随着影像技术的推陈出新，拍摄设备在影视制作与新闻现场报道领域发生着深刻变革，呈现出多元化趋势。不同品牌、不同型号的设备在色彩捕捉与呈现上存在显著差异，在多设备直播场景的拍摄中尤为突出。特别是直播过程中难以像后期那样对画面进行精细调色，同时场景内需要及时调机切换，色彩不一致会严重影响直播画面的质量与视觉连贯性，降低观众的视觉体验。因此，在多元化拍摄设备下进行有效的色彩管理，实现摄像机间色彩同步，成为亟待解决的问题。
一 色彩调校的理论基础
1. 色彩空间标准
色彩空间是对颜色的一种数学描述模型，它定义了颜色的范围和表示方式。在新媒体领域，常用的色彩空间包括BT.709、DCI-P3、BT.2020等。
BT.709（与REC.709是同一标准的不同称呼，该标准正式名称为ITU-R Recommendation BT.709）是高清电视的标准色彩空间，其色域范围（如图1）能够满足大多数常规视频制作的需求，在广播电视和网络视频领域广泛应用。它规定了红、绿、蓝三基色的坐标以及亮度与色度的关系，为视频设备的色彩校准提供了统一的规范。
DCI-P3是2002年由数位电影联合（DCI，Digital Cinema Initiatives，主要由多家好莱坞影业巨头于2002年组织成立）推出的广色域标准。其色域覆盖范围比BT.709色域提高了25%左右，能呈现更丰富、更鲜艳的色彩，是目前数字电影回放设备的色彩标准之一。
而BT.2020是一种面向超高清视频和未来显示技术的广色域标准，色域范围比DCI-P3还要宽广，能展现更丰富细腻的色彩，主要在4K、8K等专业领域应用较多，其使用范围主要受限于显示设备的性能和内容制作的成本。
图1 色彩标准在色域中所能展现的色彩范围
2. 色彩校准
色彩校准是确保设备之间颜色一致性的过程，广泛应用于摄影、图像处理、印刷和显示技术等领域。其主要目的是通过调整设备的颜色响应，使其能够准确地再现和匹配已知的颜色标准。而摄像机的色彩校准，首先要掌握Log色彩模式，这是一种用于视频拍摄和后期处理的色彩处理模式。其核心概念是通过对数编码函数（如Cineon、CanonLog、S-Log等）来记录图像数据，从而保留更宽广的色域和动态范围，使得视频拍摄和后期制作中拥有更大的调色空间和更高的色彩宽容度。
而基于Log色彩模式的LUT（Look-Up Table，颜色查找表）是一种用于色彩校正和色彩分级的工具，它通过数学转换模型将输入的色彩数值映射到特定的输出数值，从而改变图像的颜色效果。Log色彩模式通常因为拍摄时保留了更多的动态范围和细节，导致其画面在普通显示器上显得灰暗、低对比度和低饱和度。因此，使用调校过的LUT可以将Log色彩模式的图像转换为具有正常灰阶范围、对比度和饱和度的标准色彩空间，如BT.709，从而改善画面观感。
色差是用一种数值标准量化给定两种颜色的视觉感知变化，Δ是数学符号，表示函数的变化；E引用了德语单词Empfindung，就是感觉的意思。由于白平衡差异本质也是颜色的差异，因此在大多数情况下，ΔE也能用于衡量两张图片之间的白平衡差异。ΔE的值域（如表1）一般在0~100之间，数值越小表示两者之间的颜色差异越小。有研究学者总结了在通常情况下不同的ΔE，人眼的感知差异。
表1 色差感受与数值关系
本文中采用ΔE76方法计算色差，公式如下：
其中L*表示亮度，a轴从负到正表示绿色到红色，b轴从负到正表示蓝色到黄色（如图2）。ΔL*、Δa 和Δb分别为测试样本和参考样本在L*、a和b参数上的差异。ΔE*ab越小，表示两个颜色之间的差异越小，反之则表示差异越大。色差的计算公式和原理是基于CIELab色彩空间的，通过测量颜色参数来计算颜色之间的差异，从而在色彩管理和质量控制中发挥着重要作用。
图2 Lab色彩模式与色差计算关系
在计算色差前，需要将RGB值转换为CIELab 色彩空间。这是因为RGB色彩空间是设备相关的色彩模型，而CIELab色彩空间是感知均匀的色彩模型，更适合用于颜色差异的计算。
3. 可行性路径
色彩同步目前具有三种可行性路径，分别对应设备固件调整、色彩模式调整、独立外设调整三种方法。设备固件调整为对拍摄设备进行电子元件或色彩矩阵的调整，该方案时间成本高昂，且不具备可移植性；色彩模式调整对拍摄设备没有过多要求，也不需要增加额外调色设备，但需要支持更宽色域的色彩标准（如BT.2020），且支持Log色彩模式及LUT文件的导入；独立外设调整则是通过额外的调色设备，如ColorBox，对拍摄设备输出的信号进行色彩纠偏，在对调色设备预设色彩模式后，可实时对信号进行色彩修正，但这种方案的调色设备成本较高。
二 设备应用与环境控制
1. 设备应用
采集拍摄设备基于直播业务中的实践情况，根据设备特征，选取了使用的两类五种不同品牌型号的设备，在本文中用字母从A到E命名。第一类设备A、B、C具备多种色彩空间、支持Log模式及3D LUT调校，都是全画幅拍摄设备。其中设备A支持4K及以上拍摄及超宽色域，设备B具备6K分辨率及人物肤色优化算法，设备C为紧凑型的便携拍摄设备，支持宽色温调节。第二类设备D、E为传统架构摄像机的专业版，设备D默认BT.709色域，具备4K拍摄能力，可选BT.2020色域，可用伽马调色。设备E为专业手持拍摄机型，支持高清信号输出。为了操作便利，五种设备间需要类似的操作，来实现色彩同步：前者通过内置Log模式与LUT文件实现，后者借助外设进行实时色彩校正，此处使用AJA ColorBox调色盒，支持LUT文件的实时调色。
AJA ColorBox（文中简称ColorBox）是由AJA Video Systems 开发的高性能色彩管理工作流解决方案，专为直播、现场活动、现场制作和后期制作的应用设计，其支持多种色彩处理管道，包括AJA Color Pipeline、BBC HLG LUT和ORION-CONVERT等；具备超低延迟特性，适用于电视直播、音乐会制作和现场活动等；可提供广泛的API和嵌入式web服务器，允许第三方控制集成，并支持实时本地控制。此外，还支持插件及在线配色工具。
2. 环境控制
实践过程在相对固定的拍摄场景中进行，场地内采用了专业的灯光设备，能够提供稳定且均匀的光照环境。光照强度设置为1500Lux，色温固定在5100K，以模拟常见的室内拍摄光线条件。在拍摄区域放置了Datacolor SpyderChecker 24标准色板（后文简称色板），色板包含了多种标准颜色块，如红、绿、蓝、青、品红、黄以及不同灰度等级的色块，用于精确对比和分析不同摄像机拍摄的色彩差异。
三 色彩调校过程与对比
1. 初始拍摄与色彩数据记录
在进行初始拍摄时，首先确保五台摄像机（设备A、设备B、设备C、设备D、设备E）均处于默认设置状态，以客观反映各设备原生的色彩捕捉特性。将摄像机固定在相同的拍摄位置和角度，使其镜头垂直对准放置在拍摄区域的标准色板，并且保证拍摄距离一致，排除因拍摄视角和距离差异对色彩数据产生的影响。首先使用灰度板将亮度调节到一致，调控使用的是18%灰的色板，反射亮度控制在400mV（如图3）。
图3 各品牌设备在18%灰度上亮度对齐
再对色板使用预设值拍摄，24色板的拍摄效果如图4，可看出设备D色彩偏暖，设备A色彩偏灰。
图4 各品牌设备初始色板效果
拍摄完成后，将色板素材导入到专业的色彩分析软件达芬奇（DaVinci Resolve）中（如图5）。在软件里，运用色彩取样工具精确地在标准色板的各个颜色块上进行色彩数据提取。对于每个颜色块，记录其在RGB色彩模式下的数值，RGB数值能够直观地反映出红、绿、蓝三原色在颜色构成中的比例关系，是描述色彩的基础数据之一。
图5 对设备A的素材进行采样
拍摄完成后，将色板素材导入到专业的色彩分析软件达芬奇（DaVinci Resolve）中（如图5）。在软件里，运用色彩取样工具精确地在标准色板的各个颜色块上进行色彩数据提取。对于每个颜色块，记录其在RGB色彩模式下的数值，RGB数值能够直观地反映出红、绿、蓝三原色在颜色构成中的比例关系，是描述色彩的基础数据之一。
同时，还记录了其色度坐标，色度坐标是基于特定色彩空间（本实践中的BT.709色彩空间）定义的，它精确地表明颜色在该色彩空间中的位置，有助于更深入地分析颜色的色调和饱和度特性。此外，亮度值也是重要的数据记录内容，它体现了颜色的明亮程度，这些数据共同构成了每台摄像机拍摄的每个颜色块的完整色彩信息，为后续对比分析提供了详尽的数据基础。
在此基础上，也进行了人像拍摄（如图6），同样可以看出人物肤色存在明显差异。
图6 各品牌设备初始人像效果
这种肤色差异在直播拍摄中，尤其是涉及人物特写和互动场景时，会使人物形象在不同画面切换中产生明显的视觉变化，影响直播的视觉效果和观众的情感共鸣。
2.色彩模式调整与视觉对比
为了实现摄像机间的色彩同步，色彩空间将统一到BT.709以便进行有效的色彩同步测试分析。在达芬奇软件中为每台摄像机拍摄的素材应该用对应的官方Log 模式下的BT.709色域参数，在软件的“色彩管理”或“LUT应用”模块中，找到针对设备A、设备B、设备C、设备D和设备E的官方色彩矩阵并加载应用。通过查找表中的预设色彩映射关系，将默认模式下的色彩数据转换为接近BT.709标准的色彩表现，并生成LUT文件用以导入摄像机。
将设备A、设备B、设备C摄像机的拍摄模式切换为Log模式。以设备B为例，进入摄像机的菜单设置，在“拍摄模式”选项中找到“3D LUT”，通过SD卡加载并使用用户LUT文件，之后在LUT 设置中打开MLUT开关，开启Log模式。对于设备C和设备A也采用类似的操作步骤，在各自的菜单系统中找到对应的Log模式设置并开启Log模式后，拍摄画面的色彩和对比度会呈现出与常规模式截然不同的效果。由于设备D和设备E设备不能在设备中直接加载LUT文件，我们这里使用ColorBox对其输出信号进行色彩调校（如图7）。
图7 在ColorBox上加载LUT文件
所有设备都通过LUT文件调色后，再次使用各个摄像机对标准色板进行拍摄（如图8），并按照上述在达芬奇软件中的数据提取方法，重新采集各个颜色块的RGB数值、色度坐标和亮度值等色彩数据。通过对比Log模式调整前后同一摄像机拍摄的相同颜色块的数据变化，以及不同摄像机之间的数据差异，能够深入分析色彩模式调整对实现色彩同步的实际效果，从而为后续的数据分析与结果讨论提供有力的数据支持，进一步探究在稳定光场环境下不同摄像机间色彩同步的可行性及优化方法。
图8 各品牌设备LUT映射BT.709后色板效果
所有设备都通过LUT文件调色后，再次使用各个摄像机对标准色板进行拍摄（如图8），并按照上述在达芬奇软件中的数据提取方法，重新采集各个颜色块的RGB数值、色度坐标和亮度值等色彩数据。通过对比Log模式调整前后同一摄像机拍摄的相同颜色块的数据变化，以及不同摄像机之间的数据差异，能够深入分析色彩模式调整对实现色彩同步的实际效果，从而为后续的数据分析与结果讨论提供有力的数据支持，进一步探究在稳定光场环境下不同摄像机间色彩同步的可行性及优化方法。
进而对人像等参照物进行拍摄（如图9）。从人物肤色上来看，调色后色彩效果基本一致，可以使场景内画面切换效果达到无感净切。
图9 各品牌设备调校后人像效果
将调整前后的人像单独提取出来做对比（如图10，上面一行是调整前的人像色彩，下面一行是调整后的人像色彩），可以明显看出，调整后的色彩一致性更高。但由于调整后的色域是向下兼容的方式，在明暗表现上相较调整前的色彩稍微偏暗。
图10 各品牌设备调校前/后人像效果对比
四 数据分析与结果讨论
1.拍摄的色彩差异分析
通过对比以上拍摄设备在初始默认设置下拍摄的标准色板色彩数据，可以发现明显的差异。设备A 拍摄的红色RGB数值为[190,57,78]，其中红色通道数值相对较高，表明其在红色色调的捕捉上较为突出，绿色通道数值适中，蓝色通道数值也有一定占比，整体色彩呈现出偏红且具有一定色彩深度的特点。设备B拍摄的红色RGB数据[180,54,71]显示出与设备A 相似的色彩倾向，但各通道数值略低，色彩整体相对稍淡。设备C拍摄的红色[192,33,71]则呈现出红色通道极强，绿色通道较弱的特征，这使得其原始色彩在红色上更为鲜艳且偏暖色调，蓝色通道与其他设备相近，维持了一定的色彩平衡。设备D的[192,45,58]红色表现同样突出，绿色和蓝色通道数值分布较为均匀，色彩风格较为鲜明。设备E的[164,44,60]在红色通道上明显低于前几款设备，整体色彩相对偏冷且色彩饱和度略低，这也跟拍摄色域相对较小有关。
2.色彩模式调整后的色彩差异及同步效果评估
在使用Log模式读取LUT文件调色后，各设备的RGB数值都发生了显著变化。各摄像机在大部分颜色块上的色彩差异明显减小。还以红色色块为例，调整后，设备A的红色RGB取色值变为[147,22,55]，红色通道数值大幅下降，绿色通道和蓝色通道也有不同程度的降低，整体色彩向低饱和度、偏冷色调方向转变。设备B的红色RGB取色值变为[150,20,53]，与设备A相似的变化趋势，调色后色彩更加淡雅、柔和。设备C对红色的取色值变为[135,20,50]，其红色通道降幅较大，色彩从原本的偏暖鲜艳变得相对中性，绿色和蓝色通道的稳定使得整体色彩仍保持一定的协调性。设备D样本取色值变为[152,25,41]，在红色调与蓝色调上色度减弱，绿色通道相对其他设备变化较少。设备E的样本数值变为[158,24,51]，各通道色度变化较小。与初始数据相比，各个设备拍摄的红色在色调、饱和度上更为接近BT.709标准下的红色理想值。通过计算色彩差异度指标（如表2），可以量化地评估色彩同步效果。ΔE值越小，表示色彩差异越小。经过计算，在Log 模式调整后，各摄像机之间的色差ΔE值更是降低到4NBS以下，一个相对较小的范围，表明通过调整Log模式使其靠近BT.709色彩标准的方法，在一定程度上实现了不同摄像机间的色彩同步。
表2 相机色彩与色板色彩差异值
然而，尽管整体色彩同步效果显著，但在一些细微的细节方面还会存在一些偏差。比如在一些低饱和度的颜色块上，如浅绿色、淡粉色等，调整后色差值仍相对较大。这主要由于摄像机传感器对低饱和度颜色的敏感度存在差异，不同传感器在捕捉这些颜色微弱的色彩信息时，会产生一定的偏差。同时，色域转BT.709调色方案虽然能够提供一个大致的色彩映射框架，但在处理低饱和度颜色时，其精度也存在一定的局限性，无法做到完全精准的转换。进而在肤色还原这一对于人物拍摄至关重要的方面，也存在轻微的不同。这种细微的差异在一些对人物肤色要求极高、需要细腻呈现人物形象的拍摄场景中，如美妆直播、人物访谈特写等，可能会影响观众对人物的视觉感受，因此需要设备在调校过程中做进一步的精细微调，以确保肤色在不同机位拍摄画面中的一致性和自然度。
五 色彩同步的实践结果及设备整备建议
1.色彩管理实践的总结
通过本次色彩同步实践，可以得出结论：在拍摄场景光影变化相对稳定的环境下，使用设备A、设备B、设备C、设备D、设备E这五台摄像机，通过调校色彩模式并应用色彩矩阵转BT.709色域的LUT 文件方法，能够在很大程度上实现不同摄像机间的色彩同步。这种方法有效地减少了因设备差异导致的色彩不一致性，使拍摄的画面色彩更接近BT.709标准，为多元化拍摄设备提供了一种可行的色彩同步解决方案。
2.设备整备建议
为保障拍摄设备色彩管理效果，需做好以下准备工作：一是前期设备校准，每次拍摄前，运用色度计、示波器等专业设备，调校摄像机白平衡、黑平衡、色彩矩阵等参数，使其初始色彩契合默认标准；二是定期检查维护，关注摄像机性能变化，如传感器、镜头状况，及时解决影响色彩的问题，同时留意固件更新，获取优化算法；三是色彩模式微调，即经Log模式同步色彩，制作中仍要依场景需求，对关键元素如人物肤色、特定物体颜色进行进一步微调；四是建立涵盖全流程的色彩管理规范，加强人员培训，降低操作误差对色彩调校的影响。
综上所述，多元化拍摄设备的色彩同步是一个细致可实现的色彩管理方案。通过深入了解色彩理论基础，合理选择拍摄设备与环境设置，仔细地进行测试和数据分析，并采取有效的设备整备措施，可以不断提升多元化拍摄设备的色彩同步水平，为观众带来更加优质、专业的视觉体验。
