白平衡

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白平衡,字面上的理解是白色的平衡。白平衡是描述显示器中红、绿、蓝三基色混合生成后白色精确度的一项指标。白平衡是电视摄像领域一个非常重要的概念,通过它可以解决色彩还原色调处理的一系列问题。白平衡是随着电子影像再现色彩真实而产生的,在专业摄像领域白平衡应用的较早,[1] 现在家用电子产品(家用摄像机、数码照相机)中也广泛地使用,然而技术的发展使得白平衡调整变得越来越简单容易,但许多使用者还不甚了解白平衡的工作原理,理解上存在诸多误区。它是实现摄像机图像能精确反映被摄物的色彩状况,有手动白平衡和自动白平衡等方式。许多人在使用数码摄像机拍摄的时候都会遇到这样的问题:在日光灯的房间里拍摄的影像会显得发绿,在室内钨丝灯光下拍摄出来的景物就会偏黄,而在日光阴影处拍摄到的照片则莫名其妙地偏蓝,其原因就在于白平衡的设置上。[1]
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中文名
白平衡
外文名
White Balance
适 用
电视摄像领域
作 用
解决色彩还原色调处理问题

定义 编辑

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白平衡,字面上的理解是白色的平衡。那什么是白色?这就涉及到一些色彩学的知识,白色是指反射到人眼中的光线由于蓝、绿、红三种色光比例相同且具有一定的亮度所形成的视觉反应。我们都知道白色光是由赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成的,而这七种色光又是有红、绿、蓝三原色按不同比例混合形成,当一种光线中的三原色成分比例相同的时候,习惯上人们称之为消色,黑、白、灰、金和银所反射的光都是消色。[1] 青青草影院
通俗的理解白色是不含有色彩成份的亮度。人眼所见到的白色或其他颜色同物体本身的固有色、光源的色温、物体的反射或透射特性、人眼的视觉感应等诸多因素有关(请参阅《色彩学原理》),举个简单的例子,当有色光照射到消色物体时,物体反射光颜色与入射光颜色相同,既红光照射下白色物体呈红色,两种以上有色光同时照射到消色物体上时,物体颜色呈加色法效应,如红光和绿光同时照射白色物体,该物体就呈黄色。当有色光照射到有色物体上时,物体的颜色呈减色法效应。如黄色物体在品红光照射下呈现红色,在青色光照射下呈现绿色,在蓝色光照射下呈现灰色或黑色。[1]

应用 编辑

许多人在使用数码摄像机拍摄的时候都
白平衡
白平衡 (8张)
会遇到这样的问题:在日光灯的房间里拍摄的影像会显得发绿,在室内钨丝灯光下拍摄出来的景物就会偏黄,而在日光阴影处拍摄到的照片则莫名其妙地偏蓝,其原因就在于“白平衡”的设置上。[1]

色温 编辑

在了解白平衡之前还要搞清另一个非常重要的概念――色温。所谓色温
照相机 照相机
,简而言之,就是定量地以开尔文温度(K)来表示色彩。英国著名物理学家开尔文认为,假定某一黑体物质,能够将落在其上的所有热量吸收,而没有损失,同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来的话,它便会因受到热力的高低而变成不同的颜色。例如,当黑体受到的热力相当于500—550℃时,就会变成暗红色,达到1050-1150℃时,[1] 就变成黄色,温度继续升高会呈现蓝色。光源的颜色成分与该黑体所受的热力温度是相对应的,任何光线的色温是相当于上述黑体散发出同样颜色时所受到的“温度”,这个温度就用来表示某种色光的特性以区别其它,这就是色温。打铁过程中,黑色的铁在炉温中逐渐变成红色,这便是黑体理论的最好例子。色温现象在日常生活中非常普遍,相信人们对它并不陌生。钨丝灯所发出的光由于色温较低表现为黄色调,不同的路灯也会发出不同颜色的光,天然气的火焰是蓝色的,原因是色温较高。正午阳光直射下的色温约为5600 K,阴天更接近室内色温3200K。日出或日落时的色温约为2000K,烛光的色温约为1000K。这时我们不难发现一个规律:色温越高,光色越偏蓝;色温越低则偏红。某一种色光比其它色光的色温高时,说明该色光比其它色光偏蓝,反之则偏红;同样,当一种色光比其它色光偏蓝时说明该色光的色温偏高,反之偏低。[1]

适应性 编辑

由于人眼具有独特的适应性,使我们有的时候不能发现色温的变化。比如在钨丝灯下呆久了,并不会觉
白平衡 白平衡
得钨丝灯下的白纸偏红,如果突然把日光灯改为钨丝灯照明,就会觉查到白纸的颜色偏红了,但这种感觉也只能够持续一会儿。摄像机的CCD并不能像人眼那样具有适应性,所以如果摄像机的色彩调整同景物照明的色温不一致就会发生偏色。那么什么是白平衡呢?白平衡就是针对不同色温条件下,通过调整摄像机内部的色彩电路使拍摄出来的影像抵消偏色,更接近人眼的视觉习惯。白平衡可以简单地理解为在任意色温条件下,摄像机镜头所拍摄的标准白色经过电路的调整,使之成像后仍然为白色。这是一种经常出现的情况,但不是全部,白平衡其实是通过摄像机内部的电路调整(改变蓝、绿、红三个CCD电平的平衡关系)使反射到镜头里的光线都呈现为消色。如果以偏红的色光来调整白平衡,那么该色光的影像就为消色,而其他色彩的景物就会偏蓝(补色关系)。[1]

工作原理 编辑

白平衡是一个很抽象的概念,最通俗的理解就是让白色所成的像依然为白色,如果白是白,那其他景物的影像就会接近人眼的色彩视觉习惯。调整白平衡的过程叫做白平衡调整,白平衡调整在前期设备上一般有三种方式:预置白平衡、手动白平衡调整和自动跟踪白平衡调整。通常按照白平衡调整的程序,推动白平衡的调整开关,白平衡调整电路开始工作,自动完成调校工作,并记录调校结果。如果掌握了白平衡的工作原理,那么使用起来会更加有的放矢,得心应手。[1]
白平衡是这样工作的
摄像机内部有三个CCD电子耦合元件,他们分别感受蓝色、绿色、红色的光线,在预置情况下这三个感光电路电子放大比例是相同的,为1:1:1的关系,白平衡的调整就是根据被调校的景物改变了这种比例关系。比如被调校景物的蓝、绿、红色光的比例关系是2:1:1(蓝光比例多,色温偏高),那么白平衡调整后的比例关系为1:2:2,调整后的电路放大比例中明显蓝的比例减少,增加了绿和红的比例,这样被调校景物通过白平衡调整电路到所拍摄的影像,蓝、绿、红的比例才会相同。也就是说如果被调校的白色偏一点蓝,那么白平衡调整就改变正常的比例关系减弱蓝电路的放大,同时增加绿和红的比例,使所成影像依然为白色。[1]
换一个思路来考虑白平衡调整的问题,摄像机在白平衡调整容度之内不会“拒绝”放在镜头前面的被调校景物,就是说镜头可以对着任何景物来调整白平衡。大多情况下使用白色的调白板(卡)来调整白平衡,是因为白色调白板(卡)可最有效地反映环境的色温,其实很多时候某种环境下白板(卡)并不是白色,多多少少会偏一点蓝或其它的颜色,经验丰富的摄像也会利用蓝天来调白平衡,从而得到偏红黄色调的画面。搞清楚白平衡的工作原理之后,再使用的时候就会大胆地尝试不同的效果,丰富了摄像创作。[1]
白平衡调整
在生活中日光的色温是不断变化的,可以说没有两个地方的色温会完全一样,不同的地域、季节、地面
白平衡 白平衡
环境、天气、早晚等等都会对色温造成影响,还有大量的人工光源,色温也不尽相同。摄像师调整白平衡的方法大体分粗调、精细调整和自动跟踪(ATW)三种:粗调指在预置情况下改变色温滤光片,使色温接近到3200K的出厂设置;精细调整是指在色温滤光片的配合下通过摄像机白平衡调整功能,针对特定环境色温得到一个更为精确的调整结果;自动跟踪是指依靠摄像机的自动跟踪功能(ATW),摄像机自身根据画面的色温变化随时调整。[1]
白平衡预置
以3200K色温条件下设置的蓝、绿、红感光平衡。当环境色温为3200K时,摄像机色温滤光片放置在3200K,景物可以得到正确的色彩还原;当环境色温为5600K时,摄像机色温滤光片放置在5600K,景物可以得到正确的色彩还原。当环境色温在3200K上下1000K和5600K上下1000K范围内,利用白平衡预置功能可以得到人眼可以接受的色彩还原,由于色温偏差不大,使拍摄出的画面呈现出细微的色彩变化。这有一个好处,不同的生活环境本身会由于环境色和照明差异的影响而色彩基调不同,如果到处调白会使不同的环境呈现单一白光照明的效果,而利用白平衡预置则可以保留这种丰富的色彩变化。[1]
一般精细调白的方法
在拍摄环境中以顺着拍摄方向的调白板(卡)来调整白平衡。这是一种普遍的情况,还有几种非常灵活的精细调白方法。利用一块透过性良好的标准白板,把它置于紧贴镜头的前面,在拍摄环境中对着光源照明方向或对着主拍摄方向来调整白平衡,专业的摄像机会给出一个色温读数,比如是5000K,如果希望拍摄还原正常的画面就以这个白平衡结果来拍摄。在摄像创作中,有时希望得到色彩偏差的画面来达到创作目的,这时可以利用任何景物来调整白平衡,被调白景物的色温同画面的色彩偏差呈补色关系,既以红色调白画面偏向青色,以绿色调白画面偏向品色,以兰色调白画面偏向黄色。白平衡自动跟踪功能(ATW)是随着镜头摄取景物的色温变化而时实调整,如果一个推镜头或摇镜头由于被摄景物的色温(镜头摄入景物的色温同环境照明色温是不同的)变化,会使画面在一个镜头内发生色彩变化。如镜头由人物全景推近脸部特写,因为景别的变化摄入镜头的色温会不同,画面中人物的肤色也就会发生变化,所以非特殊情况不建议使用该模式。[1]

解析 编辑

那么什么是“白平衡”呢?这必须先说明什么是白色,物体反射出的光彩颜色视光源的色彩而定,人类的眼睛之所以把一些物体看成白色的是因为人的大脑可以侦测并且更正像这样的色彩改变,因此不论在阳光、阴霾的天气、室内或荧光下,人们所看到的白色物体颜色依旧。人眼可以进行自我适应,但是数码摄像机就不具有这么智能的功能了,这是由于CCD感光元件本身没有这种适应功能,为了贴近人的视觉标准,数码摄像机就必须模仿人类大脑并根据光线来调整色彩,也就是需要自动或手动调整白平衡来达到令人满意的色彩,数码摄像机的白平衡感测器一般位于镜头的下面,可以自动的感知周围环境,从而调整色彩的平衡,这一对数码摄像机输出的信号进行一定修正的过程就叫做白平衡的调整。 掌握白平衡的调节,就可以拍摄出真实的色彩画面。市场上出售的所有数码摄像机都具有了自动调整白平衡功能,使用起来比较方便。某些型号的数码摄像机同时还具有手动白平衡调整,手动调整的精确程度要胜过自动调整,而且一般还都配备了一些预置好的模式,例如阴天、晴天、荧光灯等,可以根据使用环境来进行调整,相对来说方便一些。 由于不同的光照条件的光谱特性不同,拍出的照片常常会偏色,例如,在日光灯下会偏蓝、在白炽灯下会偏黄等。为了消除或减轻这种色偏,数码相机摄像机可根据不同的光线条件调节色彩设置,以使照片颜色尽量不失真,使颜色还原正常。因为这种调节常常以白色为基准,故称白平衡。[1]
白平衡调整是摄像的基本功,更是一个重要的创作手段。在清楚了原理之后,活学活用才会应用自如,在实践中不断摸索一定会有所收获。[1]

调节 编辑

白平衡英文名称为White Balance。物体颜色会因投射光线颜色产生改变,在不同光线的场合下拍摄出的照片会有不同的色温。例如以钨丝灯(电灯泡)照明的环境拍出的照片可能偏黄,一般来说,CCD没有办法像人眼一样会自动修正光线的改变。[1]
图片采用自然光,强加白平衡后,图像偏蓝。若在灯光底下用白平衡,图片的色调就会恢复到原色状态,白平衡会按画像中图像特质,立即调整整个图像红绿蓝三色的强度,以修正外部光线所造成的误差。有些相机除了设计自动白平衡或特定色温白平衡功能外,也提供手动白平衡调整[1]
平衡就是无论环境光线如何,让数码相机默认“白色”,就是让他能认出白色,而平衡其他颜色在有色光线下的色调。颜色实质上就是对光线的解释,在正常光线下看起来是白颜色的东西在较暗的光线下看起来可能就不是白色,还有荧光灯下的"白"也是"非白"。对于这一切如果能调整白平衡,则在所得到的照片中就能正确地以"白"为基色来还原其他颜色。大多数的商用级数码相机均提供白平衡调节功能。正如前面提到的白平衡与周围光线密切相关,因而,启动白平衡功能时闪光灯的使用就要受到限制,否则环境光的变化会使得白平衡失效或干扰正常的白平衡。一般白平衡有多种模式,适应不同的场景拍摄,如:自动白平衡、钨光白平衡、荧光白平衡、室内白平衡、手动调节。[1]

自动白平衡

自动白平衡通常为数码相机的默认设置,相机中有一结构复杂的矩形图,它可决定画面中的白平衡基准点,以此来达到白平衡调校。这种自动白平衡的准确率是非常高的,但是在光线下拍摄时,效果较差,而在多云天气下,许多自动白平衡系统的效果极差,它可能会导致偏蓝。[1]

钨光白平衡

钨光白平衡也称为“白炽光”或者“室内光”。设置一般用于由灯泡照明的环境中(如家中)当相机的白平衡系统知道将不用闪光灯在这种环境中拍摄时,它就会开始决定白平衡的位置,不使用闪光灯在室内拍照时,一定要使用这个设置。[1]

荧光白平衡

适合在荧光灯下作白平衡调节,因为荧光的类型有很多种,如冷白和暖白,因而有些相机不只一种荧光白平衡调节。各个地方使用的荧光灯不同,因而“荧光”设置也不一样,摄影师必须确定照明是哪种“荧光”,使相机进行效果最佳的白平衡设置。在所有的设置当中,“荧光”设置是最难决定的,例如有一些办公室和学校里使用多种荧光类型的组合,这里的“荧光”设置就非常难以处理了,最好的办法就是“试拍”了。[1]

显微摄影

在显微镜下,当不同色温的光源照射在样品上时,CCD会呈现不同的颜色。这是因为在不同的光线下,由于CCD彩色信号输出的不平衡性,造成CCD彩色还原失真。作为显微摄像头的默认设置,自动白平衡通过一张结构复杂的矩形图,来决定画面中的白平衡基准点,以此来达到白平衡调校。但作为某些特殊情况,还需要通过手动白平衡,区域白平衡的方法来防止偏色,主要的方法是把显微镜的物镜移动到载玻片的样品以外的区域。[1]

室内白平衡

室内白平衡或称为多云、阴天白平衡,适合把昏暗处的光线调置原色状态。并不是所有的数码相机都有这种白平衡设置,一般来说,白平衡系统在室外情况时处于最优状态,无需这些设置。但有些制造商在相机上添加了这些特别的白平衡设置,这些白平衡的使用依相机的不同而不同。[1]

手动调节

这种白平衡在不同地方有各不相同的名称,它们描述的是某些普通灯光情况下的白平衡设置。一般来说,用户需要给相机指出白平衡的基准点,即在画面中哪一个“白色”物体作为白点。但问题是什么是“白色”,譬如不同的白纸会有不同的白色,有些白纸可能稍微偏黄些,有些白纸可能稍稍偏白,而且光线会影响我们对“白色”色感,那么怎样确定“真正的白色”?解决这种问题的一种方法是随身携带一张标准的白色的纸,拍摄时拿出来比较一下被摄体就行了。这个方法的效果非常好,那么在室内拍摄中很难决定此种设置时,不妨根据“参照”白纸设置白平衡。在没有白纸的时候,让相机对准眼球认为是白色的物体进行调节。[1]

效果对比 编辑

选择数码相机上的手动白平衡方式[1]
大家都知道要获得最准确的白平衡,可以选择数码相机上的手动白平衡方式,让相机根据参照物在光源下的色温,来决定如何准确还原。手动白平衡功能,基本上都采用一个色彩中性的物体作基准,如标准灰、标准白色的参照物。从原理上讲,只要参照物不带任何偏色,就可以让相机得到最好的基准数据,获得最佳白平衡还原。[1]
基于这个原理,很多用户使用手动白平衡(或叫自定义白平衡)时,会选择一些随手可见的如白纸一张,就可以得到一定的白平衡校正效果。一般要求不是严格的用户会这样使用。而一些要求较高的用户,就会选择标准的灰板作为基准参照物。如柯达专业灰卡(18%度灰),它的灰色一面用于标准测光之用,另一面是标准白色,用于白平衡校正。很多影楼、专业用户都有使用灰卡,摄像行业的用户也一样有使用。[1]

从原理上讲

灰卡的灰色一面也可用于白平衡校正,因为它没有带有其它色彩,甚至有相当一部份人认为用灰色一面效果才是最好的。为了验证究竟采用什么作为基准,会让校正白平衡有最好的表现,于是就计划了下面这个简单的测试。选择一块柯达公司标准的灰卡,一张很极新的白色复印纸,一张存放稍长时间的白色复印纸,作为一个对比,看看专业灰卡(白色与灰色)与常见用户随手使用的白纸到底会存在什么差别,当中配以相机的自动白平衡、固定模式白平衡作参考。[1]

过程如下

使用常见的非专业标准光源。这次使用室内使用的暖色调荧光灯,与标准光源区别较大,可以得到明显的对比效果。器材选用 CANON G3 DC,因它有两组定义白平衡功能,可以分别贮存两组数据,使用方便。分别用灰卡、白卡(灰卡背面)、新的白纸、旧的白纸、自动白平衡、荧光灯模式白平衡拍摄。拍摄时先使用灰卡测光,使用 M 档固定曝光量,每张照片都使用这个值拍摄。被摄体背景面放有柯达灰卡的白色一面,作为判断色准之用。使用标准灰卡测光,作为背景的白卡在线性曝光范围内,即没有发生色阶溢出,不会影响判断的准确度。每张照片均在 PS 中使用色标功能判断色彩值。[1]

实拍对比

可以看出采用灰卡白色一面作为手动白平衡基准的照片,色彩最准确,白卡在任何一个地方使用色标都显示三色相同的色值。反而灰卡的表现不佳,色彩偏蓝,显示较冷的色调。而很多人都使用的白纸(多数人喜欢用复印纸,因为显得较白)偏向冷色调,其实这种纸含有很多漂白成份,与白卡一对比,明显偏蓝。有趣的是另一张放置了一长段时间的白色复印纸,竟达到了灰卡标准白色一样的效果,白平衡极准。原因是纸放久了多会发黄,而凑巧纠正了自身的偏蓝。余下两个机内白平衡不说也罢了,这样特殊的光源下不可能很好地还原的。[1]
简单的对比,大家可以知道,要好的白平衡还原,作为基准的参照物相当重要。一直以来作为标准的灰卡,并未得到最好的效果,看来,灰卡还是作为自身测光功能就好了。白平衡就用它背面的白卡吧,会为你带来最好的效果。大家常见的白纸并不可靠,要求不严还可以用用。当然你能哪么巧得到一张与白卡一样的白纸,你也可以省下几十块钱,看你运气好不好了![1]

应用 编辑

在传统摄影里几乎没有这个概念。所谓白平衡,就是在不同的光线条件下,调整好红、绿、蓝三原色的比例,使其混合后成为白色。使摄影系统能在不同的光照条件下得到准确的色彩还原。应当讲这就如我们人眼一样可在不同的色光下辨别固有色。这就如用滤色片校色一样。只是数码相机不是依靠换用滤色片来调整色温,而是利用电路改变不同色光所产生的电信号增益的方法来实现。[1]
数码相机白平衡的调整通常有三种模式;自动白平衡,分档设定白平衡,精确设定白平衡(手动设定模式)。不同的相机设有不同调节白平衡的方式。一般的普及型的数码相机大都采用自动白平衡。准专业数码相机大都设有分档设定白平衡。专业的数码相机设有精确白平衡(手动设定模式)。专业数码相机这三种模式的白平衡都拥有,准专业数码相机拥有自动和分档设定白平衡。可根据使用者的不同需要而选用。[1]
自动白平衡,是依赖数码相机里的测色温系统,测出红光和蓝光的相对比例。再依据次数据调整曝光,产生红、绿、蓝电信号的增益。自动白平衡最大的优势是;简单快洁。但有时按它的调整拍摄离准确的色彩还原还相距甚远。有时它还会帮倒忙。分档设定白平衡,是按光源种类分和色温值分两类。大多数数码相机都是按光源种类分的这类。在相机上分别设有日光、阴天、日光灯、白炽灯、闪光灯的图标档位。拍摄时只需将拍摄时的光源种类和相机上的白平衡档位相吻合就可拍出较为准确的色彩。但由于分设档位少,分设档位的精度不高,在一些特殊光照条件下拍摄就不能准确的记录色彩。按色温分类的白平衡,理论上讲其精度要高于按光源种类分档。但它要求使用者要记住各种光源的色温值,这就给使用者带来极大的麻烦。故用此分档白平衡的相机较少。[1]
精确白平衡(手动设定模式),是在拍摄现场光的条件下,用白纸或白色物体充满镜头视野进行白平衡调节。经过这样的调试再拍摄,记录的色彩将是非常准确的这是目前最准确的白平衡调节方式。白平衡的功能给我们摄影带来了许多的便利和意想不到的效果。如摄影棚摄影对灯光的色温要求就可不必那么高。白炽灯下依然可拍出准确的色彩。也不必为日光灯给我们带来的青色而烦恼。我们可以在较高色温条件下设定白平衡,在较低色温情况下拍摄,使画面带上暖色调。反之,也可在低色温条件下设定,在高色温下拍摄也可产生特别的效果。在分档设定白平衡里,也可有意的将光源档与现场光设定不一致,亦可同样的产生不同的艺术效果[1]
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参考资料
  • 1. 孙余凯.《彩色电视机白平衡自动调整系统和方法》:电子工业出版社,2010
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