如何理解直方图波形图与矢量图

（作者：Phil Rhodes）

（翻译：盖雅字幕小组）

一般的数码相机都具有直方图功用，答应看到画面各异的亮度电平。直方图尽管有用，但比起传统的波形示波器来说，显然是不行全面。波形示波器作为一个专业的功用，多用于影视公司与电视媒体。它不只能显现亮度信息，还能显现拍照主体在某亮度上的方位信息等等。

别的一个强壮的东西叫矢量示波器，它是一种颜色剖析东西。开始是为工程师参阅色条对模仿磁带卡座功用进行微调而规划的，它现在仍被运用于片场和调色间里，作为评价颜色是否过丰满或镜头是否匹配的方法。

以这个城市夜景图为例，由于它对比度高且颜色丰满：

直方图：

直方图仍是很有意思的，由于它显现了图画亮度与图表结构的明晰联系。假如把图画调亮，直方图中的图形全体就会向右移动，这关于习气阅览从左向右书写的言语的人来说，有一种“变多”的感觉。

直方图被用于把各类数据可视化；比方标明不同年龄层对蛋糕切片均匀巨细偏好的图示也能够用直方图。直方图是一种分布图，横轴代表亮度，纵轴代表图画特定亮度值方位的像素占量。一个淡色的光线满足的物体或许所含像素的亮度大部分都超越亮度轴最高亮度值的50%，所以构成的直方图右侧就会更丰满，横轴方向上就更趋近高亮度那端。相反，假如一个画面包括的像素首要是黑色或低亮度的，那图形就会首要会集在表中左手边低亮度的那端。

测验画面在直方图中的显现

画面暗色为主，所以直方图图形向左边会集

要进一步深化了解直方图，能够用组成测验图做演示。一个彻底50%灰像素的图片在直方图中会显现成在横轴中心点的独自一条笔直线。这种状况揭露了直方图的一个问题：图表或许没有满足的笔直空间来显现图画中亮度相同的悉数像素。

就算决定给直方图柱增高，用一个像素的高度来代表图画中某个亮度的一百个像素，这这样做就现已献身了许多精度。并且一个高清图画假如悉数近200万像素都在同个亮度上，那纵轴需求20736个像素的高度来保证直方图柱条不超越纵轴（1920 x 1080 ÷ 100 = 20736）。当然，在实在国际的拍照中不太会呈现这种画面，但也的确有或许找到亮度规模比较会集的拍照方针。这就会导致许多实用性直方图显现的上方被切掉，让人有幻觉以为亮度规模没那么小，由于底子看不到图形的最高峰。

这个直方图显现的是一个全画面都是50%灰的图画，就只要在亮度50%处的一条直线，标明图画一切像素都在50%亮度上。

直方图的另一个问题在于它并没有供给信息显现是图画的哪个部分构成了图形的某个特性。直方图的纵横轴和拍照图画纵横向不成对应联系。直方图能让你对全体曝光有个根本的快速简略的了解，经历老道的人能够以此评价画面的大部分状况，但比起直方图，还有更好的方法。

波形示波器

最早的波形示波器大概是通过恰当装备的示波器，运用于前期电视的开发。相同，波形图的作业原理也很简略了解，在老式的阴极射线管示波器中，电子束每次水平扫描中在显现器上横向移动，然后受视频信号的电压影响发生偏转。如此一来横轴就代表画面的横轴，纵轴代表亮度。

测验画面在波形示波器中的显现

留意湿润水泥地上亮堂的反射光线的峰值，是超越图画较暗部分的暗影细节的。

大部分波形图都能读出单一行的像素，显现为横跨显现器的立体连接的图形，代表那一行的亮度。关于拍照师更有用的是波形示波器一般能够供给图画每条线的即时剖析，把图画全体扫描并构成通明程度不同的图画，一起显现出来。

单线波形图图画

留意这个单线的波形图画暗示的是图画上那一条线上像素的亮度（上图顶用红线标出）

所以说，波形图显现中的任何一点都有三个特性：

1.水平方位，直接对应被剖析的像素栏的水平方位。

2.笔直方位，与被剖析的亮度值相关。

3.亮度，代表那个部分在特定亮度水平存在的像素数量。

惋惜这些东西看起来简略说起来难。

波形示波器供给整个图画的亮度信息，也会对图画中哪个物体引起特定亮度特色供给必定的信息。由于波形图不只运用了直方图的二维参数，还运用亮度作为第三维信息。

波形图显现的凹凸强度能够查看更详尽的显现成果

敏锐的观察者会留意到波形图显现也会遇到相似直方图遇到的规模问题。直方图是在显现某一个亮度上许多像素时或许会笔直规模缺乏，而波形图监视器的问题是亮度规模缺乏。假如输出设备是一个8比特显现器，亮度在8位（=256级）中不超越2位的亮度可用。假如是一个高清图画，每个水平方位都代表一个1080像素栏。假如一切那些1080像素都是同一个亮度，咱们需求的波形图显现上的亮度规模便是1080个等级。极限上，咱们只要这所需的1080像素不到1/4的规模在理论上是亮度相同的。

因而，大部分波形图监视器都有亮度或强度调整，用于操控某个特定亮度下的每个像素在显现强度上的增量，有用添加或削减显现密度，保证有意义的特性明晰可见。

矢量示波器

直方图和波形图能剖析一个图画的亮度，矢量示波器则把颜色内容可视化。严格来说，任何能够把两个不同信号间的联系可视化为二维X-Y表的显现即为矢量示波器；一个音频相位图代表的是一个立体声信号中的两个音流的联系，这种也是矢量显现。

测验画面在矢量示波器中的显现

留意图画反光色构成的向青和红趋近的峰值

大部分人都知道五颜六色图画是由三个通道所描绘的——最显着便是红、绿、蓝，但也有Y、U和V，别离Y代表亮度，U和V代表颜色信息。在数字体系中，这三个通道一般被代指为Y、Cr和Cb，其间R和B小字母下标代表这两个颜色通道的核算是通过从Y亮度信号中减去红和蓝RGB信号核算的，也便是广义上的均匀R、G、B。把颜色和亮度这样区分隔的意图是在于人眼发觉亮度比对颜色更敏锐，所以这两个颜色通道能够用较低分辨率贮存和传输而不影响认知敏锐度。

我们了解的4:2:2和4:1:1注释便是这样来的，其间的颜色信息以亮度的一半或1/4分辨率发送。播送NTSC制式的YUV、YCrCb、YIQ之间是有技能差异的，但为了文章便利阅览，用YUV指代，由于它们的根底概念是相同的。

色相旋转+90度的测验画面所得到的适量示波器显现真的就跟着旋转了，尽管这不契合知识，但它逆时针旋转成了一个正颜色角改变。

矢量示波器也便是U和V信号的X-Y图，U信号笔直，Y信号水平，构成的显现成果便是一个色相的色轮，顶部或顶部邻近为赤色。在调色软件中旋转色相操控会导致矢量示波器显现内容的旋转。颜色越丰满引起的U和V的信号误差就越大，显现上就会越接近矢量示波器圆盘的边际。彻底不丰满的颜色就会显现成中心的一个点。

大部分矢量示波器都有方针区，那是代表色条测验信号中的颜色区块的点应该在的方位，这便是他们的原始意图——让VTR播送磁带录像机的设置能显现精确的颜色。根据RGB与YUV之间同数学原理，尽管适量示波器和色条能够显现不少图画的奇妙细节，但数字信号意味着五颜六色图片否则完美否则彻底有缺失。

矢量示波器显现的色条

留意高丰满颜色区块每一个都显现为接近外围的圆点，这些外围部分都有方针区，方针区的方位便是测验颜色应该在的方位。

除了播送电视，很少见到拍照师在现场运用矢量示波器，但对调色师而言矢量示波器很重要，需求用它进行精准地逐镜头匹配，保证调色契合技能标准。

由于U和V信号的方位联系彼此呈一个90度，所以矢量图上任何直角区域内的方位都能标绘出来，但大部分时分只呈现在显现的中心圆区。这参阅了最前期的五颜六色电视和一种叫做正交振幅调制的信号技能运用，这种技能把五颜六色嫁接到黑白电视的一起坚持了向下兼容性；整体而言它的色域约束在色相的中心圈。出了圈的部分——一般接近边际的部分——或许便是磁带卡座、信号传送器和电视无法处理的颜色。

示波器在拍照机与监视器中的状况

数码单反一般只要直方图，不过其他功用在许多价格亲民的监视器上也变得越来越遍及。播送和新闻采访拍照机早已包括了斑马线这样的功用，在图画指定亮度的区域上画好图画，辅导曝光，并对裁切做出警示。更先进的波形图和直方图还能够供给独自的红、绿、蓝通道显现，能供给更多信息，便于某些调色操作。

正确挑选和运用测验与丈量设备或许不只会帮你查看出问题之地点，还能让拍照更简略更有一致性，削减对用调色解决问题的依靠。

“RGB重量图”是一种能别离显现红、绿、蓝通道的波形图。