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灰阶与 EOTF：从灰阶追踪到 HDR 曲线
显示的色彩可以拆成三条轴：白点、灰阶、色域。它们互不替代 —— 白点对了，灰阶可能仍然不对；灰阶对了，彩色也可能仍然不对。本页讲中间那条轴，它也是最容易被"只测 100% 白"漏掉的一条。
灰阶扫描的操作步骤与记录表见 实测 SOP：色彩、色域与 HDR； 医疗场景的灰阶质控（含 DICOM 曲线与基线管理）见 医疗显示灰阶质控实操流程。 本页补的是它们未覆盖的一层：这条轴的定义口径、判据与可补性边界。
📌 本页在"色彩管线"上的位置：本页负责灰阶与传输曲线这一环。 运算空间（为什么在线性光下处理）见 线性光与伽马； 管线全图与可补性矩阵见 偏色与补偿。
本页按三段式走：先分清四个词与目标曲线口径（概念）→ 再按灰阶扫描五件事与灰阶排查六步落地（会用）→ 最后看可补性边界与三条原理。
一、先分清四个词
| 词 | 是什么 | 典型说法 |
|---|---|---|
| 灰阶 | 从黑到白的一组输入电平 | 0 / 10 / 20 … 100% 灰，或码值 0–1023 |
| EOTF（电光转换函数） | 电平到亮度的目标映射 | sRGB 分段曲线、BT.1886、PQ、HLG |
| Gamma | SDR 时代对 EOTF 的幂函数近似 | Gamma 2.2 |
| 灰阶追踪 | 实测各灰阶的亮度与色度是否落在目标上、是否保持中性 | 灰阶扫描 + ΔE 或 Δu′v′ |
一句话：灰阶是横轴，EOTF 是目标曲线，灰阶追踪是实测与目标的差。
⚠️ 说"Gamma 不准"时，先分清是哪一种： ① 曲线形状不对（整体偏亮偏暗、暗部压死、亮部削顶）； ② 各灰阶色度漂移（暗部偏蓝、亮部偏黄）； ③ 灰阶分辨率不足（出现色带）。 三种的成因与解法完全不同，混在一起谈就永远说不清。
二、为什么它是一条独立轴
| 轴 | 管什么 | 轴错了会怎样 |
|---|---|---|
| 白点 | 白场的位置（坐标与 Duv） | 全画面同向偏色 —— 见 偏色与补偿 |
| 灰阶 / EOTF | 从黑到白的映射与中性 | 白场可能全对，中段却偏色或亮度错 |
| 色域 | 饱和色的边界 | 白点与灰阶都对，彩色仍不对 —— 见 3D LUT 与色域映射 |
✅ 判据上的意义：白点准 ≠ 灰阶准。只测 100% 白，会漏掉一整条轴。
灰阶问题的四种形态：
| 形态 | 表现 | 常见成因 |
|---|---|---|
| 曲线形状偏差 | 整体偏亮或偏暗、暗部压死、亮部削顶 | 目标选错、驱动或校准偏差 |
| 灰阶色度漂移 | 暗部与亮部偏向不同方向 | 驱动非线性、混色、黑位漏光 |
| 灰阶分辨率不足 | 渐变上出现色带（banding） | 位深不足、LUT 精度、抖动策略 |
| 灰阶不均 | 同一灰阶在屏上不同位置亮度不同 | 属空间维度，见 显示均匀性 |
三、目标曲线：口径先定，再谈准不准
| 目标 | 用于 | 要点 |
|---|---|---|
| Gamma 2.2 幂函数 | 传统 SDR 的习惯用法 | 简单，但对极暗部不精确 |
| sRGB 分段曲线 | sRGB 内容 | 近黑处为线性段；整体接近 2.2 但不等同 |
| BT.1886 | 参考级 SDR 监看 | 等效 Gamma 由黑位与白位共同决定，随显示能力变化 |
| PQ（ST 2084） | HDR10、Dolby | 绝对亮度口径，上限 10 000 cd/m² |
| HLG | 广播 HDR | 相对口径，与 SDR 兼容 |
⚠️ 两条最常见的口径错： ① 把"sRGB 曲线"与"Gamma 2.2"当成同一个东西 —— 两者接近但不等同，混用会在暗部产生偏差； ② 目标与内容不匹配 —— SDR 内容按 PQ 显示会整体发暗发灰，HDR 内容按 2.2 显示会被压平。 各曲线的定义与限值见 标准值总表。
HDR 侧的映射策略与元数据见 HDR 色调映射 —— 本页只讲"曲线本身"，不涉及映射算法。
四、测量：灰阶扫描要写清的五件事
① 目标曲线与口径 ② 灰阶步长（常用 10 级 / 21 级 / 连续）
③ 白场亮度设定与黑位 ④ 位深、色度抽样与信号范围
⑤ 测点位置（中心或多点）与仪器口径| 常见坑 | 后果 |
|---|---|
| 预热不足 | 亮度与色度整体漂移，暗部尤其明显 |
| 暗部仪器底噪与量程 | 1%–5% 灰的数据不可信 —— 暗部是最难测的一段 |
| 环境光与反射 | 暗部被抬高，黑位与暗部灰阶同时失真 |
| 黑位未固定 | BT.1886 类目标依赖黑位，黑位一动判据就变 |
| 只测中心 | 掩盖空间差异 —— 见 显示均匀性 |
✅ 与另外两条轴同一条规则：先证明测到的是显示器（预热、环境、仪器），再谈准不准。
五、判据：怎么算"灰阶准"
判据本身的写法（统计口径、区域、目视条件、留痕）见 判据与验收；本节只给灰阶轴专属的口径。
- 分三段评：暗部（0–20%）、中段（20–80%）、亮部（80–100%）—— 一个平均值会把暗部问题摊平；
- 亮度与色度都要判：亮度偏差（相对目标的百分比）+ 色度偏差（Δu′v′ 或 ΔE）； 不要只报色温 —— 色温不含 Duv，会把偏绿与偏品红漏掉（与 同温不同色、显示均匀性 同一条规则）；
- 判据要带条件：目标曲线、白场亮度、黑位、仪器、灰阶步长 —— 缺一项就不可复现；
- "可察觉"与"可接受"分开：暗部的相对亮度偏差更易被察觉（绝对 ΔE 的可见度还取决于背景亮度）—— 判据要写明用的是相对偏差还是绝对 ΔE。
六、可补性：灰阶能补，但代价在位深
| 层 | 能否补 | 说明 |
|---|---|---|
| 设计与驱动 | ✅ 治本 | 驱动能力、灰阶精度与线性度 |
| 产线逐台 | ✅ 主力 | 增益 + 偏置（两段）、多点 LUT、硬件 LUT |
| 客户端 | ✅ 但受限 | 主机侧软件 LUT 可做，受位深与链路限制 |
| 面板固有 | ⚠️ 只能压 | 黑位漏光、暗部非线性；抬黑位能换来暗部层次，代价是对比度 |
⚠️ 代价必须写进判据：用 LUT 修灰阶，本质是用灰阶分辨率换精度。 修正幅度越大，8 bit 下越容易出现色带 —— 所以"位深"不是独立话题，它决定了灰阶能补到什么程度。 与位深、LUT 的关系见 色彩深度与色彩管理、3D LUT 与色域映射； 逐枪调整的具体手法见 手动逐枪调整。
七、会用：灰阶不对时的排查顺序（六步）
① 先确认"目标选对没有"
□ SDR 内容是否用了 SDR 曲线？HDR 内容是否走 PQ/HLG？
□ 目标曲线不匹配会造成"整体偏亮/偏暗/发灰"，这类先排
② 再确认"测到的是显示器"
□ 预热是否足够、环境光与反射是否受控、仪器量程与底噪是否够用
□ 暗部数据（1%–5%）若不可信，先修测量条件再谈判据
③ 再分三段定位形态（暗部 0–20% / 中段 20–80% / 亮部 80–100%）
□ 整体平移 → 多为驱动或校准偏差
□ 暗部压死或亮部削顶 → 多为目标选错或映射被"增强"改写
□ 中段偏色 → 灰阶色度漂移（驱动非线性 / 混色 / 黑位漏光）
④ 再判"亮度错"还是"色度错"（两者处置不同）
□ 亮度偏差：相对目标百分比；色度偏差：Δu′v′ 或 ΔE
□ **不要只报色温**（色温不含 Duv）
⑤ 再看"是否随位置变"
□ 随位置变 → 归空间维度，走 [显示均匀性](uniformity-and-mura.md)
⑥ 最后才谈补偿：明确要动哪一层、代价是什么（见第六节）
□ 记录修正幅度：幅度越大，越可能以"色带"为代价✅ 顺序纪律：先排目标与测量，再谈产品的灰阶性能 —— 反之会把"看错了"当成"测出了偏差"。
原理（一）：为什么暗部最难，且"敏感"与"难测"同时发生
感知端（敏感）：
人眼对暗部的**相对亮度差**更敏感：2% 与 4% 灰的差别，
比 50% 与 52% 灰的差别更容易看出来
→ 所以暗部的偏差更容易被投诉
测量端（难测）：
暗部码值间距本来就小 → 可表示的级数少
信号量小 → 仪器底噪、暗电流与积分时间的影响被放大
环境光与反射一旦存在，直接叠加在黑位上
→ "最容易被看出来"与"最难测准"落在同一段，这就是灰阶争议集中在暗部的原因原理（二）：为什么"修灰阶"必然花掉位深
灰阶修正 = 把输入码值重新映射到输出码值（LUT）
→ 输出侧可表示的级数由位深决定，是有限的
→ 修正曲线越陡（幅度越大）：相邻输入被压到同一输出（信息合并），
或相邻输出的跳变被放大（台阶变明显）
→ 相当于**用灰阶分辨率换精度**：这就是修正幅度大时"色带先出来"的机制
→ 也解释了为什么"位深"不是独立话题：它决定灰阶这条轴能补到什么程度原理（三）：为什么色度会随灰阶漂移
三个常见机制叠加：
① 驱动非线性：三通道的电压—亮度关系不完全一致，各灰阶的相对配比就变了
② 黑位漏光：黑态未被拦干净的光（含偏色成分）在暗部占比很大 → 暗部被"染"向漏光色
③ 混色与串扰：相邻像素或通道的相互影响在高对比图案下更明显
→ 于是出现"白点准、暗部偏蓝"这类组合：
白场处的配比正确，但越往暗部，漏光与非线性所占比重越大
→ 判据要求逐段判色度，而不是只看 100% 白，理由就在这里八、常见误区
| 误区 | 说明 |
|---|---|
| "白点准了灰阶就准" | 两条不同的轴，互不替代 |
| "sRGB 就是 Gamma 2.2" | 接近但不等同，暗部有差异 |
| "Gamma 只影响亮度" | 各灰阶的色度也会漂 |
| "把曲线拉平就完了" | 代价是灰阶分辨率，幅度大了就出色带 |
| "8 bit 够用了" | 修正幅度大时不够，banding 会先出来 |
| "暗部测不准无所谓" | 暗部恰是人眼最敏感、也最难测的一段 |
| "BT.1886 就是 Gamma 2.2" | BT.1886 的等效 Gamma 由黑位与白位共同决定 |
| "HDR 就是把亮度调高" | 换的是 EOTF 与亮度口径，不只是数值 |
📋 判据接口：本页属色彩与视觉类 —— 依此页结论做判定时，除通用条件外还必须附带 判据字段集 · 色彩与视觉类 所列字段（共 7 项）：这个"颜色对不上"是偏差、是范围，还是观察条件？ 缺任一项，结论不可复核，只能作降级表述。
关键概念速查
通用术语见 统一速查（由统计生成，只在一处维护）。
| 术语 | 英文 | 含义 |
|---|---|---|
| 灰阶 | Grayscale | 从黑到白的一组输入电平 |
| 电光转换函数 | EOTF | 输入电平到输出亮度的目标映射 |
| 灰阶色度漂移 | Grayscale Color Shift | 不同灰阶上的中性度偏差 |
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数据来源：本页为方法论整理，不含具体容差数值；各曲线的定义与限值见标准值总表， 项目容差以规格书与合同为准。