ISO 22028-52026 摄影和制图技术.数字图像存储、操作和交换用扩展颜色编码.第5部分静止图像的高动态范围和宽色域编码（HDRWCG）标准立项发展报告

摄影和制图技术数字图像存储、操作和交换用扩展颜色编码第5部分：静止图像的高动态范围和宽色域编码（HDR/WCG）标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PhotographyandGraphicTechnology—ExtendedColourEncodingsforDigitalImageStorage,ManipulationandInterchange—Part5:HighDynamicRangeandWideColourGamutEncodingforStillImages(HDR/WCG)摘要随着高动态范围（HDR）显示技术的快速普及和宽色域（WCG）影像采集设备的广泛应用，静止图像的数字编码标准面临着前所未有的技术更新需求。现有颜色编码标准主要基于标准动态范围（SDR）和传统色域设计，已难以满足新一代影像内容在亮度层次、色彩表达和跨设备一致性方面的严苛要求。在此背景下，国际标准化组织（ISO）发布了ISO22028-5:2026《摄影和制图技术数字图像存储、操作和交换用扩展颜色编码第5部分：静止图像的高动态范围和宽色域编码（HDR/WCG）》。本报告围绕该标准的立项背景、技术内容、制定过程和应用前景展开系统论述。报告首先梳理了HDR/WCG影像技术的发展脉络与标准化需求，继而详细阐述标准所定义的颜色编码体系框架，包括传递函数、色彩基元、参考白点和量化方案等核心技术参数。报告还对该标准的行业应用场景和国际协调情况进行了深入分析，最后展望了标准实施对摄影、影视后期、医疗影像、工业视觉检测以及消费电子等领域的深远影响。本报告旨在为标准使用者提供系统性的技术解渎和实施指南，为相关领域的技术研发和产业化应用提供参考。关键词：高动态范围；宽色域；颜色编码；静止图像；ISO22028-5；摄影与制图技术AbstractWiththerapidproliferationofhighdynamicrange(HDR)displaytechnologiesandthewidespreadadoptionofwidecolourgamut(WCG)imagecapturedevices,digitalencodingstandardsforstillimagesarefacingunprecedenteddemandsfortechnologicalrenewal.Existingcolourencodingstandards,primarilydesignedforstandarddynamicrange(SDR)andconventionalgamut,cannolongersatisfythestringentrequirementsofnext-generationimagecontentintermsofluminancehierarchy,colourexpression,andcross-deviceconsistency.Againstthisbackdrop,theInternationalOrganizationforStandardization(ISO)haspublishedISO22028-5:2026,"Photographyandgraphictechnology—Extendedcolourencodingsfordigitalimagestorage,manipulationandinterchange—Part5:Highdynamicrangeandwidecolourgamutencodingforstillimages(HDR/WCG)."Thisreportsystematicallyelaboratesontheprojectbackground,technicalcontent,developmentprocess,andapplicationprospectsofthisstandard.ThereportfirstreviewsthedevelopmenttrajectoryofHDR/WCGimagingtechnologyanditsstandardizationimperatives,thenprovidesadetailedexpositionofthecolourencodingframeworkdefinedbythestandard,includingkeytechnicalparameterssuchastransferfunctions,colourprimaries,referencewhitepoints,andquantizationschemes.Thereportfurtheranalysestheindustrialapplicationscenariosandinternationalharmonizationeffortsrelatedtothisstandard,andfinallypresentsaforward-lookingperspectiveonthestandard'sfar-reachingimpactonfieldsincludingphotography,post-production,medicalimaging,industrialvisualinspection,andconsumerelectronics.Thisreportaimstooffersystematictechnicalinterpretationandimplementationguidanceforstandardusers,aswellasreferencefortechnologydevelopmentandindustrialapplicationinrelatedfields.Keywords:HighDynamicRange;WideColourGamut;ColourEncoding;StillImages;ISO22028-5;PhotographyandGraphicTechnology一、引言1.1立项背景数字影像技术在过去二十年间经历了从模拟到数字、从标清到高清、再从高清到超高清的跨越式发展。在这一进程中，颜色编码标准始终是保障影像质量、实现跨设备色彩一致性的核心基础设施。然而，长期以来占据主导地位的颜色编码体系——如sRGB和Rec.709——在设计之初受限于当时的显示硬件水平，仅能覆盖约35%的CIE可见色域，其亮度动态范围也仅限于约0.1至100cd/m²的区间。近年来，随着有机发光二极管（OLED）、量子点发光二极管（QLED）以及微型发光二极管（Micro-LED）等新型显示技术的商业化成熟，消费级显示设备的峰值亮度已可达1000至4000cd/m²，色域覆盖率在DCI-P3甚至BT.2020基准上大幅扩展。与此同时，数码相机和智能手机的图像传感器动态范围亦从早期的约8档提升至当前旗舰机型的14档以上，部分专业电影摄影机更可达到15至16.5档。采集端与显示端能力的双重跃升，使得传统SDR编码体系的局限性日益凸显，业界迫切需要一种能够完整承载和传递高动态范围与宽色域影像信息的标准化编码方案。1.2标准制定历程ISO/TC42（摄影与制图技术委员会）长期致力于影像技术领域的国际标准化工作。在ISO22028系列标准框架下，委员会此前已发布了第1部分至第4部分，分别定义了扩展颜色编码的框架结构、参考输出介质灰度范围、以及部分特定应用的编码方案。然而，面向静止图像的高动态范围和宽色域编码需求，原有标准体系尚缺乏一个系统化、前瞻性的解决方案。2019年，ISO/TC42在年度全体会议上正式提出制定ISO22028-5的立项动议，得到了包括中国、美国、日本、德国、英国、韩国等成员体的积极响应。标准制定工作组成立后，围绕传递函数选择、色彩空间定义、量化位深、元数据要求等关键技术问题展开了多轮深入研讨。工作组充分吸收了DCI-P3、BT.2020等技术规范的成果，并参考了ITU-RBT.2100标准中关于HDR电视广播的参数定义，力求在动态范围表达能力与色彩精确再现之间取得最优平衡。经过严谨的技术论证和反复修订，标准草案于2024年底完成委员会内部投票，最终于2026年5月11日正式发布。二、标准技术概述2.1标准定位与适用范围ISO22028-5:2026隶属于ISO22028系列标准家族，其标准化对象是静止图像的高动态范围和宽色域颜色编码。该标准明确规定了数字图像在存储、操作和交换过程中所采用的扩展颜色编码体系的各项技术参数，包括解码颜色值的计算方法、参考观察条件、编码范围与量化方式等核心要素。值得注意的是，该标准并非取代或废除ISO22028系列中的既有部分，而是在既有框架基础上的功能扩展。第1部分奠定了扩展颜色编码的通用框架和术语体系，第5部分则在统一框架内进一步细化并具体化HDR/WCG场景下的编码参数定义和方法要求，二者之间的层次关系清晰，确保了标准体系内部的逻辑自洽性。这一标准同样延续了ISO22028系列的跨领域适用原则。它面向的不仅是传统摄影行业，还包括数字电影制作、广播电视节目后期制作、移动设备成像、增强现实（AR）与虚拟现实（VR）内容生成、医学影像显示、遥感图像处理以及工业视觉检测等多个应用场景。这种跨领域的适用性使得标准在互联网图像分发、数字资产管理、云端影像处理等新型业态中同样具有重要的参考价值。在适用边界上，该标准明确区分了其管辖范围与ISO12231-2（关于HDR静止图像摄影的术语）、ISO17321系列（关于数字相机色彩特征化的测试方法）等标准的界限。ISO22028-5关注的是编码层的技术规范，即“如何定义颜色数值”，而采集端的特征化与标定则由其他标准另行规定。通过严密的边界界定，该标准避免了与其他国际标准之间的重叠或冲突，保障了国际标准化体系的整体协调性。2.2核心技术参数ISO22028-5:2026所定义的颜色编码体系在多个关键技术维度上实现了对传统编码标准的系统性超越。在传递函数方面，标准采用了感知量化器（PQ）方案，该方案源自SMPTEST2084标准，其核心设计理念是使编码值的量化步长与人类视觉系统在不同亮度水平下的敏感度相匹配。与传统的伽马传递函数相比，PQ传递函数能够在10比特或12比特的量化精度下，有效覆盖0.0001至10000cd/m²的亮度动态范围，同时最大限度地减少可感知的量化噪声。这一选择使该标准与ITU-RBT.2100等HDR广播标准在技术路线上保持一致，为其跨行业应用奠定了基础。此外，标准还保留了混合对数伽马（HLG）作为备选传递函数的兼容性说明——这并非标准的规范性要求，而是为广播电视领域用户提供了一份重要的参考对照，体现了标准制定的务实考量。在色彩基元方面，ISO22028-5采用了与ITU-RBT.2020一致的宽色域基元定义，其色彩空间覆盖了CIE1931色度图中约75.8%的可见色域。这一色域范围不仅远超sRGB/Rec.709，也全面超越了DCI-P3色域，能够更准确地表达自然界中高饱和度色彩（如纯正的青色、品红色和绿色）。在参考白点的设定上，标准采用D65标准照明体，与多数显示设备的白点设置保持一致，便于不同设备间的色彩匹配与互换。在量化参数方面，标准支持10比特和12比特两种量化深度。其中10比特编码主要面向消费级应用场景（如移动设备拍摄、网络图像分发），12比特编码则面向专业制作和存档归档需求。针对每种量化深度，标准均给出了精确的编码值分配方案、标称显示亮度映射关系以及相应的信号处理参考公式。在视频信号有限范围（即黑电平偏移和峰值白电平预留）与全范围编码的取舍上，标准同样提供了明确的参数推荐值和指导性说明，为用户在不同工作流程中灵活选择提供了规范依据。2.3图像存储与交换格式在颜色编码参数定义之外，ISO22028-5还关注了HDR/WCG图像在实际存储与交换环节的格式适配问题。标准推荐了若干适用于HDR/WCG静止图像的容器格式与文件封装方案，并对元数据的记录要求作出了相应规定。这些元数据包括色彩空间标识、传递函数类型、参考白点色度坐标、峰值亮度信息以及内容亮度映射曲线（可选）等，确保接收端能够准确解析和还原发送端所期望呈现的色彩与亮度效果。自2016年起，ISO22028系列正式引入了对基于ICC（国际色彩联盟）配置文件的色彩管理架构的全面支持。ICCv4.4及其后续修订版在标准体系中获得了正式采用，成为支持扩展颜色编码色彩管理的首选配置文件架构。ISO22028-5延续了这一技术路线，并针对HDR场景下的色调映射需求和宽色域内容的多媒体应用需求，对ICC配置文件的引用方式和参数配置提供了具体指引。与此同时，标准对ICCv2和v4版本中关于色彩编码空间的兼容表述进行了更新，使之与ISO22028-5所引用的一系列色度学和光度学定义保持精确一致，从而避免了由于标准术语版本不协调而导致的实际应用障碍。三、标准制定的核心考量与创新点3.1兼容性与前瞻性的统一ISO22028-5在制定过程中始终贯穿着一条核心原则：在兼容现有产业生态的技术前提下，为下一代影像技术预留充分的发展空间。一方面，标准在色彩基元和传递函数等核心参数的选择上与国际电信联盟（ITU）、电影与电视工程师协会（SMPTE）等组织发布的相关标准保持一致，最大限度地减少了产业链上下游的适配成本。另一方面，标准通过模块化的结构设计和可扩展的元数据机制，为未来更高亮度、更宽色域乃至光谱成像等新技术的融入预留了接口。在编码信号格式层面，ISO22028-5与同一时期国际电信联盟发布的BT.2100标准在核心参数上保持高度兼容，这一协调策略使HDR/WCG静止图像编码能够与HDR电视广播信号进行无缝的格式转换，大幅降低了跨域工作流的复杂度和转换损失。值得强调的是，ISO22028-5并非简单套用BT.2100中面向视频信号的参数定义，而是针对静止图像的视觉特性和静态观察场景进行了系统性优化。静止图像观看时，人眼具有更为充裕的时间进行自适应调整，对暗部细节和亮部层次的分辨能力显著增强。针对这一视觉特性差异，标准对编码范围的余量分配、噪声整形策略和量化参数映射做了适应性调整，确保静止图像在像素级精度上达到更加严格的色彩准确性要求。在色调再现层面，标准建立了一套从场景线性光到显示编码值的可逆变换框架，支持不同的色调映射需求。在内容创作端，标准允许利用色调映射算子将场景亮度线性映射至显示亮度范围，同时保留创作者的艺术意图；在显示端，则依据元数据中的目标显示峰值亮度和环境光照信息进行色调重映射，以适配不同能力等级的设备。标准同时明确了对智能电视、专业监视器、投影仪及移动设备等不同类别显示终端实施色调映射的参照流程，在色适应模型和亮度适应模型方面提供了推荐性技术路线，使得同一份HDR/WCG静止图像能够在不同等级的显示设备上获得一致且可预测的视觉再现效果。这种“创作自由、呈现可控”的原则，既兼顾了艺术表达的灵活性，也保障了技术实现的规范性和一致性。3.2标准体系的协同与演进ISO22028-5:2026并非孤立存在，而是ISO22028系列标准整体演进的重要组成部分。该系列目前已形成涵盖通用框架、SDR扩展编码、HDR/WCG扩展编码等方向的完整标准族谱。第5部分的发布，标志着该系列标准从单点突破走向全面覆盖的关键一步。值得注意的是，ISO22028-5在文本结构和术语定义上同ISO22028-1的后续NR（新工作项目提案）修订保持了一致，该修订改进了术语定义，完善了色彩编码规范之间的关联表述。这为未来标准体系的统一维护和协同更新创造了有利条件。同时，ISO22028-5的发布也为ISO/TC42正在推进的其他相关标准项目（如面向视频影像的HDR颜色编码标准化工作）提供了重要的技术参照基础。3.3面向应用需求的功能设计在功能设计上，ISO22028-5充分考虑到了不同应用场景对HDR/WCG编码的差异化需求。在专业摄影领域，摄影师对高阶色调层次过渡的平滑性极为敏感，标准通过12比特量化方案和精密的量化误差控制机制，确保在天空渐变、肤色过渡等高要求区域不出现可感知的色阶断裂。在消费电子领域，移动设备图像处理和社交平台内容分发的普及对编码的编码效率和计算复杂度提出了更高要求，标准的10比特方案兼顾了存储开销和视觉质量。在医学影像领域，HDR/WCG编码为X光影像、内窥镜影像等提供了更丰富的灰阶层次和更精确的色彩还原能力，有望推动诊断精度的进一步提升。在工业视觉检测领域，宽色域编码有助于更准确地区分细微的色差变化，从而提高表面缺陷检测和颜色分级的准确性。此外，在文化遗产数字化保护领域，HDR/WCG编码亦被探索用于高精度文物影像的长期存档，其宽色域和高亮度层次记录能力为还原文物质感与色泽提供了技术路径。四、主要参与单位介绍ISO22028-5:2026的制定汇聚了全球影像技术领域众多权威机构和专家学者的智慧。标准制定工作组由ISO/TC42（摄影与制图技术委员会）下设的WG19工作组具体承担，工作组成员来自中国、美国、日本、德国、英国、法国、韩国、荷兰等十余个国家的标准化机构和产业界代表。其中，中国电子技术标准化研究院（CESI）作为中国在该标准项目中的核心参与单位，发挥了尤为重要的作用。中国电子技术标准化研究院是工业和信息化部直属的事业单位，长期从事电子信息技术领域的标准研制与检测认证工作，是IEC/TC100、ISO/TC42等国际标准化组织的国内归口单位。在ISO22028-5制定过程中，CESI专家团队牵头完成了标准文本中关于编码范围与量化误差分析的关键技术提案，并组织国内相关企业开展了多轮验证性测试，为该标准的技术完善和产业推广提供了坚实支撑。此外，日本照相机影像机器工业会（CIPA）联合多家日本影像企业，在标准制定过程中贡献了关于数码相机HDR采集能力与编码参数适配的大量实测数据；美国电影艺术与科学学院（AMPAS）的色彩科学专家团队则在HDR色彩科学理论框架和影像美学评价方法方面提供了重要学术支持；德国弗劳恩霍夫集成电路研究所（FraunhoferIIS）在感知编码优化领域取得的专利技术成果亦被标准所吸纳