解管线位置和目的，比记住曲线名称更重要。
Q&A
为什么相机RAW文件通常是12或14位，而JPEG只有8位？
因为传感器线性记录光子，人眼感知却近似对数。线性编码下，同样感知质量需要约14位；而经过gamma类非线性编码后，只需约9位就能达到相同效果。RAW保留线性数据以便后期，JPEG则用非线性编码高效存储。
显示gamma和Log曲线到底有什么区别？
显示gamma是编码曲线，把线性光映射成码值，目的是高效存储和传输，由标准规定且编解码必须互逆。Log曲线也是编码，但它把场景光装进一个更均匀的容器，不负责显示好看。两者都是曲线，但目的和处理管线位置不同。
tone mapping和gamma校正是一回事吗？
不是。gamma是编码，是坐标变换，由标准规定，编解码互逆；tone mapping是渲染，决定场景光如何映射到屏幕光，涉及高光滚降、黑点、中间调斜率等审美选择，没有唯一答案。两者都可以用曲线或LUT实现，但目的不同。
为什么在sRGB码值上直接做平均或模糊会导致画面变暗？
因为码值不是光。sRGB码值0.5解码回线性光只有约0.214，即白的21%。直接平均码值等于按错误比例混合光，结果比正确值暗约1.2档。正确做法是先解码到线性光，运算后再编码回去。
ACES 2在tone mapping时如何避免颜色偏移？
ACES 1直接在RGB各通道上套同一条曲线，亮而饱和的颜色各通道压缩比例不一致，导致色相改变。ACES 2换到感知空间JMh，只压明度J，视彩度M另行处理，色相h原样保留，从而避免色相偏移。
LUT能用来做什么？它和曲线是什么关系？
LUT是打表插值优化曲线计算的手段，可以承载文章中的任意曲线乃至组合。1D LUT是一条曲线，常用于显示编码、Log转换或tone curve；3D LUT是三输入三输出的向量函数，常用于跨通道色彩变换。Log还常作为LUT的Shaper，按感知均匀重新分配节点。
