廣色域照片閃亮登場(chǎng) Android: 開發(fā)者需知兩三事

作者: Lin Peiyong, 軟件工程師

Android 現(xiàn)已迎來新一輪的圖像革新，由于 sRGB 的每個(gè)色彩通道只有 8 個(gè)比特，因此標(biāo)準(zhǔn) sRGB 色域無法充分體現(xiàn)屏幕與攝像頭最新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。Android 一直在努力實(shí)現(xiàn)對(duì)廣色域圖像的端到端支持，例如，呈現(xiàn)數(shù)據(jù)更多、色域更寬的畫面。這意味著，用戶最終能夠捕捉到實(shí)景的豐富色彩，在手機(jī)上觀賞并與朋友分享廣色域圖片。從 Android Q 開始，這一切將成為可能: 廣色域圖片即將亮相 Android。因此，讓應(yīng)用做好支持準(zhǔn)備極為重要。本文介紹的兩項(xiàng)測(cè)試可用于判定應(yīng)用是否具備相應(yīng)的條件與能力來顯示廣色域圖片。另外，本文還會(huì)提供一些技術(shù)上的建議，幫助您為應(yīng)用添加廣色域支持。

切入正題之前，讓我先解答一下大家的疑惑: 為什么要支持廣色域呢？實(shí)際上，移動(dòng)設(shè)備的屏幕與攝像頭傳感器每年都在更新?lián)Q代，越來越多的新機(jī)型即將搭載校準(zhǔn)顯示面板，其中部分還會(huì)提供廣色域支持?，F(xiàn)代攝像頭感應(yīng)器能夠捕捉到 sRGB 范圍以外的顏色，然后生成廣色域圖片。屏幕與傳感器的雙重升級(jí)將帶給用戶端到端的攝影體驗(yàn)，讓他們用更鮮明的色彩留影真實(shí)世界。

從技術(shù)層面來說，這意味著應(yīng)用需要處理的圖片與之前不同了。圖片內(nèi)嵌的 ICC 配置文件將不再采用 sRGB 色彩空間，而是轉(zhuǎn)用其它色域更加豐富的格式，如 Display P3 和 Adobe RGB。對(duì)于消費(fèi)者而言，廣色域能讓照片看上去更加真實(shí)。



△ 上圖: Display P3，下圖: sRGB

△ 左圖: Display P3，右圖: sRGB

以上兩組圖片為同一張照片的 Display P3 和 sRGB 版本。如果您正在使用已校準(zhǔn)且支持廣色域的顯示屏上閱讀本文，您會(huì)發(fā)現(xiàn)兩者存在明顯差別。

色彩測(cè)試

您可通過以下兩項(xiàng)測(cè)試來判定應(yīng)用是否已做好支持準(zhǔn)備。第一項(xiàng)是色彩校正測(cè)試，另一項(xiàng)則是廣色域測(cè)試。

色彩校正測(cè)試: 您的應(yīng)用能夠兼容廣色域嗎？
如果應(yīng)用能夠主動(dòng)進(jìn)行顏色管理，那就說明它已經(jīng)準(zhǔn)備好支持廣色域了。在收到圖片之后，應(yīng)用首先會(huì)檢查圖片的色彩空間，然后再根據(jù)自身的廣色域顯色能力，進(jìn)行必要轉(zhuǎn)換。在這種情況下，即使應(yīng)用無法處理廣色域，圖片中的 sRGB 色域仍舊能夠正常顯示，不存在色彩失真的問題。

下圖為內(nèi)嵌 Display P3 ICC 配置文件的圖片進(jìn)行色彩校正之后的效果。


但是，如果應(yīng)用不具備色彩校正條件，那么它往往會(huì)在色彩空間轉(zhuǎn)換不當(dāng)?shù)那闆r下對(duì)顯示圖片進(jìn)行處理，最終導(dǎo)致圖片顏色失真。比如說，您可能會(huì)得到下面這種顯得褪色且失真的圖片。

廣色域測(cè)試: 您的應(yīng)用能夠支持廣色域嗎?
如果應(yīng)用可以顯示 sRGB 色彩空間之外的顏色，那就證明它具備支持廣色域的能力。您可以利用下面這張圖片來測(cè)試應(yīng)用能否支持廣色域圖像: 若能看到 Android 機(jī)器人圖標(biāo)，則說明您的應(yīng)用可以支持。請(qǐng)注意，該測(cè)試需要在具備廣色域硬件支持的設(shè)備上進(jìn)行，如 Pixel 3 或三星 Galaxy S10。

您需要做哪些準(zhǔn)備？

如需正確處理廣色域圖像，您的應(yīng)用至少需要通過廣色域兼容測(cè)試，即色彩校正測(cè)試。如果您的應(yīng)用已測(cè)試成功，那就太棒了！尚未通過測(cè)試的開發(fā)者們也不用著急，您可以按照以下步驟為應(yīng)用添加支持:

如何才能確保應(yīng)用做好準(zhǔn)備并且滿足未來需求呢？關(guān)鍵點(diǎn)在于，應(yīng)用不可以假設(shè)輸入的外部圖片使用 sRGB 色彩空間，也就是說，應(yīng)用必須自行檢查已解碼圖片的色彩空間，并進(jìn)行必要轉(zhuǎn)換。如果沒有做到這一點(diǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致色彩失真，或者色彩配置文件在某個(gè)環(huán)節(jié)不被接受。

必要: 色彩校正
通過色彩校正測(cè)試為最低要求。如果應(yīng)用無法采用廣色域，您很有可能只需要把每張圖片解碼為 sRGB 色彩空間。您可借助 BitmapFactory 或者 ImageDecoder 來實(shí)現(xiàn)這個(gè)邏輯。

使用 BitmapFactory
在 API 26 中，我們?yōu)?BitmapFactory.Option 添加了 inPreferredColorSpace，允許您為已解碼的 Bitmap 文件指定目標(biāo)色彩空間。假設(shè)您現(xiàn)在想要解碼一個(gè)文件，那么您可以用下面的代碼進(jìn)行色彩管理:

final BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
// Decode this file to sRGB color space.
options.inPreferredColorSpace = ColorSpace.get(Named.SRGB);
Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(FILE_PATH, options);

使用 ImageDecoder
從 Android P (API 等級(jí) 28) 開始，我們引入了現(xiàn)代化圖片解碼工具 ImageDecoder。如果您已將 APK 升級(jí)至 API 等級(jí) 28 或更高，我們建議您使用 ImageDecoder，而非 BitmapFactory 或 BitmapFactory.Option API。

在以下示例代碼中，我們使用 ImageDecoder#decodeBitmap API 將圖片轉(zhuǎn)換為 sRGB 位圖。

ImageDecoder.Source source =
        ImageDecoder.createSource(FILE_PATH);
try {
    bitmap = ImageDecoder.decodeBitmap(source,
            new ImageDecoder.OnHeaderDecodedListener() {
                @Override
                public void onHeaderDecoded(ImageDecoder decoder,
                        ImageDecoder.ImageInfo info,
                        ImageDecoder.Source source) {
                    decoder.setTargetColorSpace(ColorSpace.get(Named.SRGB));
                }
            });
} catch (IOException e) {
    // handle exception.
}

ImageDecoder 的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于: 通過傳入一個(gè) ImageDecoder.OnHeaderDecodedListener 并檢查 ImageDecoder.ImageInfo#getColorSpace()，您可以在獲取最終的位圖之前，就能知道圖像的編碼色彩空間。這樣一來，您便能根據(jù)應(yīng)用對(duì)色彩空間的處理方式，來檢查圖像的編碼色彩空間，并分別設(shè)置相應(yīng)的目標(biāo)色彩空間。


ImageDecoder.Source source =
        ImageDecoder.createSource(FILE_PATH);
try {
    bitmap = ImageDecoder.decodeBitmap(source,
            new ImageDecoder.OnHeaderDecodedListener() {
                @Override
                public void onHeaderDecoded(ImageDecoder decoder,
                        ImageDecoder.ImageInfo info,
                        ImageDecoder.Source source) {
                    ColorSpace cs = info.getColorSpace();
                    // Do something...
                }
            });
} catch (IOException e) {
    // handle exception.
}

更多使用技巧，請(qǐng)參閱 ImageDecoder API 官方文檔。
已知不良做法
典型的不良做法包括但不限于:

  • 總是假定圖片處于 sRGB 色彩空間
  • 沒有進(jìn)行必要轉(zhuǎn)換，便將圖片上傳為紋理
  • 在壓縮時(shí)忽略 ICC 配置文件

以上做法均會(huì)嚴(yán)重影響用戶的視覺體驗(yàn)，令色彩失真。例如，以下示例代碼會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用色彩校正錯(cuò)誤:

// This is bad, don't do it!
final BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
final Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(FILE_PATH, options);
glTexImage2D(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0, GLES31.GL_RGBA, bitmap.getWidth(),
        bitmap.getHeight(), 0, GLES20.GL_RGBA, GLES20.GL_UNSIGNED_BYTE, null);
GLUtils.texSubImage2D(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0, 0, 0, bitmap,
        GLES20.GL_RGBA, GLES20.GL_UNSIGNED_BYTE);

在將位圖作為紋理上傳之前，應(yīng)用并沒有檢查色彩空間，因此色彩校正測(cè)試的結(jié)果會(huì)是下面這張失真圖片。


可選: 支持廣色域
為了妥善處理圖片，除上述必要變更之外，如果您的應(yīng)用是一個(gè)圖像類應(yīng)用，您可能希望通過采取一些額外措施，例如在清單文件中啟用廣域模式或創(chuàng)建一個(gè) Display P3 surface，來實(shí)現(xiàn)圖片的全彩色域顯示。

如需在 activity 中啟用廣色域，請(qǐng)將 AndroidManifest.xml 文件中的 colorMode 屬性設(shè)定為 wideColorGamut。請(qǐng)注意，您需要為每一個(gè)啟用廣色域模式的 activity 重復(fù)以上設(shè)置。

android:colorMode="wideColorGamut"

您也可以通過程序的方式在 activity 中設(shè)定色彩模式，具體方法為: 調(diào)用 setColorMode(int) 方法并傳入 COLOR_MODE_WIDE_COLOR_GAMUT。

在渲染廣色域圖像時(shí)，除了具體的廣色域內(nèi)容之外，您還需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)廣色域 surface，以 OpenGL 為例，應(yīng)用必須先檢查以下擴(kuò)展:

然后，在創(chuàng)建 surface 時(shí)請(qǐng)求 Display P3 作為色彩空間，具體代碼見下:

private static final int EGL_GL_COLORSPACE_DISPLAY_P3_PASSTHROUGH_EXT = 0x3490;

public EGLSurface createWindowSurface(EGL10 egl, EGLDisplay display,
                                      EGLConfig config, Object nativeWindow) {
  EGLSurface surface = null;
  try {
    int attribs[] = {
      EGL_GL_COLORSPACE_KHR, EGL_GL_COLORSPACE_DISPLAY_P3_PASSTHROUGH_EXT,
      egl.EGL_NONE
    };
    surface = egl.eglCreateWindowSurface(display, config, nativeWindow, attribs);
  } catch (IllegalArgumentException e) {}
  return surface;
}

如果您想了解如何在原生代碼中采用廣色域，請(qǐng)參閱官方文檔《使用廣色域內(nèi)容增強(qiáng)圖形》。

圖片庫 API 設(shè)計(jì)指南
最后，如果您擁有或維護(hù)一個(gè)圖片編解碼庫，通過色彩校正測(cè)試依舊是最低要求。為了現(xiàn)代化您的圖片庫，我們強(qiáng)烈建議您進(jìn)行下列兩項(xiàng)工作以擴(kuò)展色彩管理 API:
在設(shè)計(jì)新 API 或擴(kuò)展現(xiàn)有 API 時(shí)，請(qǐng)顯式傳入 ColorSpace 參數(shù)。相比于硬編碼一個(gè)色彩空間，顯式的 ColorSpace 參數(shù)更能滿足未來開發(fā)工作的需求。
所有舊版本 API 應(yīng)該顯式將位圖解碼為 sRGB 色彩空間。在 Android 8.0 (API 等級(jí) 26) 引入色彩管理之前，所有內(nèi)容都被設(shè)定為 sRGB 色域。此項(xiàng)操作有助于您確?？蛻魬?yīng)用向后兼容。

完成上述工作后，就請(qǐng)著手開展前文所述的兩項(xiàng)色彩測(cè)試工作吧！

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