Graphics 如何处理PNG文件格式中的颜色空间和gamma？

我的问题是：

我正在使用光谱样本进行渲染，并希望保存一张显示结果的图像。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。我将这个XYZ颜色元组乘以为转换为sRGB而给出的矩阵，并将结果钳制为

（0,1）

为了保存图像，我将转换后的元组缩放255并转换为字节，然后将数组传递给libpng的

png\u write\u image（）

。当我看到一个均匀的强度，纯彩色光谱这样渲染，它看起来是错误的；在颜色之间的过渡中有暗条带。这也许并不奇怪，因为要从XYZ转换为sRGB，矩阵后的颜色分量会相乘（如果它们足够小，则会线性缩放）。但如果我这样做，情况看起来更糟！只有在提升到1/2.2之后，它才开始看起来正确。看起来，在我不做任何事情的情况下，解码图像的伽马值是~2.2，应用了两次

这里是我期望它工作的方式：我将矩阵应用到XYZ，我有一个大致能量线性的RGB元组。我把它提高到2.2，现在有了一个感知线性的颜色元组。我按原样对这些数字进行编码（从而有效利用文件精度），并在文件中存储一个字段，该字段表示“这些字节已使用gamma 2.2进行编码”。然后在图像加载时，解码系统取消应用编码伽马，然后在显示前应用系统伽马。（因此，从创作的角度来看，我不必关心观众的系统是什么）。但我得到的结果表明，这种方式行不通

更糟糕的是，我尝试用2.2和1/2.2调用了

png\u set\u gAMA（）

，但在图像中看不到任何差异。我在

png\u set\u sRGB（）

中得到了类似的结果（我相信这会迫使gamma值达到1/2.2）。 关于我应该如何转换颜色值，或者PNG如何处理gamma和颜色空间，我肯定有一些向后的或者不理解的地方。要将此分解为几个澄清问题：

• 我希望传递给

  write\u png（）

  的字节值的颜色空间是多少
• 我必须对libpng进行哪些调用（如果有），以指定传递字节的颜色空间和伽马值，以确保正确显示？为什么他们会失败
• png文件中的伽马场如何与我应用于传递的颜色通道值（如果有）的指数相关
• 如果我希望在发送图像数据之前反转伽马曲线（我对此表示怀疑，但现在似乎有必要），那么该反转是否应包括sRGB曲线的线性部分

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此外，我还看到一些提示，“白点”在XYZ和sRGB之间的转换中起着重要作用。我不清楚上面给出的站点中的矩阵是否包含到D65的重整化（它与Wikipedia的矩阵不匹配）——或者甚至在需要这种转换的时候。我发现的大多数文献都掩盖了细节。在转换过程中是否还有一个步骤没有在wiki文章中提到，或者这将被自动处理？

这几乎是您所期望的方式。png_set_gAMA（）导致libpng编写gAMA 输出PNG文件中的块。它不会改变像素本身。符合png的 查看器应该使用区块中的伽马值，结合显示器的伽马值，在显示器上正确写入像素强度值。大多数解码器实际上不会执行您描述的两步（不应用图像gamma，然后应用系统gamma）方法，尽管结果在概念上是相同的：它会将图像gamma与系统gamma组合以创建查找表，然后使用该表在一步中转换像素

从您观察到的情况来看（gamma=2.2和gamma=1/2.2的行为相同），您使用的查看器似乎没有对PNG gAMA块数据进行任何处理。

您写道：“在我不做任何操作的情况下，解码图像的gamma值为~2.2应用了两次。”

我认为您的显示器（Hardware或您的系统icc配置文件）本身已经有伽马设置。

您说过：

因为要从XYZ转换为sRGB，在矩阵相乘后颜色分量必须提高到2.4

不，这是错误的。从线性（XYZ）到sRGB，您不会提高到2.4或2.2，也就是说，从sRGB到线性

从线性到sRGB，您提高到

^（1/2.2）

，或者如果分段使用sRGB，您将看到1/2.4-您应用的有效伽马值为^0.45455

在您链接的维基百科页面上，这是正向转换

从XYZ到sRGB：

当然是在应用正确的矩阵之后。假设所有内容都在D65中，则：

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，则有300个光子。但是人眼看不到三联，相比之下，我们只看到适度的增加

这就是为什么使用转移曲线或“gamma”来最大限度地利用8位图像中的可用代码空间的部分原因（我知道对我来说过于简单）

为此，将线性灯光值提高到0.455的次幂，并将该sRGB值恢复到线性空间，然后将其提高到相反的值，即^1/0.455，也称为^2.2

矩阵的使用必须在线性空间中进行。但是在传递矩阵之后，您需要应用trc或“gamma”编码。根据您的陈述，不，没有两次添加2.2，您只是走错了路。

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