[數碼暗房最基礎6] 什麼是「直方圖缺欠論」及其意義？

專題【數碼暗房最基礎】2-5篇一直在談論色調，分別是：

什麼是攝影的色調？

色調在數碼後期有哪些應用？

色調在攝影中的作用是什麼？

直方圖縱軸表示像素數碼嗎？

這將色調的概念等梳理了一遍，現在該具體討論作為數碼攝影「色調儀」的直方圖了。儘管至今仍有人還錯誤的講解「直方圖縱軸表示像素數量」，儘管絕大多數攝影后期書籍、網路教程等，對於直方圖的解釋多含糊其辭或語焉不詳。但以下所介紹的「直方圖缺欠論」將從實用的角度，讓你直觀解讀直方圖。

2007年我在寫《Photoshop Artistry數碼暗房之道》相關章節的時候，對直方圖進行了仔細的研究，比較觀察了大量圖像及其直方圖，提出了對直方圖三種缺欠的理解，從缺欠的角度重新詮釋直方圖，並總結為「直方圖缺欠論」。

2007年至今十年來，通過《Photoshop Artistry數碼暗房之道》的讀者QQ群、Email交流，從我主持和主講30期「數碼暗房訓練營」和無數次後期講座的反饋，都對直方圖缺欠論報以極高的評價。因而我更堅信直方圖缺欠論是「科學、系統、簡明、實用」的，也希望能有更多朋友學習和應用它，縮短數碼攝影及其數碼後期的學習過程。

一、什麼是直方圖缺欠論？

直方圖缺欠論是關於直方圖觀看和解讀的方法論。其中心思想是：直方圖呈三類缺欠的表現形態--溢出、缺失和色調分離，並分別標示其對應圖像上的缺陷和問題。同時用以指導數碼攝影前期的曝光控制，以及引導數碼後期全局色調、顏色相關的各種調控。

以下分別解釋三類缺欠的具體內容。

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1.直方圖的溢出

直方圖被設計為一個框架結構，當圖像信息超出了框架就意味著溢出（如圖6-1紅圈標示），表現為直方圖不是衰減於框架邊緣，而是被剪裁於邊緣，所以也稱為「被剪貼」（也有人戲稱「撞牆」）。

還根據溢出的方向不同，呈現為左溢出、右溢出和上溢出。

▲圖6-1: 直方圖溢出示意

注1: 2007年時，幾乎所有數碼後期相關書籍都稱直方圖的這種現象為「被剪貼」。我是從中文語境的角度將其命名為「溢出」。但後來從《攝影視覺詞典》（中國青年出版社，2011年1月第1版）中看到了相關詞條，而倍感欣慰。n

A.直方圖左溢出

直方圖左側溢出也稱暗部溢出（如圖6-2上圖所示）。這樣直方圖所對應的圖像，表現為暗部（陰影）沒有圖像細節，成為全黑的色塊。

▲圖6-2: 直方圖左溢出示意

在膠片時代的彩色攝影（尤其是使用反轉片），由於其寬容度較低往往以犧牲暗部細節為代價。但現在數碼攝影寬容度要遠高於膠片，曝光正確就能兼顧暗部細節，所以暗部細節的表現是數碼攝影的一個品質指標，而直方圖左側溢出則標誌圖像存在暗部細節丟失的缺欠。

重要的是，在圖像拍攝時若直方圖左側溢出，則意味著沒有採集到暗部的圖像信息，對於需要表現暗部細節的圖像尤其重要（如圖6-3上圖，就失去了暗部髮絲的細節）。而後期色調調控不當使直方圖左溢出，也意味丟失陰影細節。

▲圖6-3： 直方圖左側溢出示意（上圖為直方圖左側溢出，下圖為無溢出的直方圖）

B.右側溢出

直方圖右側溢出也稱高光部溢出（高光過曝）。如圖6-4這樣直方圖所對應的圖像，表現為高光色調中（高光的白牆）丟失了圖像細節，成為沒有任何內容的全白。

▲圖6-4: 直方圖右溢出示意

如果在拍攝時直方圖左側溢出，就意味沒有採集到高光的信息，後期也無法補救。好在大部分攝影者都很主意控制高光過曝，但往往注意了天空、燈光等的過曝控制，對於圖像中圖案較小的飾品、花蕊、金屬等缺乏重視，往往對直方圖扁平（圖6-5上圖）的右溢出缺乏重視。另外，如按傳統攝影「白加黑減」的經驗，拍攝雪景、水面等就很容易造成高光溢出而丟失高光的細節。

▲圖6-5: 直方圖右側溢出示意。上圖為直方圖右溢出；下圖為無溢出。

C.上側溢出

就數碼攝影技術而言，目前噪點和色差還是有待攻克的兩個技術難關，而這兩個缺欠在直方圖表現都是上部溢出。

當使用高感光度（ISO）拍攝較暗場景時，直方圖就會出現上部溢出（曝光不足直方圖左溢出的圖像，大部分也伴隨直方圖暗部的上溢出）。如圖6-6，是拍攝於光線較暗的寺院後殿而使用較高的感光度，因而有明顯的噪點，圖像100%顯示時（下圖）噪點就顯而易見了。

目前儘管各相機廠商都在噪點控制方面不斷技術進步，但在高感光度下仍然會有噪點，這是拍攝時無法避免的。但需要指出的是，噪點在數碼後期是能夠進行有效控制（使之減弱）的，需要在Camrea Raw調控【細節】來完成。

▲圖6-6: 直方圖上部溢出及有噪點圖像示意。

如果圖像有色差現象，那麼其直方圖暗調、3/4調部分會上部溢出（如圖6-7中的直方圖）。而色差現象往往需要放大圖像100%或200%才適合觀看，或者說對於上網的小圖像來說色差現象可以忽視，但對於印放或列印輸出稍大的照片（如18英寸），色差就成為明顯的問題（如圖6-7的下圖）。

最近幾年各大數碼相機廠商一直致力於鏡頭的更新換代，最重要的一個技術指標就是要降低或消除色差。而我們目前常用的一些鏡頭，都或重或輕的存在色差問題，而且越是定焦頭色差問題越嚴重，也是號稱「銳」的鏡頭色差問題越嚴重。不過，Photoshop CS6之後攜帶 Camera Raw 7.1版本，已經提供了更有效的後期調控色差的工具。

▲圖6-7: 直方圖上部溢出及有色差現象圖像示意。

注2: 儘管在大光比情形下會有直方圖左右同時溢出出現，但可視為直方圖左溢出和右溢出疊加，而不單獨作為一種現象。同時由於HDR高動態技術的進步，直方圖左右同時溢出也能得到避免。n

D.顏色溢出

在後期調控圖像顏色時，若某一種（或多種）顏色的飽和度超過限量也會導致直方圖左溢出

、右溢出或左右同時溢出（如圖6-8所示，紅色飽和度過高而導致直方圖紅通道右側溢出，同時因為圖像要保持RGB複合的均衡，直方圖綠通道、藍通道隨之左側溢出）。這種情形也被稱之為「溢色」。

▲圖6-8: 紅色超飽和導致直方圖溢出示意。

注3: 直方圖被設計為多種方式顯示，並可同時顯示RGB各通道（如圖6-8所示），但專業數碼暗房師一般觀看複合的「RGB」直方圖即可，調控顏色並出現溢色時才觀看顏色通道的直方圖n

2. 直方圖的缺失

如前介紹，直方圖其橫軸涵蓋了從0—255色階的色調範圍。而在這個連續的色調範圍中，如果直方圖的某些區域沒有像素信息，則意味著缺失。既是直方圖本身的缺失，也是圖像色調範圍的缺失。

數碼攝影前期拍攝不能避免的會出現直方圖缺失，也就是說目前數碼相機還不能捕獲直方圖不缺失的圖像；而後期調整不掌握要領也會造成直方圖更嚴重的缺失。

以下例圖6-9是直方圖不存在缺失時的數碼影像，也是色調範圍完整的數碼影像。這樣的影像，首先是全圖具有0—255級色調範圍而有完整的對比度；其次圖像的顏色飽和度和清晰度都呈現良好狀態。

▲圖6-9: 直方圖不缺失的圖像示意

A.左側缺失

如圖6-10， 是直方圖左側缺失的圖像。暗部及3/4調信息缺少，圖像整體反差降低呈灰平的狀態。 這樣的情形在數碼影像捕獲時是常見的，也是目前無法完善的。可通過後期處理去完善其色調。

▲圖6-10: 直方圖左缺失的圖像示意

B.右側缺失

如圖6-11， 是直方圖右側缺失的圖像。傳統膠片攝影有「寧欠勿過」的曝光經驗，用於數碼攝影則直方圖都會右側缺失。這樣的圖像表面看來反差效果挺好，但實際上高光缺乏足夠的細節。更為嚴重的是，如此拍攝的圖像其文件信息量較低，丟失的不僅是1/4調和高光的細節，也降低了圖像的品質。

▲圖6-11: 直方圖右缺失的圖像示意

C.兩側缺失

如圖6-12， 直方圖左右側缺失的圖像。圖像整體反差很低狀態灰平，甚至有蒙了一層霧的觀感。這樣的情形與圖6-9一樣常見，也是缺乏科學數碼攝影曝光知識的表現，所以要學好下一節的相關知識，並通過後期手段進一步優化色調。

▲圖6-12: 直方圖兩側缺失的圖像示意

3. 直方圖的色調分離

直方圖色調分離現象（如圖6-13上的直方圖），在直方圖連續色調範圍上像素信息時有時無，呈斷裂狀。對應的數碼圖像上，如果100—102色階有像素，而103-105色階無信息，又106-109有信息……那麼這種色調分離必然要造成連續色調的斷裂，表現在圖像上就是瘢痕或馬賽克。

直方圖色調分離不會出現在前期數碼相機拍攝階段，而是在後期處理過程中錯誤的使用「色階」、「曲線」以及「亮度/對比度」等造成。尤其是在8位色深、非調整圖層下直接應用色調調整工具，每一次的調整都會造成圖像的色調分離，調整越多色調分離越嚴重。當其完成後期調整及合併圖層時，對於色調斷裂的部分Photoshop則根據其周邊圖像信息進行內容填充，其結果就是色痕和馬賽克等問題，使圖像顯得粘厚和髒亂，缺乏通透和鮮明。所以，數碼後期必須掌握無損編輯的方法，並且要時刻規避和彌補色調分離。

▲圖6-13: 直方圖色調分離示意

4. 直方圖缺欠論的意義

對於不了解數字後期處理且看不懂直方圖的人來說，「盯緊直方圖做後期」是荒唐可笑的說法。而以往對直方圖缺乏系統的總結，就不能形成方法論，也就不能對數碼攝影進行有效的指導。

我曾經總結出了15個數碼影像品質指標，其中有7個是直方圖可直接表現出來的：暗部溢出、高光溢出、色差、噪點、色漬、色調缺失、色調分離。 這6個指標中，「色差」、「噪點」是數碼攝影尚未解決的技術瓶頸，需要通過後期的手段進行減輕或消除。

「高光溢出」、「暗部溢出」和「色調缺失」在數碼攝影前期就要調整控制，而在後期製作過程中更要進一步的調控。尤其是「色調缺失」需要後期的手段才能有效彌補，否則由色調範圍狹窄而造成的圖像的「灰平」（也有稱：密度低），並不能用增加反差來解決。

「色調分離」是後期出現的缺欠。一種情況是使用破壞性編輯手段，並使用色調調整工具（如「亮度/對比度」、「色階」和「曲線」等）所造成；另一種情況是，不會使用「圖層混合模式」等彌補手段所造成。

由於上述這些缺欠會出現在數碼攝影的前期、後期以及後期的不同階段，直方圖缺欠論的意義就顯現了出來，它如同數碼影像警示器一樣，進行動態提示和呈現。具體體現為：

第一，在數碼攝影前期的影像捕獲過程中，指導拍攝者獲得準確、完整的圖像信息；

第二，在後期調整過程中，根據直方圖隨時呈現缺欠的警示，指導用戶消除缺欠和彌補缺欠；

第三，為後期處理提供相關工具「調整量」（如「色相/飽和度」工具中的「飽和度數值」）的參照。

以上雖然配圖詳述了直方圖的觀看之道，但恐仍有人會覺得是乾澀的理論。那麼直方圖缺欠論在後期處理是如何運用的？

例1：Camera Raw中直方圖缺欠論的應用。

在Camera Raw中打開一個RAW格式文件（如圖6-14所示），首先需要在【基本】選項卡上進行調控。如果不懂的直方圖缺欠論，就不知道該如何調整（如何調整【曝光】、【高光】、【陰影】、【白色】和【黑色】這些色調滑塊）？

▲圖6-14: Camera Raw打開圖像示意

而懂得直方圖缺欠論，就可以提控多個色調滑塊，使直方圖的各種缺欠得以彌補和完善（如圖6-15所示）。重要的是，其各個滑塊左移或右移及其數值大小，圖像無法給你提供依據，而是直方圖缺欠的狀態提供參照，這就是直方圖是色調儀的作用所在。

▲圖6-15: Camera Raw中調控色調示意

例2：Snapseed中直方圖缺欠論的應用。

手機後期調整也依據同樣的原理，如Snapseed中的【調整圖片】是最重要的調整工具。當進入【調整圖片】之後，就給出了直方圖的參照（如圖6-16所示）。

▲圖6-16: Snapseed【調整圖片】界面示意

這時，一般只有依據直方圖才知道【高光】、【陰影】、【亮度】、【對比度】滑塊該如何移動（如圖6-17所示）。

▲圖6-17: Snapseed【調整圖片】調控示意

例3：Photoshop中色調分離的彌補。

在Photoshop後期製作過程中，儘管使用16位色深、調整圖層等無損編輯技術，但色調分離是時刻需要監控並採取彌補措施的。這裡僅舉【曲線】一例，如下圖6-18是基本完成後期製作的圖像。

▲圖6-18: 圖像及其直方圖示意

這時如要壓暗圖像的暗部，那麼可創建一個【曲線】調整圖層並製作下弦曲線（如圖6-19所示）。但該操作一完成，直方圖就出現明顯的色調分離現象（如圖6-19的直方圖所示）。

▲圖6-19: 【曲線】調控及其直方圖示意

監控到直方圖出現色調分離就要設法彌補，方法是將【圖層混合模式】設置為【明度】即可（如圖6-20所示）。

▲圖6-20: 設置圖層混合模式為【明度】示意

一些不專業的後期書籍及網路教程，頻繁使用【曲線】進行顏色處理的方法，不僅造成圖像整體的偏色，更反複製造著色調分離而不斷損害畫質。這也是所謂「後期調整越多，圖像損害越厲害」的根本原因。

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小結：學數碼後期的人，都知道正確解讀直方圖的重要性，但關鍵是如何解讀？直方圖缺欠論提供了一套完善的方法，不僅能讓你說明直方圖（及其關聯圖像）的問題所在，更能指導你使用相關軟體進行調控，使直方圖成為真正的圖像質量觀察儀。

或問：什麼是完美的直方圖？

回答：沒有缺欠或缺欠最少的，就是完美的直方圖。而對於後期經驗豐富者來說，完美的直方圖首先是沒有缺欠，其次是直方圖越豐滿（如多幅包圍曝光並HDR生成的圖像）就越完美。直方圖越豐滿就表示圖像信息量越充分，而對應圖像的細節也就越豐富（可理解為：密度大。關於HDR技術及其直方圖表現，將另文介紹）。

題圖：拉撲愣寺落雪No.5（點擊可放大觀看）

相關鏈接：知乎Live: 從認知色調和直方圖開始

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