Что именно точно - это баланс белого?
«Белый» не имеет цветового баланса / баланса белого. Источники света имеют цветовой баланс. Усиление света, собираемого датчиком камеры, необходимо для того, чтобы что-то выглядело или воспроизводилось, поскольку у белого есть цветовой баланс. Свет любой цветовой температуры / баланса белого с достаточно полным спектром может быть сделан, чтобы выглядеть белым на фотографии. Его также можно заставить выглядеть оранжевым, синим, красным или любым другим цветом, который мы хотим, чтобы он выглядел, регулируя усиление красного, зеленого и синего каналов в изображении, которое мы взяли под этим светом. Полное усиление канала для трех цветовых каналов на фотографиях мы называем баланс белого .
Различные источники света излучают свет при разных цветовых температурах и оттенках. Даже источники "белого света", которые излучают свет, который включает в себя большую часть или весь видимый спектр, обычно имеют большую часть своего света в центре при различных цветовых температурах. Если эти источники света являются так называемыми «излучателями черного тела», то излучаемый ими свет определяется их температурой, измеряемой в градусах Кельвина. Например, светящиеся газы на поверхности звезд являются излучателями черного тела. Как и большинство металлов при нагревании, пока они не начинают светиться, затем плавятся и, наконец, превращаются в пар, если нагреваются достаточно горячо. Шкала температур, которые производят определенные цвета от радиаторов черного тела, выражается в градусах Кельвина и является одной осью цветового круга, которая перемещается от синего с одной стороны к янтарному с другой стороны. Это то, что мы называем Цветовая температура .
Но цветовая температура - это только одна ось поперек цветового круга 360 °. То, что мы называем балансом белого, включает в себя весь цветовой круг. Источники света, которые не являются излучателями черного тела, могут излучать свет, цвет которого отсутствует вдоль оси цветовой температуры. Такой свет может быть более пурпурным или зеленым, чем ближайший цвет, который падает вдоль оси цветовой температуры. Мы иногда называем этот зеленый ← → пурпурная ось оттенок или цветовой тон . Чтобы полностью выразить доминирующий цвет источника света, нам нужно не только определить его местоположение вдоль оси цветовой температуры синего цвета ← → янтарь, но мы также должны определить его местоположение вдоль оси зеленого оттенка ← → пурпурный, которая перпендикулярна синий ← → янтарная ось. (Когда мы используем только цветовую температуру для правильного описания источника света, это происходит потому, что оттенок этого источника света является нейтральным, то есть он падает на ось цветовой температуры без смещения в сторону зеленого или пурпурного.) Большинство источников естественного света излучать свет, который падает вдоль оси цветовой температуры.
Мы еще не полностью описали природу света от источника света, когда определили количество синего ← → янтарного и зеленого ← → пурпурного, который является наиболее доминирующим компонентом этого света.
Не только свет сНаши источники излучают свет, сосредоточенный на определенных длинах волн (которые наши глаза / мозг воспринимают как определенные цвета), но некоторые источники излучают свет, который имеет более широкий диапазон длин волн / цветов, чем другие. Вольфрамовые лампочки, например, излучают свет с центром около 3000К. Но некоторое количество практически во всем диапазоне длин волн видимого света включено в свет от вольфрамовой колбы. Просто свет, излучаемый вольфрамовой лампой, определяется диапазоном около 3000K. С другой стороны, натриевые лампы испускают очень узкий спектр света около 2500K. Но лампы с натриевым паром высокого давления вообще не излучают свет в некоторых очень широких сегментах видимого спектра. Почти весь свет, который они излучают, очень близок к 2500K. Источники, которые излучают более ограниченный спектр диапазона длин волн, который мы называем видимым светом, становятся еще более проблематичными, когда мы пытаемся выполнить коррекцию баланса белого, чтобы получить точный цвет освещаемых ими объектов. Если источник света вообще не излучает синий свет, не будет никакого света для отражения синих объектов. Если синего сигнала для усиления нет, не имеет значения, насколько сильно мы усиливаем синий канал, мы не увидим синего (кроме ложного синего, вызванного шумом чтения камеры в синем канале).
Корректировки, которые мы производим между необработанной информацией, собранной камерой, и фотографией, которую мы хотим получить, которая заставляет что-то выглядеть белым, - это не цветовая температура как таковая, это компенсирующий фильтр , который регулирует Относительные значения красного, зеленого и синего компонентов на изображении, так что значения красного, зеленого и синего для объектов, которые мы хотим отображать белым или нейтральным серым, равны. Мы присваиваем номер цветовой температуры (5500K) или название баланса белого (холодный флуоресцент) определенному набору множителей, потому что он является подходящим, чтобы компенсировать фотографию, сделанную при свете, центрированном по этой цветовой температуре и с этим оттенком. Если используемый свет был очень синим, то мы должны применить очень оранжевый фильтр, чтобы исправить синий оттенок света. Вот почему свет 10000K становится очень синим, когда мы перемещаем ползунок в нашем приложении для необработанной обработки до 10000K, при этом объекты, снятые при более желтом свете, выглядят оранжевыми. Вот почему, несмотря на то, что свет 2500K очень теплый, когда мы перемещаем ползунок в нашем приложении необработанной обработки до 2500K, это делает вещи, снятые в более желтом свете, выглядят очень круто.
Опять же, при любой конкретной настройке цветовой температуры нам также может понадобиться изменить настройку зеленой ← → пурпурной оси, которая идет примерно перпендикулярно синей оси ← → желтой на цветовом круге, чтобы конкретный объект выглядел белым. Это связано с тем, что не все источники света излучают свет, который падает точно вдоль континуума цветовой температуры, определяемого температурой в градусах Кельвина излучателя черного тела. Например, светодиодное освещение, используемое в настоящее время для освещения сцены во многих небольших ночных клубах, может иметь гораздо более пурпурный оттенок, чем излучатель черного тела, излучающий при любой температуре. Типичные флуоресцентные лампы старого стиля, с другой стороны, излучают гораздо более зеленый оттенок, чем черное тело.
Когда мы изменяем настройку цветовой температуры фотографии, которую мы сделали, мы не меняем цвет света, который присутствовал при съемке фотографии. Скорее, мы меняем степень усиления каждого из каналов RGB по сравнению с двумя другими каналами RGB.
A настройка баланса белого - это набор множителей для красного, зеленого и синего каналов, который подходит для фотографии, сделанной при освещении с определенной цветовой температурой и оттенком. Это влияет на то, каким цветом будут выглядеть различные объекты на фотографии, но это не меняет «их баланс белого», потому что эти объекты не имеют баланса белого - свет, который их освещал, имеет баланс белого.
Еслимы фотографируем белый объект при освещении 2700K, нам нужно применить настройку цветовой температуры 2700K , чтобы этот объект выглядел белым на нашей фотографии. Если мы фотографируем тот же объект при освещении с центром в 8000K, то мы должны применить настройку цветовой температуры в 8000K, чтобы объект выглядел белым на нашей фотографии. Если мы применяем множители RGB (т.е. настройка цветовой температуры ), подходящие для света 5000 К, к первому изображению, полученному при освещении 2700 К, белый объект будет выглядеть желтым / оранжевым, если мы применяем множители RGB, соответствующие 5000 К, ко второму изображение, полученное при освещении 8000 К, белый объект будет выглядеть синим.
Термин баланс белого также используется для описания того, как мы пытаемся исправить оттенков на фотографиях, сделанных с использованием этих различных типов источников света.
Помните, когда мы говорили, что разные источники света излучают свет при разных цветовых температурах и балансах белого? Это влияет на то, какими цветами кажутся вещи, которые они освещают. Это влияет на цвет, который видят наши глаза и мозг. Это влияет на цвет, который видят наши камеры. Хотя наши камеры предназначены для имитации того, как наши глаза и мозг создают цвет, они не делают это точно так же.
Наши системы глаз / мозга невероятно хороши в адаптации к различным источникам освещения, особенно к тем, которые были обнаружены в природе с незапамятных времен (помните эти излучатели черного тела?). Они также неплохо справляются с теми искусственными источниками, которые мы изобрели, которые имитируют такие естественные источники света. Наш мозг может компенсировать различия в источниках света, и мы воспринимаем большинство объектов одинакового цвета при разных типах источников света.
Камеры, однако, должны регулировать смещение, которое они дают красному, зеленому и синему каналам в изображениях, которые они захватывают. Если мы не сказали камере, с помощью таких настроек, как «дневной свет» или «тень», «флуоресцентный» или «вольфрам», какого цвета источник света, он должен сделать «обоснованное предположение», основываясь на подсказках в сцена. Когда сцены не дают ожидаемых подсказок, например, когда самые яркие части сцены не имеют нейтральный / белый цвет, камера часто может ошибаться. Другой сценарий, который часто может обмануть камеры другим способом, - это когда большая часть кадра имеет равномерную яркость, которую камера будет пытаться выставить как среднюю яркость на полпути между чистым белым и чистым черным.
Так как все это работает?
Представьте, что у вас совершенно темная комната без окон. В этой комнате три отдельных источника света. Один излучает чистый синий свет, другой излучает чистый зеленый свет, а другой излучает чистый красный свет. Теперь войдите в эту комнату с четырьмя картами в руке: чистая синяя, чистая зеленая, чистая красная и чистая белая.
- Когда горит только синий свет, не будет света правильного цвета для красных и зеленых карточек, чтобы они отражались, и поэтому они будут выглядеть черными. Синяя карта и белая карта будут отражать только синий свет и будут выглядеть одинаково синим. Если бы мы сделали фотографию при таком освещении, не было бы никакой возможности провести различие между синей картой и белой картой на полученной фотографии.
- Когда горит только зеленый свет, не будет света правильного цвета для красных и синих карточек, чтобы они отражались, поэтому они будут выглядеть черными. Зеленая карта и белая карта будут отражать только зеленый свет и будут выглядеть одинаково зелеными. Если бы мы сделали фотографию при таком освещении, не было бы никакой возможности провести различие между зеленой картой и белой картой на полученной фотографии.
- Когда горит только красный свет, не будет света правильного цвета, чтобы синие и зеленые карты отражались, поэтому они будут выглядеть черными. Красная карточка и белая карточка будут отражать только красный свет и будут выглядеть одинаково красным. Если бы мы сделали фотографию при таком освещении, не было бы никакой возможности различить красную карточку и белую карточку на полученной фотографии.
- Когда красный и зеленый индикаторы включены, не будет света правильного цвета, чтобы отражать синюю карту, и поэтому он будет выглядеть черным. Красная карточка будет выглядеть красной. Зеленая карта будет выглядеть зеленой. Однако белая карта будет сочетать красный и зеленый свет, который она отражает, и будет желтой. Если бы мы сделали снимок при таком освещении, мы могли бы различить красную, зеленую и белую карты, но при полном отсутствии синего света мы все равно не могли бы заставить белую карту выглядеть белой, изменяя только усиление красного , зеленый и синий каналы на нашей фотографии.
- Когда красный и синий индикаторы включены, не будет света правильного цвета, чтобы отражать зеленую карту, и поэтому он будет выглядеть черным. Красная карточка будет выглядеть красной. Синяя карта будет выглядеть синей. Однако белая карта будет представлять собой комбинацию красного и синего света, который она отражает, и будет выглядеть пурпурно-пурпурной. Если бы мы сделали снимок при таком освещении, мы могли бы различить красную, синюю и белую карты, но при полном отсутствии зеленого света мы все равно не смогли бы получить белый цвет, только изменяя усиление красного, зеленого и синие каналы на нашей фотографии.
- Когда горит зеленый и синий свет, не будет света правильного цвета, чтобы красная карточка отражала его, поэтому он будет выглядеть черным. Зеленая карта будет выглядеть зеленой. Синяя карта будет выглядеть синей. Однако белая карта будет представлять собой комбинацию зеленого и синего света, который она отражает, и будет выглядеть как аква. Если бы мы сфотографировали при таком освещении, мы могли бы различить зеленую, синюю и белую карты, но при полном отсутствии красного света мы все равно не смогли бы получить белый цвет, только изменяя усиление красного, зеленого и белого. синие каналы на нашей фотографии.
Теперь представьте, что каждый из трех источников света находится на реостате, и его яркость может варьироваться независимо. Если мы включим синий свет на 20%, зеленый свет на 60% и красный свет на 100%, у нас будет свет, очень похожий на лампу из вольфрамовой лампы с очень теплым оттенком. Если бы мы сфотографировали наши четыре карты при таком освещении, все они выглядели бы разными цветами, но цвета были бы смещены в сторону красного. Тем не менее, ключевое отличие от предыдущего состоит в том, что теперь у нас есть по крайней мере немного света каждого цвета для работы. Если отрегулировать усиление камеры каждого цветового канала так, чтобы красный свет усиливался только при 20%, зеленый свет на 33% и синий свет на 100%, мы получим, что каждый цвет имеет одинаковую яркость для нашей белой карты, и он будет белым.
Недостаток ОГРОМНОЕ в том, что он делает это таким образом, что теперь ни один из цветов не может быть ярче 20% от того, что мы могли бы получить, если бы все три источника света были настроены на 100% и все три цвета каналы были усилены на 100%! Если мы решим усилить нашу фотографию еще на 500% при постобработке, чтобы она выглядела как усиление 100% RGB при освещении 100% RGB, мы также увеличим шум чтения нашей камеры на 500%! Вот почему всегда желательно, чтобы освещение было как можно ближе к тому, что мы хотим , прежде чем мы выставим фотографию.
Как именно необработанные данные фотоснимков RGB на датчике преобразуются в пиксельные значения RGB с использованием смоделированного распределения баланса белого?
Следует иметь в виду, что фильтры в маске Байера не абсолютны. Также нет трех типов колбочек в сетчатке человека!
Некоторый красный свет проходит через зеленый и синий фильтры! Некоторый зеленый свет проходит через красный и синий фильтры! Некоторый синий свет проходит через зеленый и красный фильтры! Просто больше красного света, чем зеленый или синий, проходит через красные фильтры. Больше зеленый свет, чем красный или синий, проходит через зеленые фильтры. Больше синий свет, чем красный или зеленый, проходит через синие фильтры. Но каждый фотон (независимо от того, на какой длине волны света он колеблется), который проходит через фильтр Байера и попадает в каждую ячейку пикселя, считается так же, как и любой другой фотон, который хорошо освещает этот пиксель. Исходные данные с датчика представляют собой одноцветное монохромное значение яркости для каждой пиксельной ячейки (более правильно называется сенсором).
Почти так же, все конусы в наших сетчатках имеют некоторую реакцию на все длины волн видимого света. Просто совпадение зеленого и красного в наших глазах намного ближе, чем в наших камерах.
Если красный, синий и зеленый каналы небольшого участка на сенсоре каждый собирают одинаковое количество фотонов, то почему это не представлено пикселем с равными значениями RGB?
Причина, по которой камера не всегда может использовать один и тот же вес, заключается в том, что цвета разных источников света различны. Наши глаза и мозг обычно компенсируют эти колебания цветовой температуры и баланса белого разных источников света. Наши камеры нуждаются в немного большем руководстве. Если камера установлена на «Авто ББ», она будет использовать информацию, собранную на сцене, чтобы угадать правильную настройку. Наиболее простые камеры обычно делают это, предполагая, что самая яркая вещь на изображении - белая. Современные камеры стали очень изощренными в способности угадывать большую часть времени. Но некоторые сценарии все еще трудно интерпретировать должным образом. Таким образом, камеры также дают пользователю возможность устанавливать цветовую температуру и баланс белого вручную.
Почему мы «исправляем» это, искажая значения в соответствии с источником света?
Потому что, когда свет от различных источников света отражается от белых объектов, отраженный свет не содержит такое же количество красного, зеленого и синего, по сравнению со светом от других различных источников света, отражающихся от тех же самых белых объектов. Цвета объектов на нашей фотографии уже «искажены», когда свет попадает на сенсор, в зависимости от цвета источника света, освещающего сцену, которую мы сфотографировали. Мы делаем коррекцию баланса белого , чтобы нейтрализовать «искаженные» цвета, вызванные несовершенным источником света.
Если баланс белого выбран правильно, источник света не будет казаться чистым белым? Это противоречит тому факту, что источники света в целом явно не выглядят чисто белыми.
«Правильный» WB для данного источника света - это усиление каналов R, G и B, которое более или менее соответствует силе каждого в источнике света. Если источник света имеет больше красного, мы усиливаем синий канал. Если в источнике света больше синего, мы усиливаем красный канал.
Если я хочу, чтобы изображение не представляло цвета объектов точно, а включало цветовое наложение, которому подчиняется мое зрение, то какая конфигурация баланса белого позволит этого достичь?
Это будет зависеть от источника света и цвета объектов, которые источник света освещает. Хорошее место для начала было бы где-то на 1/3 пути вдоль оси цветовой температуры между температурой источника света и около 5200 К («дневной свет»).
Существует ли какая-то глобальная «нейтральная» настройка, которая не меняет цветопередачу?
Нет. Ваши глаза и мозг всегда так или иначе приспосабливаются к разным источникам света. Ваша камера не регулируется, если баланс белого не изменился. Если для камеры установлено значение Автоматический баланс белого , камера вместо фотографа «выберет» способ регулировки.
Например, белые объекты не выглядят белыми в темной комнате с
красный свет безопасности включен. Я не хочу, чтобы они были белыми на моих фотографиях
либо.
В случае, когда освещение очень ограничено по своему спектру, настройка насыщенности обычно будет иметь большее влияние на воспринимаемый цвет , чем настройка баланса белого. Если на изображении присутствует только красный свет, усиление зеленого и синего не изменится так сильно.
Дальнейшее чтение
Экстремальный пример того, как правильный баланс белого, особенно вдоль пурпурно-зеленой оси, может повлиять на цвет (и даже больше) фотографии, см. этот ответ до Выцветший синий / красный светлые фотографии выглядят не в фокусе (в ответ включены несколько примеров изображений)
Сведения о том, как корректировка баланса белого и использование выборочных настроек цвета при конвертации из необработанного изображения может значительно улучшить конечный результат, если позволить камере сделать это, см. Много шума на моих хоккейных снимках. Что я делаю не так? (пример, включающий снимки экрана настроек, используемых для обработки необработанного файла)
Подробнее о том, как установить точную настройку баланса белого за пределами цветовой температуры в камере (или, во многих камерах, даже при использовании AWB), смотрите: Как отменить фиолетовое сценическое освещение на объектах? (несколько примеров изображений включены в ответ)
Какая цветовая температура целевой подсветки баланса белого?
Что такое баланс белого в камере? Когда и где я должен использовать WB?
Что означает "баланс белого"?
Почему высокая температура баланса белого краснее, когда теплые объекты голубее?
RAW-файлы хранят 3 цвета на пиксель или только один?
Почему мое белое изображение имеет синий оттенок?
В чем разница между автоматическим балансом белого и пользовательским балансом белого?
Есть ли причины использовать цветные фильтры с цифровыми камерами?
Как мне найти правильный баланс белого для ночного городского пейзажа?