【剑桥摄影协会】相机直方图：亮度和颜色

        本文有助于更好地理解图像中的亮度和颜色是如何变化的，以及如何将其转换为对应的直方图。尽管RGB直方图是最常用的直方图，但是其他类型的直方图对于特定目的会更加有用。

        下面的图像展示了您可能会遇到的其他类型的直方图。R/G/B子通道的直方图表示该颜色强度在整个图像中的分布状况。请特别注意每种颜色的分布变化情况，以及每个区域内的颜色对于亮度所造成的影响。

亮度直方图

        在描述感知的亮度分布或图像内的“亮度”时，亮度直方图比RGB直方图更准确。实际上，人眼对绿光比红光或蓝光要更加敏感。回顾上图中的每个子通道的直方图情况，可以清楚地观察到，图像中的绿色强度最能代表全色图像的亮度分布。这也反映了亮度直方图与绿色直方图最为匹配的事实。亮度值正确地表示了下图中的亮度逐渐增加的阶梯性变化，而RGB值的线性组合同样能够给出每个矩形处的相同的强度。

        亮度直方图又是如何产生的呢？首先，通过加权平均的方式，使用RGB值计算出亮度值。绿色所占权重为59%，红色占30%，蓝色占11%。所有的像素都计算完成后，再统计每个亮度级别中的像素数目，从而得到最终的亮度直方图。

        严格地说，这些应该被称为“光度直方图”。不幸的是，术语“亮度”（luminance）和“光度”（luminosity）通常被混淆使用，包括Photoshop，尽管他们分别描述了光强度的不同方面。亮度是指每单位面积物体发出的光的绝对量，而光度是指人类观察者对该物体的感知亮度。

        亮度直方图和RGB直方图的一个重要区别是，在进行转换计算时，亮度直方图会跟踪每个颜色像素的位置信息，但是RGB直方图却会丢弃该信息。RGB直方图会产生三个独立的直方图，然后将它们加在一起，计算时不考虑每种颜色是否来自同一像素。如下图所示，该图像具有完全不同的亮度直方图和RGB直方图。

        上图中包含有许多纯色的色块。在每个色块的内部，单色强度可以达到最大值255，因此所有色块对于其所属的颜色都具有明显的色彩剪裁。尽管该图并不包含纯白像素，但是在RGB直方图中却显示出强烈的剪裁，如果它是一幅照片，则该图像应该会显得曝光过度。这是因为RGB直方图没有考虑到一个事实，三基色不会在同一个位置均进行剪裁。

        亮度直方图则显示了三个不同的峰值，每种颜色都有一个明显被修剪过的峰值。该图像主要包含蓝色，然后是红色，最少的是绿色，亮度直方图中对应的峰值差异直观地表示了这一分布规律。另外，请注意，每个峰值的相对水平位置与计算亮度时使用的百分比一致，即59％，30％和11％。

        哪种表示方式更好呢？如果关注点是颜色剪裁，那么RGB直方图可以清楚地告诉我们。另一方面，亮度直方图准确地告诉我们在哪些区域是没有像素的。他们都有各自的用途，应该组合使用。由于大多数的数码相机仅显示RGB直方图，因此需要注意其缺点。根据经验，图像中的颜色越强烈和纯净，亮度直方图和RGB直方图的差异就越大。当场景中包含大量的蓝色时，需要特别注意，因为通过亮度直方图很少能够看到蓝色通道的剪裁。

颜色直方图

        亮度直方图和RGB直方图的计算都会用到R/G/B三个通道，而颜色直方图则仅仅表示单个颜色通道的亮度分布情况。这样更有助于评估某种颜色是否被剪裁。

        红色花朵的花瓣接受阳光的直射，因此即使图像的其余部分保留在直方图内，它们的红色也会被剪裁。各颜色通道的剪裁会导致具有该特定颜色的区域中的纹理损失。然而，如果其他两种颜色没有被剪裁，则这些区域仍然可以保留一些亮度纹理。单独的颜色剪裁通常不像三种颜色同时剪裁那样明显，这主要还是取决于您所希望表达的效果。

        RGB直方图可以显示单个颜色通道是否存在剪裁，但是它们无法描述该剪裁是发生在单个颜色通道，还是三个颜色通道都有。颜色直方图放大了这种效果，并清楚地显示了剪裁的类型，如下图所示。请注意图中每种颜色通道的强度分布，以及在几乎纯色的区域中的剧烈变化。该图所具有的颜色的强度和纯度特性，导致其RGB直方图和亮度直方图截然不同。