如何处理PNG文件格式的色彩空间和伽玛？

Question

这是我的问题：

我正在使用光谱样本进行渲染，并希望保存显示结果的图像。我通过CIE XYZ颜色匹配函数对光谱功率函数进行加权，以获得XYZ颜色空间结果。我将此XYZ颜色元组乘以this page给出的矩阵以转换为sRGB，并将结果钳制到(0,1)。

要保存图像，我将转换后的元组缩放255并将其转换为字节，然后将数组传递给libpng的png_write_image()。当我看到均匀的强度，以这种方式渲染的纯色光谱时，它看起来是错误的;颜色之间的过渡中有暗带。这也许并不奇怪，因为要从XYZ转换为sRGB，矩阵乘法后的颜色分量must be raised to 2.4（或者如果它们足够小则线性缩放）。但如果我这样做，它看起来更糟！只有在提高到1 / 2.2后才会开始向右看。看起来，在我没有做任何事情的情况下，解码的图像具有~2.2的伽马值两次。

这是我期望它的工作方式：我将矩阵应用于XYZ，并且我有一个大致能量线性的RGB元组。我把它提高到2.2，现在有一个感知线性颜色元组。我按原样编码这些数字（从而有效地利用文件精度），并在文件中存储一个字段，表示“这些字节已经用gamma 2.2编码”。然后在图像加载时，解码系统取消应用编码的伽马，然后在显示之前应用系统伽玛。 （因此从创作的角度来看，我不应该关心观众的系统伽玛是什么）。但我得到的结果表明它不会这样。

更糟糕的是，我尝试使用2.2和1 / 2.2调用png_set_gAMA()并且看不到图像的差异。我得到与png_set_sRGB()类似的结果（我相信应该将伽玛强制为1 / 2.2）。 对于我应该如何转换颜色值，或者PNG如何处理伽玛和颜色空间，必须有一些我反向或不理解的东西。将此分解为几个澄清问题：

• 我希望传递给write_png()的字节值的颜色空间是什么？
• 为了指定传递的字节的颜色空间和灰度，我必须对libpng进行什么调用，以确保正确显示？为什么他们会失败？
• 如果png文件中的gamma字段与已应用于传递的颜色通道值的指数有什么关系？
• 如果我希望在发送图像数据之前反转伽玛曲线（我怀疑，但现在看来是必要的），那么反演是否应该包含sRGB曲线的线性部分？

此外，我看到提示“白点”在XYZ和sRGB之间的转换中很重要。我不清楚上面给出的网站中的矩阵是否包括对D65的重整化（它与维基百科的矩阵不匹配） - 或者甚至在需要这样的转换时。我发现的大部分文献都掩盖了细节。在维基文章中没有提到转换中的另一个步骤，还是会自动处理？

Answer 1

你说：

<块引用>

因为要从XYZ转换为sRGB，矩阵相乘后颜色分量必须提升到2.4...

不，这是不正确的。从线性 (XYZ) 到 sRGB，你不提高到 2.4 或 2.2，即从 sRGB 到线性。 >

从线性到 sRGB，你提高到 ^(1/2.2) 或者如果使用 sRGB 分段，你会看到 1/2.4 — 你应用的有效伽玛是 ^0.45455

在您链接的维基百科页面上，这是FORWARD 转换。

从 XYZ 到 sRGB：

那当然是在应用了正确的矩阵之后。假设一切都在 D65 中，那么：

直说线性

现实世界中的光是线性的。如果将 100 个光子增加三倍，那么您将拥有 300 个光子。但人眼看不到三倍，相比之下，我们只能看到适度的增加。

这就是为什么要使用传输曲线或“伽马”的部分原因，以充分利用 8 位图像中的可用代码空间（我知道是过度简化了）。

为此，将线性光值提高到 0.455 的次方，然后将该 sRGB 值恢复到线性空间，然后我们将其提高到相反值，即 ^1/0.455，也称为 ^2.2< /p>

矩阵的使用必须在线性空间中完成。但是在传输矩阵之后，您需要应用 trc 或“伽马”编码。根据您的陈述，不，事情并没有将 2.2 添加两次，您只是走错了路。

Answer 2

这几乎是你期望的方式。 png_set_gAMA（）使libpng编写gAMA 输出PNG文件中的块。它不会改变像素本身。符合png标准 观察者应该使用来自块的伽马值，结合显示器的伽玛，在显示器上正确地写入像素强度值。大多数解码器实际上不会执行您描述的两步（不应用图像伽玛，然后应用系统伽玛）方法，尽管结果在概念上是相同的：它将图像伽马与系统伽玛组合以创建查找表，然后使用该表一步转换像素。

根据您观察到的情况（gamma = 2.2和gamma = 1 / 2.2表现相同），您似乎使用的查看器对PNG gAMA块数据没有任何作用。

Answer 3

您写道：＆＃34;看起来，在我没有做任何事情的情况下，解码图像的伽玛值为~2.2两倍。 ＆＃34;

我认为你的显示器（hardwrare或你的系统icc配置文件）已经有了伽玛设置。