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    《自動白平衡基本原理與應用實例看圖說話》

     柳灞牧笛 2012-04-13
    文章必要的申明:
    本文是在收到《色影無忌》器材版主GGYY于2008-09-08 15:22發給我的關于D700的使用心得的約稿短信后測試編寫的,由于我注意看到短信時約稿時間已過,因此有必要認真測試使用一段時間來驗證器材的性能,所以特意開了這個測試帖子補上。如有使用D700的影友在自動白平衡的表現上有差別,純屬個別案例,與老編此文的大量實際使用和測試結果無關。本文是純技術性文章。
    請轉載本文者注明作者及文章來源于《色影無忌》,本帖內容系個人觀點,非官網色影無忌觀點,特此申明。

    注意:
    本帖是以尼康數碼單反相機為測試,由于尼康用一片1005像素的CCD作為各種測光,包括先進的RGB 3D矩陣測光,多點白平衡檢測等用途,所以白平衡還原的顏色比較準。各相機廠家有自己的自動白平衡檢測技術和計算方法,功能不盡相同,所以本帖的測試結果并不能做為衡量其它型號相機自動白平衡的標準。
    《實用數碼攝影進階--一棵泡菜的學習總結》 作者:慎之
    文章摘要
    準確設定白平衡
    白平衡,簡單地說就是拍攝現場中標準白色的再現情況。如果白色被精確還原表現,其它顏色也會被精確地還原--因為白色是由其它顏色組成的。
    傳統攝影需要根據拍攝現場的光線來決定采用何種類型白平衡的膠片,如日光型還是燈光型等。數碼攝影在拍攝時,首要考慮的問題也是白平衡的設定問題。許多人認為,如果用RAW格式拍攝,照片的白平衡事后是可以調整好的。需要指出,這是一個錯誤概念。
    拍攝時白平衡偏差太大,在很多情況下,事后是無法糾正回來的,尤其是復雜光線的情況下。因此,如同傳統攝影事先選擇膠片一樣,數碼攝影到達拍攝現場的首要工作也應是確定白平衡。
    設定白平衡的若干方法
    1、依賴機器的自動白平衡功能。我的經驗,根據現場情況選用機器的其它白平衡設定,如燈光或者日光,白平衡都不很準確,往往還不如自動白平衡效果來得好。在對白平衡設定沒有太多經驗的情況下,自動白平衡可以應付絕大數的場合,使用RAW拍攝時,事后也有相當的調整余地。佳能1系列的機器,自動白平衡功能比其它系列要更為精確一些。
    小竅門:日出、日落的拍攝可以設定機器的白平衡為“多云”,色彩將更為濃郁;而用“熒光燈”模式拍攝夜景,天空將不再發紅發黃而是呈獻為某種深蘭。(當然,這些也可以事后用RAW來調整)。

    柯納:
    “從這個圖可以看到場景識別系統就是把1005像素CCD獲取的信息不僅提供給AE(自動測光)系統而且還提供給AF(自動對焦)系統和AWB(自動白平衡)系統”。

    資料來源,柯納的技術文章:《點評D300》 作者:柯納
    相關技術文章:《點評D3》 作者:柯納
    《點評D700》 作者:柯納

    這里就以尼康數碼單反相機為例,說明自動白平衡的基本原理功能與特點1005像素CCD傳感器位于單反相機45°反光鏡下,這塊傳感器除了擔任自動測光和RGB 3D測光外,還肩負著多點捕獲檢測白點為白平衡服務的功能,為證明這個原理,筆者做了大量的測試拍攝,請看拍攝測試測試結果:相機:D700 自動白平衡設置拍攝光線:馬路鈉光燈以及各種復雜光線環境從照片上看出,傳感器捕獲采樣白點或黑點為平衡的精確性是不容置疑的,即:為了真實再現鈉光環境光的顏色,相機在畫面中多點找尋所有相對平衡的RGB值再經過綜合計算,因此無論環境中光線多復雜,實際測試拍攝到的照片效果都非常接近人眼所見的實際顏色。

    自動白平衡測試片例


    自定義白平衡測試片例
    鈉光與鎢絲燈色溫基本相似,從RAW格式文件解碼后,在PS3軟件上顯示大概色溫在3000-3300K之間。因此為了驗證鈉光燈白平衡,我將D700白平衡設置在“鎢絲燈”選項上拍攝了同一場景,結果表明白熾燈白平衡設置并未將鈉光平衡成白色,反到將本應是白色的光源偏色成青藍色,樹葉雖然綠了,但是已經嚴重脫離人眼在現場看到的顏色。


    不喜歡用自動自動白平衡的人認為,在某些色溫復雜的場景內不知道自動到底跟隨什么顏色,其實在這種環境里我們也并不知道所處環境里到底自定義那種白平衡才能忠實還原現場色溫下看到的顏色,如果自定義以主光為參照搞不好反而壞了大事。別以為自定義白平衡的色彩還原就很準。因為我們憑環境光照射到白紙上來自定義,等于有違了人眼所見現場的實際顏色。在那些現場光線含混不清的情況下如何用白板定義色溫,尤其是舞臺場景里色光紛亂混合屬于泛色溫,又以何顏色的光線來自定義白平衡?再復雜的舞臺光線里總有白色或者近白色吧,即使沒有白色黑色總有吧,這些都是傳感器特征提取點測捕捉的依據。所以,拍攝舞臺、T臺等混合色光復雜的片子,我建議應該選擇自動白平衡!看下片例:
    片例1說明:該片小女孩的白色內衣或黑色被自動白平衡捕獲取為中性色參照,因此白衣服還原真實了,其它的顏色就是綜合計算后得到的現場大環境的實際色彩。如果用自定義白平衡,小女孩頭發上的高光將變成白色,襯衣也會變成藍色,整個環境的色溫時間段也會改變,照片就假了。


    片例2說明:夜,百貨攤。主光源:鹵素鎢絲燈和白熾路燈,貨架下有白色熒光燈,因此點測以此為平衡依據,照片色彩還原同眼睛看到的一致。


    片例3說明:夜,街頭邊。主光源鈉燈,環境里有熒光燈,摩托的紅色轉閃和白色頻閃燈混合光源,自動白平衡檢測到白色平衡后的表現,與現場眼睛看到的相符。

    片例4,原理同上,白色表現準確,大環境主光源鈉燈照射的顏色就是眼睛看到的顏色,很準。


    片例5說明:直接對發光光源的測試拍攝。主光源(最高強度)是RGB霓虹燈,旁有鎢絲串燈,上有室內熒光燈,我們可以領略一下自動白平衡的檢測能力,很準。


    理解自動白平衡
    一般都認為,自定義白平衡最準,其實這要看所用光源了。你若在馬路鈉光燈下用白紙自定義那就會失誤,因為橙黃色的鈉光燈被你自定義變成了白色,其它物體的顏色肯定會變成鬼藍魔綠色!而相機的自動白平衡是以“點測白光”工作的,而且具有提取白點中RGB三色參數最接近平衡的點為依據的智能平衡,即使環境中混合色光成份很復雜,但多點區域內“點檢測”捕捉白點的功能是傳統價格昂貴的專業“泛色溫”(平均模糊法)色溫表所做不到的。需要說明的是,傳統色溫表或者用白平衡濾鏡,以及白紙灰板的自定義測量,它們只對單一相對固定的光源色溫起作用,比如陰天、陽光天的某一時段,影室固定燈光、閃光燈等,在混合光下用白板定義并不準確。

    極端色溫反差與自動白平衡的智能糾偏及出錯
    本帖看到此處,可能有人會提出,上面那些片例中熒光燈色溫并不是純白色,為什么照片上白色比較準,整體顏色還原也基本準確?我們把這個問題展開如下。
    先請看下:尼康數碼單反相機自動白平衡范圍(默認):3500-8000°K各種光源的基本色溫值(來源:尼康數碼相機說明書):
    白熾燈:3000°K
    熒光燈:
    1、納氣燈:2700°K
    暖白熒光燈:3000°K
    白色熒光燈:3700°K
    冷白熒光燈:4200°K
    日光白熒光燈:5000°K
    日光色熒光燈:6500°K
    高壓汞氣燈:7200°K
    閃光燈:5400°K
    直射陽光:5200°K
    陰天:6000°K
    陰影:8000°K(近紫外線邊緣)

    下面的片例大環境主光是馬路鈉燈,外圍有其它光源,樹下是公交站的熒光燈廣告燈箱,遠處漫射的是高壓汞燈照明光,色溫非常復雜。但是照片顯示的顏色卻基本符合大環境的主色調,雖然產生了極端色溫的反差,但近白色和黑色依舊存在,我們從樹后隱約可見的樓房和電線桿上的廣告條幅上找到了近似于白色的顏色,而且也找到了更白色的顏色。


    OK,現在讓我們把問題回到各種燈的色溫上來分析。我們知道陽光天氣里陰影的色溫是8000°K接近紫外邊緣,超出人眼可見光范圍,但相機把它形成了人眼看的見陰影藍,這個“陰影”白平衡設置就是給用戶用來消除陰影藍用的。一般在陽光天使用自動白平衡時,相機以捕獲場景中的白點平衡色彩的,場景中的建筑等其它物體一定有白色、近白色或RGB參數接近平衡的物體,這些近乎中性色既是相機自動白平衡計算的參照基準,所以照片的顏色當然就很準,而人眼看不見的陰影高色溫也就被機器記錄并用藍色顯現了出來。這就是自動白平衡的錯。

    此片例中的青藍色,實際上按上面的色溫參數看,鈉光:2700°K,日光色熒光燈:6500°K(估計廣告燈箱用此色溫的燈管),高壓汞氣燈:7200°K。我在現場拍攝時眼睛的感覺公交站的廣告燈箱是白色。按上述燈光的色溫分析,主光源鈉光的色溫2700°K與樹后漫射的高壓氣燈:7200°K,形成極端的色溫反差,最終將接近陰影的色溫反映出青藍色來,由于中間還有夜幕的黑色和車燈等光源,最終自動白平衡將中間色折衷為近白色,這可能就是自動白平衡的智能在起作用,它在無的適從中形成了富有“藝術”感的色彩。我想,這可能就是雪景陰影高反差色溫形成的原因。按照直射陽光色溫5200°K與陰影色溫8000°K來看陰影藍的形成,上述分析是符合此物理規律的。

    分析到這里問題又出來了,上面片例2的百貨攤中那盞熒光燈到底多少色溫,不得而知,但是白色還原的比較準。白熾燈色溫是3000°K,這里我們把那盞熒光燈假設為冷白4200°K來分析一下。
    顯然,主光源是低色溫的鎢絲燈,自動白平衡參照它不準。那盞冷白熒光燈4200°K的色溫顯然要比白熾燈色溫3000°K高很多,加上黑暗的中性色的RGB平衡比白熾燈準很多,這就可以理解自動白平衡是以白色或近中性為點測原理的根據了。也即:場景中哪個顏色更接近RGB=1:1:1平衡,就以哪個做為確定平衡的參照,如果場景里沒有RGB=1:1:1的白色點(光),自動白平衡則以接近中性色的物體或近乎平衡的暗部為參照,經過計算把它折中為中間色白色,以便把產生色偏的可能降低到最低程度。例如片例3的插圖二所示。
    其實我們人眼與大腦的協同,就是以白色與黑色的對比作為參照來辨別顏色的,稱謂“生理白平衡”(生理校色吧),比如陽光下的純白紙和鎢絲燈下的白紙。我們看著都是白色,后者雖然在其它光源比照下有黃的感覺,但畢竟常識印象讓我們知道它應該是白的,因此近白色也就被人腦認為是“白”了。
    尼康單反相機的自動白平衡有模擬人眼識色的功能,但是相機畢竟是物理性質的光學記錄儀器,它能夠看到人眼可見光以外的紫外藍,但它不能精確“校色”。因此攝影后期就有必要糾正去除掉機器記錄到的顏色,例如色溫為8000°K時產生的紫外陰影藍。

    如何解決早晨和旁晚,本應是低色溫時段照片上卻硬生生的出現陰影藍呢,下面片例告訴我們,使用“陰影”白平衡設置效果很好!原理:
    太陽尚無照射到大地,雖然天已經大亮,但此時大地的色溫正是一個大環境的陰影,色溫是“陰影”8000°K,當然選擇“陰影”白平衡拍照才正確,只有這樣才能忠實的再現日出日落前后的真實景色色調,灰色的建筑就不會顯現出藍色了。





    我對固有色的理解
    所謂固有色是我的理解是,在標準日光色溫5200K或與此上下有差異的“白光源”(例如5400K色溫的閃光燈、6500K色溫的日光燈、6000K色溫的陰天等等)下白平衡準確時正常人眼看到的,即:客觀的顏色,也叫記憶色,此時既是物體的“固有”的顏色。如果環境里有很多種顏色的光線,物體的固有色只在白平衡找準的那個區域顯示出來,其它被色光干擾了的物體上的顏色就是環境色的顏色,那就不是固有色。應該叫光色或者叫色溫反差色,此現象在相機感應上比人眼所見夸張得多(見本帖上面的片例)。
    固有色片例見下:

    “固有色”是相機廠商或專業人士經常用來測試產品色彩真實還原的重要手段!
    機型:Canon EOS-1D Mark III的色彩還原樣片(原照來源http://www.)

    機型:Nikon D700閃光燈光源的色彩還原樣片


    在標準光源下測試的色彩還原是檢驗相機的科學方法,這個測試如果過關,相機才能比較準的記錄和還原其它復雜光源環境里的顏色。另外,我對人眼看色“恒常性”的理解是,既然照片中有白色,說明相機白平衡檢測計算的結果是準的,余下的被認為是偏色的顏色,可以理解為下:
    1、片中有白或黑(非過溢的RGB)說明白平衡正確。
    2、在上述條件下,你看到的其它“偏色”即是大環境的真實色溫表現,包括灰色物體上的色偏。
    3、我認為人眼的所謂“恒常性”是建立在白與黑的參照基礎上的,因為大腦參與了眼睛的白平衡過程,而且生理印象很頑固,所以人眼的生理白平衡并不能平衡顯示器上的固定顏色的照片,而顯示器上照片的顏色本身已經被RGB點陣濃縮了(相紙照片或打印、出版物類同),它們的色彩密度雖小但色度要比自然物質粒靠反射色光的色度要強得多的多。這樣,人眼始終都會覺得照片上稍有一點偏色就覺得很別扭,但又無奈用生理白平衡去糾正它。我認為“恒常性”的實質也在于此,因此后期校色就顯得非常重要,當我們把照片上那些覺得別扭的顏色去除掉后,白色與黑色基本到位了,眼睛看著就順當的多。事實告訴我們,即使是把照片上不該校掉的現場色溫調子去除掉,最后的出片仍很愉悅眼睛!起碼看著比“偏色”的照片通透靚麗的多。同時這樣的照片存放久了也不會因氧化發黃的那么快,何樂而不為呢?再說了,這樣的照片在大多光線環境下觀賞,也正符合人眼生理白平衡的習慣。

    切記一個常識
    無論光線色溫有多么標準,數碼相機的白平衡設置有多平衡,只要是相機拍攝的數碼照片中是找不到大面積的絕對平衡(個別像素級可能會有絕對的中性灰),哪怕拍攝環境中有一絲墻壁和有色物體等反射光,照片中就會出現色干擾。一般來說,一張照片是否顏色還原準確,只要要看它的白、灰、黑的基本平衡,整體色彩沒有明顯的顏色傾向即是不偏色的照片。凡是在照片上找絕對平衡的中性色,或者吹毛求疵的在微妙色調上摳顏色的舉動都很愚蠢幼稚!這里說明一下,“絕對色”是指圖像中大面積色塊的絕對值,例如在一些圖像軟件中用填充色方式形成的色塊點陣圖或矢量量圖形概念較真的,都屬鉆牛角者。

    ◆自動白平衡大塊純色物體充滿鏡頭的測試◆
    D3s相機,光模式M,1/1000秒,光圈f4,RAW格式拍攝。(有EXIF信息的大圖見259-260和288-289樓)。從RAW解碼參數的色溫數據上看兩片子的紅色基本一致不可能完全一致,因為這是自動白平衡),但兩張照片在RAW解碼“基本”項中的“色調”參數有少許偏差(拍攝環境為10公分玻璃封閉式陽臺內,暗灰陰暗處有玻璃的綠色放映)這個參數是相機內部計算給出的色調補償值其差異用戶不能在前期控制。我們可以看到“色調”條中的顏色正好是綠色與品紅色,它們是互補色關系且正好處在紅色與藍色之間。從三基色原理圖上看,這個“色調”補償具有混色功能,即無論“色調”往正向(品紅M)或負向(綠G)移動都能將RGB三基色和CMY三補色混色色調全部牽動改變,正所謂牽一毫則動千斤,也正因有這個補償才有可能讓兩照片的單色差異縮小。

    做這個實驗的目的是對以往人們對單色充滿鏡頭畫面和只占鏡頭畫面一角時“自動白平衡在同樣光照下自動出了兩個不同的色彩”的認識取得一個客觀直覺上的驗證。同時也對自動白平衡靠白點基準采樣認識的挑戰。目前雖有一些關于自動白平衡機理的說法,即“猜色”說和“白點基準”說,其實都離不開相機內部計算的綜合白平衡結果。但這兩個說法(猜想)我們都不可妄加否定或絕對肯定,我想兩種機制都會存在。呈現在照片上的色調是自動白平衡算出來的這沒錯,但自動白平衡怎么算,拿啥做基準參照去算呢?我想尼康相機的“場景識別”功能除了白點(中性)識別外一定還有更先進的預置色溫參數對應RGB,由傳感器電平比例分析對照計算白平衡的技術,我信。

    有EXIF信息的大圖見288-289樓

    單色充滿鏡頭畫面的自動白平衡的無端“猜色”與“色溫砝碼”基準參照如是說
    既然有人說到了“猜色”那我也大膽“猜”想一下:在鏡頭充滿單色時相機的自動白平衡色彩還原為何仍比較準,而且并沒有發生以往認識中的巨大差異?我的理解是,純色時相機傳感器中的RGB必定有兩種成色單元會變成色盲或色弱,例如紅光(R)環境下傳感器的GB(綠、藍)電平截止或處于低電平反應遲鈍.....色盲了,此時R處于導通狀態有較高的電平,比如這樣RGB=1:0:0(見上圖實驗例:R=148, G=0, B=21,或GB處于截止臨界點附近,故三基色平衡總量中缺少了兩位平衡元素或者是說有兩位數值不夠高。呈現在RAW格式照片上的色溫和色調是相機自動白平衡算出來的這沒錯,但如果相機廠家真是用了先進的傳感器RGB電平比例計算法的話,那這種模式的自動白平衡怎么算,拿啥做基準參照去算呢?我認為除了白點和暗黑為基準的特征提取采樣外,RGB電平比例特征提取的算法應該成立,比如按砝碼《色溫與RGB參數對照表》這個已知參數的數據庫資源作為相機白平衡或RAW解碼軟件的參照并不是沒有可能!(一段截圖)

    這里引用網友spot的一段“猜色”說來看看:
    spot 發表于 2012-2-2 05:34
    實際物體本身的色彩是基本平衡的,是指你畫面里的那些物體在白光下的RGB總量基本相等。你畫面的主要面積物體是白墻,再加上其他各種色彩,總量當然是基本平衡的。也就是說,相機只要分析場景圖像的RGB分布,結合物體本身色彩平衡的基本假設,就能猜出光源色彩,從而完成自動白平衡處理。

    但是,當場景中的物體本身色彩有嚴重偏移(比如就一塊大紅布),又沒有相機預先編程能識別的物體,相機怎么猜呢?到底是一塊紅布照的白光呢,還是一塊白布照的紅光呢?

    如果將這種復雜的RGB色光混合比例的數學計算過程謂之為“猜色”我認為太牽強了!“物體在單一色光下RGB本身的色彩是基本平衡的”這種話是超級外行說的!色光源都RGB=255:51:0了何以平衡啊?!常識:求平衡必須建立在A和B互為參照比較獲得等同一致了才能平衡嘛——世上有個衡器叫天平,砝碼是干啥用的?是不是。何況這還是三種顏色都要平衡的白平衡要求。連古人都知道用蠶絲直徑做基準參照制定尺子的刻度嘛,試想一下行進中的汽車沒有了周遭的靜止參照物,那汽車的里程速如何測算出來,難道不是測是蒙和猜啊?!
    下圖是《色溫與RGB參數對照表》的一個“色溫參數對照RGB參數”(純單光源)和老編實際在單色光源環境拍攝的色彩還原照片測試圖例。測試表明尼康高端單反數碼相機不單是采用一種白平衡識別技術,而且還有更為先進的白平衡識別技術:


    關于相機怎么識別“到底是一塊紅布照的白光呢,還是一塊白布照的紅光”的問題,本身這個提法就有問題。這里我們必須先把攝影的概念搞清楚了再說,攝影記錄影像色彩的目的本來就是一個模擬人眼所見色彩的過程,甭管相機記錄到的色彩“到底是一塊紅布照的白光呢,還是一塊白布照的紅光呢” 只要拍攝現場是啥顏色照片就應該反映啥顏色嘛,我們完全沒必要在乎“到底是一塊紅布照的白光呢,還是一塊白布照的紅光”。無論是哪種情況,都是按色光的物理規律成像的。即白光照射到紅布上,綠色和藍色光被吸收只反射出紅光;反之,白紙被紅光照射當然只能反射紅光了,何況純單色光因缺少RGB的另外兩個重要元素(在傳感器上電平被截止為0了),故根據三基色RGB與三補色CMY混出全色的原理:單色光照射或顏料涂在任到何物體上只能反映出單色來,是不是。除非你是躲開三基色混色這個物理上的前提拿一張單色光的照片來較真,或者你用白板自定義將上面那張單色紅光照片給“白平衡”了看看是啥顏色?我來告訴你吧,鐵定會變成黑白照片!紅光硬生生被你改成了白光嘛,那還能叫攝影記錄色彩?

    顧名思義“猜”就是假想,沒有科學數據上的依據那就是假說,這絕對不是尼康科技的思想。連我都想到了利用已知的色溫砝碼《色溫與RGB參數對照表》為參照作為自動白平衡的計算依據嘛。其實此方法不難,比如將砝碼《色溫與RGB參數對照表》中的數據預置入相機的自動白平衡識別檢測計算系統內,當1005像素的場景識別系統CCD識別系統感受到不同比例的RGB色光信息后會產生電平上的差異,從而形成數據上的比例差,系統便自動將預置色溫砝碼參數調出來進行比較運算,如果傳感器的RGB三個單元的感知比例中哪一組接近或吻合對應到某預置色溫參數上,相機就自動將對應與其砝碼的色度坐標、伽瑪等參數映射轉換成白平衡參數,然后進行準確的影像色彩記錄(What color is a blackbody? — some pixel RGB values),唯有這種方法相機才有可能感知在單一顏色充滿鏡頭時色彩還原應該用的白平衡參數。

    綜上所述,數學是成就科學技術發展的根基,狂想也得有點科學根據吧。所以我毅然認為尼康的場景識別系統是用了白點采樣加RGB電平比例綜合分析這個算法,而要做到RGB電平比例數據作為自動白平衡參照基準的分析計算方法,在技術上說應該不難。退一步說,即使單色充滿畫面的白平衡再難,但鏡頭與物體還是存在一段泛光入鏡的距離,我想尼康絕不會放過任何一種白平衡識別方法。
    由于尼康高端單反相機的自動白平衡詳細機理廠家并無透露,但根據首帖(圖1)廠家公布的簡單圖解我們不難看出白點基準特征提取的基本原理。加之我這些實驗至少從側面驗證了D3、D300、D700和D3s的自動白平衡設計似乎具有預置色溫參數對照映射RGB白平衡的功能,如果真的有此功能的話那尼康單反相機就具有“被動式色溫計”功能的,只是用戶只能在RAW解碼軟件上讀到,在相機上無法讀到而已,因為照片需要用“色溫砝碼”換算出某場景里的白平衡效果,沒必要知道具體色溫是多少。我認為RAW解碼軟件里都有可能預置了砝碼《色溫與RGB參數對照表》以便在后期對應相機的RGB白平衡參數再轉換成色溫參數讓用戶能夠讀取照片的色溫信息。我還堅信根據砝碼《色溫與RGB參數對照表》提供的數據廠家要制作一種以CCD為傳感器轉換成數字顯示的色溫計并不是一件很難的事情。總之尼康相機的白平衡做的不錯,其算法尊重了人眼所見色,色彩還原的渲染和夸張成分極少,相信尼康D4和D800新的“先進白平衡算法”91000像素的智能場景識別系統的功能會更為強大,我信!


    ◆自定義白平衡參數驗證檢測篇◆
    自定義(手動)白平衡色彩還原數據檢測1:(網友spot出題用權威專業網站http://www.的一張預設白平衡拍攝的色卡照片做測試,圖上的RGB參數由老編在RAW解碼軟件里檢測)。
    spot 發表于 2012-2-3 09:17
    如果不使用自動白平衡,使用手動設置白平衡,那么相同光照和相同曝光下,相機輸出圖像的色彩就應該是一樣的

    老編注:人眼對暗處的平衡在視覺上較遲鈍,故白平衡正確或校色的照片沒必要去較真。而中亮部分是靠顏色的相互對比在視覺上達到平衡的,當然也包含RGB數據盡量接近平衡的中性色(出題者認為自定義白平衡參數是絕對平衡的)。通過檢測試驗更加證明了實際照片的參數只要整體視覺感受不別扭無明顯色差變異即可,并不要求中性色的絕對平衡,實際也不可能做到絕對平衡。這個測試對理解白平衡或靈活把握校色具有重要的啟發意義。

    原圖下載

    自定義(手動)白平衡色彩還原數據檢測2:(同一光源,同一色溫,同一白平衡、同一焦平面和同一物體上的同一張照片上檢測到的白平衡參數示圖。從這個測檢說明,只要不是在絕對色溫環境里拍的照片無論白平衡設置多么嚴謹,都絕對不可能還原出絕對一樣參數!


    自定義(手動)白平衡色彩還原測試3:(測試相機D3s,曝光模式M,光圈f1.8 快門1/4s IS0 200,◆相機已關閉了所有的自動功能◆!固定白平衡:陰影7800°K,室內熒光燈環境。可以看到D3s的陰影白平衡色溫值由原先尼康定制的8000°K改為7800°K,實驗也驗證了熒光燈的基本色溫)。在RAW解碼“基本”項中的“色調”參數上看到兩張照片都有+18的色調補償(品紅色)。注:自定義白平衡測試單一色物體時相機白平衡只需對應現場色溫即可,與測試物周邊用何物何背景陪襯無關!

    有EXIF信息的大圖見300-301樓
    這是D3s在日光環境下自動白平衡的色彩還原直出照片


    關于“無后期直出”
    無忌流行未作后期處理的“一次成像”,我對“無后期直出”的理解是不分文件格式的直出。其實無論是RAW或是tiif和jpg,一次拍攝成功的秘訣一半在于白平衡和曝光要準,缺一不可。否則即使曝光正確片子若有色偏也不能算成功。尤其這種產品廣告性質的照片,對白平衡的準確性要求比較嚴格。準確還原物件的色彩是片子獲得強烈質感的重要元素之一。而判斷色彩還原是否準的基準是中性的白和黑。非RGB=255的白就是中性灰RGB=128向上過度的延伸,故名“白平衡”,嚴格的說白平衡只是中、亮部的平衡也稱整體色彩平衡,其實嚴格的白平衡過程暗部也暗地里在參與,只是暗部的失衡人眼難以察覺而已。
    我們知道用RAW格式拍照在后期上有較大的處理空間,但無論用什么文件格式前期拍攝的基本功是第一位的,也即相機后面那顆頭在把握照片的命脈。有人否認RAW文件內嵌的JPG是直出,我認為是謬論,原因如下:前期設定RAW和JPG兩種格式同時出,RAW與JPG得到的照片結果基本是一樣的,曝光和白平衡不準在兩種格式下都一樣!只是RAW格式賦予用戶在后期上更大的調整空間罷了。、這個問題很好證明,照片效果好不好本與用什么文件格式沒半點關系,做個試驗就知道了,比如同一個場景、色溫和相機曝光程序,用JPG和RAW分別單獨拍一張照片看得到的結果是一樣的,所以設定相機RAW和JPG同時出片得到的結果也一樣!
    《業余人士用RAW,專業人士用JPEG》柯納

    對于RAW文件在后期解碼中人為改變前期相機曝光和白平衡參數,求得所謂的原汁原味的做法等于是否定他前期的相機設置。這種做法同樣對全手動曝光和白平衡也否定了。如果是設定RAW和JPG同時出片,你更改了RAW參數,但卻不能更改JPG的參數,如果是同一環境條件下用JPG拍照。你又怎么更改JPG的數據?所以我說無論使用那種文件格式,拍得的照片都是直出!看下圖例:

    小結:前期相機設定的曝光及白平衡等參數對RAW、JPG或TIIF格式一律平等對待!老鼠生老鼠,鳳凰生鳳凰,絕沒有可能你用了RAW就鳳凰了,你沒攝影天賦用啥格式拍的照片都一樣很爛。

    白平衡色彩還原無后期直出測試
    1、自然光色彩還原測試,下午6:32:52(D700)




    2、室外自然光色卡測試直出,2006.6.22早晨7:53:28(D100)


    3、閃光燈白平衡色彩還原樣片直出,有好事者可以檢測一下同一物體上的白平衡參數



    =====================================================================================================
    數碼相機白平衡基準設定原理

    請參看上圖,平衡概念:“將彩色影像記錄設備的RGB感色介質參數按現場光源即時色的RGB參數相吻合”,也即數學關系的負負得正的原理,白平衡跟隨環境色溫的原理是凹對凹,凸對凸,目的是找平環境色溫與相機基準白點(中灰)的差異;環境色溫高你就調整偏向高色溫,反之調向低色溫。如果想要奇異色彩或編制一個特定色調“曲線”的效果,你按三基色與三補色的互補關系調整即可。
    總之,調整白平衡基準相當于在調整一個濾色鏡,中和濾掉色傾向或加重色傾向的濾鏡混色變換過程。一旦調整確定后,相機的自動白平衡拍攝照片的基調也就確定,以后你還可以隨時復原到出廠值的中點上,很是方便。

    總之,相機的感色介質傳感器的RGB電平并一定要絕對平衡,這個平衡點要看環境色溫來定,要想獲得照片正確灰平衡,設備的RGB值就必須與環境色溫(RGB)相對應。例如我們拿RGB從0到255的灰階來說,咱們就確認上圖的中點是中性色,把這個中性點假設為RGB=200吧(絕對平衡)。
    但是,環境光源是不是也是RGB=200呢?答案是否定的,絕對不是!怎么辦?看下:
    “將彩色影像記錄設備的RGB感色介質參數按現場光源即時色的RGB參數相吻合”,也就是說假如環境色溫的中性色RGB分別為R=180,G=200,B=210的話,我們就將相機的白平衡也設置在此參數上,這樣拍出來的照片中性色就平衡了。數碼相機的白平衡電子設置原理與光學濾鏡的運用是一個道理,環境色偏什么色你就跟隨加什么顏色的濾鏡。膠片時代時在鎢絲燈光環境下拍照就是用黃色濾鏡來平衡的。著名的黃色雷登85濾鏡就是干這個的,當然在紅光環境里也必定要用紅色濾鏡的,以此類推....
    這就是“設備的RGB感色介質參數按現場光源即時色的RGB參數相吻合”取得白平衡的原理。再看上圖的那個黑點,雖然它偏離了設備的RGB中性點,但是它卻吻合了某種特殊環境光源色溫的中性色上了(比如偏藍的陰天或陰影環境)。明白了這個原理,我們還可以將白平衡基準向黃綠色方向設定一點,以便獲得粉色紅潤的膚色...
    簡單的說就是置零的基準移了一下位,但衡量的實質并沒有變。比如把3斤重的東西放在放在以3斤為零的稱上稱,它的表象重量是6斤,其實用標準零位基準的稱衡量它還是3斤。只是你為了符合這個3斤的平衡點把置零點(基準)調到了3斤,對于3斤來說,衡器的基準零設為3斤是為了找到3斤的平衡而不是6斤的假象。
    自動白平衡或手動的原理就是這個道理,相機的傳感器RGB的感色電平是跟隨環境色溫隨時變化改變基準的,比如環境色溫RGB值為R=120,G=210,B=245時,相機的白平衡也跟隨為R=120,G=210.B=245,這樣拍下來的照片拿到RGB=1:1:1白場的顯示器上看就不偏色了。這里標準白場顯示器就是一臺標準零位基準的衡器。
    尼康中高檔數碼單反相機的自動白平衡是由一個1005像素CCD來獲取環境色溫的RGB信息,并且自動捕獲識別環境色溫,經過RGB比例的計算再調整設備的基準白點與其色溫相對應獲得白平衡。

    雖然通過RAW解碼軟件可以在后期改變原始白平衡數據(后期自定義白平衡),但是我們還是來做個逆向驗證的小實驗,從實驗結果看,我們不得不承認相機在前期選擇白平衡的重要性。否則還原出來的色彩就會失真。尤其是下圖2,那個“后期自定義”實際上就是一個驗證和模擬還原假設相機設定了日光色溫時拍到的色調。
    請注意,“原照設置”就是相機在拍攝時用戶選擇的白平衡數據,這個數據是原始的,但你在相機上并不知道它的色溫的具體數據,使用專業軟件就可以方便的讀取到照片的前期色溫值了。如果我們在RAW解碼軟件上人為的改變或定義一個色溫參數,就等于在讀取事先你并不知道的場景中的色溫數據,這一改變你才明白前期選擇固定色溫也會有少許失誤。


    RAW格式照片的攝影前期相機白平衡自動色調補償和后期軟件人為改變色溫后的色調趨向之混色規律圖(JPG格式照片的色調補償均默認為“0”):


    總結
    由于光線會被場景環境周遭的各種有色物體反射(比如非純白的墻壁、海濱高原的高色溫,以及室內各類有色物件的互相反射等)最終光線會混合形成復雜的泛色溫,故自動白平衡并不是萬能的,但在適時色溫檢測方面自動白平衡的確有很強的功效,這一點通過大量測試和實拍已經得到有力的證明。關于同一場景環境的充滿鏡頭畫面的單色物體與單色物體移開鏡頭只占小部分的自動白平衡測試,這個問題請閱讀本帖前面的各種實驗敘述,結論是肯定的。即,自動白平衡在此條件下拍得的兩張照片的色溫參數絕不可能會一致!故名思意,自動白平衡就是根據相機場景識別傳感器檢測到的色溫自動計算調整機內白平衡參數,并且可以由用戶自定義設置白平衡步進長度,比如精細調整的1/3步等,尼康單反還有自動白平衡包圍功能,這些都是彌補自動白平衡不足的有效措施。但無論機器的自動白平衡功能如何先進也不可能做到同一場景下兩張視角有差異的照片的白平衡絕對一樣;即使是自定義白平衡,只要鏡頭視角變一下,甚至在同一張照片上的同一顏色的物體上都會有RGB參數的上的差異,雖然我們在相機上固定了白平衡,但環境色溫不是真空境界,雖然相機拍得兩張照片在RAW解碼軟件上色溫值的讀數一樣,但用滴管檢測到的顏色參數還是有差異,這都是常識了。所以善意提醒觀帖者趁早打消在照片上找絕對平衡或一樣顏色的愚蠢念頭,切莫與常識較真。
    本帖宗旨:白平衡以中性灰為基準根基,但照片不要求有絕對參數的平衡色,只要照片的整體色彩達到視覺上的“平衡”也即第一眼印象沒有明顯怪異的色偏即為色彩正常之片(藝術色彩渲染片除外)。因為我們需要的白平衡并不是消除所有色罩的“實驗室測試色彩”,而是要既有比較真實的白色、灰色和黑色的還原,而且還要多少保持現場環境色溫的色調,這樣的照片看起來就比較真實。




    制圖觀圖用顯示器的基本Gamma驗證圖卡說明:
    1、左邊豎向條的細條和對應的各灰塊是各種系統環境下的標準Gamma值,這里只針對其中2.2的Windosw系統PC機標準和1.8的Macintosh系統(蘋果機)標準。
    2、圖最上方的橫向灰條,左起第二灰塊接近白但不是白;最右(最后)的灰塊接近黑但不是黑。
    3、圖中部的細橫亮白橫條是上述“2”灰階級數條最左端兩個亮白等級的描述放大圖。
    4、圖下方的暗黑塊是上述“2”灰階級數條最右端暗黑等級的描述放大圖。
    5、圖底部的灰色與細條組成的方塊是左豎條Gamma標準中2.2的放大圖(Windosw系統PC機)。
    6、右圖是正確色溫和正確曝光時的標準膚色及色彩參照。

    顯示器黑白場驗證的調整方法圖中已有文字說明。如果顯示器基本校正到位的話,遠離顯示器3米外,或者在顯示器屏前蒙半透明塑料紙后可以看到中下圖的Gamma驗證為一個整體灰色方塊,即:中間的灰塊(RGB=186)與邊緣的細條混為一個整體灰色塊。此法通用于任何顯示器的調校,而且可用于購買液晶顯示器時的測試標準。液晶顯示器只要有對比度和亮度調整裝置的都適用。但對暗黑調整不夠黑的普通液晶顯示器效果不佳(黑不下來是民用液晶顯示器的普遍弱點)

    [注]:本貼主的圖全部為Adobe RGB1998色彩空間模式拍攝,故顏色觀查必須將顯示器硬件設置為Adobe RGB1998

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