在2018年下半年的時候，曾做過SDR2HDR的嘗試（從以前的低/標準動態範圍standard dynamic range到高動態範圍high dynamic range），瞭解到平常熟視無睹的顏色概念背後的博大精深，還處於顏色的迷宮中，只是藉助線性代數中向量空間的概念，稍微理清了一些概念，當時還和同學一起整理了個關於HDR基本概念的文檔。最近看了微信公共號“領略顏色之雅”關於色相、飽和度和明度的視頻資料，又碰巧看到了一些資料，在此記錄一下對顏色屬性的基本知識和個人理解，以免遺忘,。如有差錯，肯定來自我的理解，請邊懷疑邊閱讀。總的來說，我的理解是顏色向量空間是個三維空間，通過定義不同的基，於是有了不同的顏色座標系。
首先無法繞過的是如下所示的CIE1931xy色度圖，建立在W. David Wright（Wright 1928）和John Guild（Guild 1931）做的一系列實驗之上，具體細節可參看https://medium.com/hipster-color-science/a-beginners-guide-to-colorimetry-401f1830b65a 。 需要說明的是，這是色度圖，並不關注亮度信息。
圖中所示區域即人眼能感知到的色域區域color gamut，這個形狀往往被稱爲馬蹄形或者舌形，其四周曲線上的點對應着可見光中每個波長的顏色，可見光波長範圍大致在380nm到700nm。區域內部的每個點，則是各種波長組合的光線進入人眼形成的色度。
人眼能夠感知到的色域區域是如此的寬廣，以至於顯示器受限於實際物理條件只能部分支持，圖中最裏面三角形所包含區域對應着 ITU-R Recommendation BT.709 （Broadcasting service Television），是高清電視支持的色域範圍；而最外面三角形所包含的區域對應BT.2020，是超高清電視支持的色域範圍，是代表最新技術的HDR顯示器支持的色域範圍，即WCG (寬色域Wide Color Gamut)。雖然三角形範圍越來越大，但是，離佈滿整個色域區域還是有不少距離。BT.709和BT.2020等規範都是由ITU-R（國際電信聯盟無線電通信部門International Telecommunication Union- Radiocommunication）制定。
如果說，色度表示的是進入人眼光線的各波長可見光的組合比例關係，在CIE1931xy圖中可以用座標值x和y來表示，那麼，亮度可以理解爲這束光線單位時間進入人眼的光子總能量，可以用座標值Y來表示，於是，我們有了顏色向量空間的第一組基（x，y，Y），在這個基下的每一個顏色向量，都有唯一對應的座標值。做個簡單推論，當亮度值不同的時候，即使色度座標值相同，我們感知到的顏色也是不同的。
現在看一下計算機中最常見的RGB顏色表示，每個分量的取值範圍在規格化後是0.0到1.0。比如，某個顏色用（0.1,0.2,0.3）來表示，實際上，這是在顏色向量空間的某個基確定後的某個顏色向量的座標值。這個基本質上就是紅綠藍三原色，具體數值如何確定的呢，以高清顯示器爲例，在xyY座標系下，三原色的色度座標就是CIE1931xy色度圖中最裏面三角形的三個頂點的座標，而亮度座標大概就是顯示器能支持的最高亮度值（以前顯示器的亮度值都差不多），這個沒有查到資料，我覺得只有這樣纔可能解釋得通。所以，在顏色向量空間中，某個顏色向量可以用xyY基下的座標值表示，也可以用RGB基下的座標值表示，在明確RGB基在xyY座標系下的座標值後，兩個座標系就可以相互轉換了（包括規格化）。做個簡單推論，基於RGB基的顏色表示，已經內在的包含了亮度信息。
再進一步，隨着顯示器技術的發展，其能表示的色域範圍和可以支持的最大亮度發生了變化，也就意味着不同顯示器使用的RGB基是不同的。所以，當我們簡單的說到RGB三分量的具體數值的時候，其實，我們背後隱含着這是基於BT.709還是BT.2020等規範規定的基。所以，視頻文件往往會指出其屬於BT709還是BT2020等信息。所以，我們拿到的RGB顏色值並不是直接適用於所有的顯示器。比如，HDR顯示器有更寬的色域和更高的亮度，適合HDR顯示器的RGB顏色值雖然規格化後取值範圍也是0.0到1.0之間，但是，如果要在普通顯示器上顯示的話，爲了人眼看不出現大的差別，必須將顏色值進行座標系變換（還包括超出範圍信息的取捨），因爲不同顯示器定義了不同的基。反過來，也是一樣的。這樣的變換，往往可以被稱爲tone mapping色調映射（tone mapping還有更多的應用）。
在視頻中常用的YUV表示，在BT.709和BT.2020等規範中已經有了明確的和RGB之間相互轉換的公式，不同規範定義的公式參數不同，本質上，也是一種座標系轉換。
顏色還可以用明度、色相和飽和度來表示。明度和色相大概都可以顧名思義的理解，之前一直不理解飽和度到底是個什麼東西。碰巧看到了在 https://zhuanlan.zhihu.com/p/31374619 的資料，才知道，原來色相+飽和度 和 色度xy值 是這樣一一對應的。
如下圖所示，C是白光點，A點的色度值由其xy座標確定，而A點的色相和飽和度，則由下面的方法確定。即，連接CA並延長交於馬蹄形周邊的B點，如前所述，B點對應着某個波長顏色，此即色相值；而A點到C點的距離代表飽和度，距離越遠，飽和度越高，顏色越純，因爲越接近B點色相，沒有其他光線摻雜進來。
繼續飽和度的通俗理解，估計是這樣的，多個波長組合而成的光線，構成了一個顏色。邏輯上，還可以將其構造成兩個顏色，首先將這些光線組合儘可能的湊成白色，然後剩餘部分構成另一個顏色。如果另一個顏色所佔的比例越大，白色所佔比例越小，那麼就是飽和度越高，也意味着，這“另一個顏色”更純，更接近色相值了。
再重複一下HDR顯示器的概念，主要是支持的色域三角形的取值範圍更大，支持的亮度範圍更高；而HDR電視則還要能夠播放HDR視頻，也就是要內置一個視頻解碼播放器。爲了能夠表達出更多的細節，每個顏色分量用更多的比特數來表示，比如10bit或者12bit等。另外，還有諸如更大分辨率、更快FPS等等支持。一個HDR視頻要在不同顯示器中播放，爲了有類似的觀影體驗，並不只是一個座標系轉換就夠了，比如環境光的影響，藝術加工等，人眼是個複雜系統，具體可以參看OOTF、OETF、EOTF等，那又是一片天地。
以上內容是本人業餘時間興趣之作，限於水平，差錯難免，僅代表個人觀點，和本人任職公司無關。
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