Почему цветовой оттенок меняется на разных выдержках?

Question

При съемке с длинными выдержками (от нескольких до десятков секунд) я заметил, что в некоторых случаях цвета на полученных фотографиях меняют оттенок. Это было на Canon EOS 1100D, но я также видел такую ​​проблему с некоторыми другими камерами, такими как Canon EOS 40D и 60Da. Это даже происходит, когда изменяется только диафрагма, без изменения скорости затвора.

Ниже приведен пример пары снимков на 1100D, первый с выдержкой 20 с, второй с 30 с. Все остальные настройки идентичны (диафрагма f / 3.5, ISO 100, фокусное расстояние 18 мм). Фотографии были сделаны почти в одно и то же время глубоко ночью (21:49:02 и 21:50:05 мск 25.02.2019 при 60 ° с.ш., 30 ° в.д.). Изображения были сформированы из файлов RAW (*.CR2), где данные пикселей были преобразованы в линейный sRGB с использованием предоставленной LibRaw матрицы cam2rgb, а затем с гамма-коррекцией путем увеличения результата до степени 1/2.2.

Если вы откроете их в двух вкладках и быстро переключитесь между ними, вы заметите, что, кроме яркости, они также меняют оттенок: первая более голубоватая, а вторая более пурпурная.

Чтобы было легче увидеть, что все небо меняет оттенок, не только рядом с источниками света, вот та же пара фотографий, но с цветами, нормализованными так, чтобы R+G+B=const:

В чем причина этого? Это известная проблема с длинными выдержками? Как я могу компенсировать это, чтобы получить некоторую непрерывность оттенка для покадровой анимации, когда яркость сцены резко изменяется во времени (например, в сумерках), что требует различных экспозиций? (Под непрерывностью я подразумеваю непрерывное изменение цветности независимо от экспозиции.)

Answer 1

Похоже, что я на самом деле делал (по незнанию) «как выстрел» коррекцию баланса белого при обработке необработанных файлов. А именно, я использовал коэффициенты cam_mul, которые меняются от изображения к изображению (в частности, они представляют баланс белого встроенного JPEG-файла), и конкретную камеру, которую я использовал для съемки фотографий (у меня два одинаковых модели ) для режима WB установлено значение Авто, которое я забыл проверить при съемке.

Поведение RawTherapee добавило мне в заблуждение: когда я выбрал «нейтральный» профиль обработки, я предполагал, что он будет сброшен к некоторым последовательным, независимым от выстрела настройкам. Но похоже, что Метод баланса белого по-прежнему имеет значение " Камера ", что приводит к тому же расхождению, которое я получил при ручном преобразовании на основе LibRaw.

Теперь я попытался заменить использование cam_mul на pre_mul (дневной световой свет), которое кажется постоянным независимо от сцены (по крайней мере, одинаково для двух проблемных фотографий в ОП), и оттенки теперь такие же. Точно так же выбор того же метода баланса белого в RawTherapee также дает соответствующие оттенки.

Answer 2

Как я могу компенсировать это, чтобы получить некоторую непрерывность цвета для покадровой анимации, когда яркость сцены резко изменяется во времени (например, в сумерках), таким образом, требуя различных экспозиций?

Когда линейные необработанные значения преобразуются в значения с гамма-коррекцией, не все умножаются на одну и ту же величину. Кривая применяется для имитации того, как человеческое зрение реагирует на различные уровни яркости. Это в основном логарифмический, но есть «плечи» при самых ярких и тусклых значениях, которые сглаживаются в направлении, противоположном основной логарифмической кривой.

Когда вы смещаете необработанные значения, записанные датчиком, выше, экспонируя дольше, после необработанного преобразования не все в сцене будет одинаково ярче по сравнению с более темным изображением, потому что все ваши значения упадут в разных точках на S-образной Кривая применяется в гамма-коррекции. Средние тона будут более или менее усилены на ту же величину. Но на ваших примерах фотографий очень мало полутонов. Почти все значения сгруппированы на одном конце или другом. Более темные значения будут более яркими, сравнительно, при более длительной экспозиции, чем средние тона. Средние тона будут более яркими, чем самые яркие значения, которые приближаются, но не достигают полного насыщения (уже выдутые не могут быть ярче, чем они есть на более темном изображении).

---

Ответ до того, как ФП пояснил, что эти две фотографии не были сделаны во время сумерек, как подразумевается в вопросе:

Краткий ответ: вы не можете смешивать два источника света, которые отличаются по типу света, который они излучают, и один остается постоянной яркости и цвета, а другой тускнеет и смещается в цвете.

Яркость - не единственное, что меняется в сцене во время сумерек. Цвет света с неба также быстро меняется во время сумерек. Если вы исправите, чтобы сохранить то же цветное небо, ваши источники искусственного света будут смещаться. Если вы хотите сохранить цвет источников искусственного света, вам придется признать, что цвет неба меняется.

В случае двух ваших примеров изображений вы также увеличили экспозицию, когда небо потемнело. Это изменило отношение влияния света от неба к свету от ваших искусственных источников, потому что небо не было таким ярким, когда было снято второе изображение - но искусственные источники были такими же яркими, прежде чем вы их выставили на 50% дольше.

Даже если вы использовали одинаковые настройки баланса белого для создания обоих изображений, можно ожидать, что цвет сместится, поскольку больше света на втором изображении исходит от искусственных источников света, а меньшее количество света исходит от неба, что также меняет цвет. Это связано с тем, что на втором изображении больше света от искусственных источников, из-за более длинной экспозиции и меньше всего света от неба.

Answer 3

Я видел проблемы с холодным запуском .... выходите в холодную ночь с холодной камерой, нагревайте CMOS с большой выдержкой, первое изображение холодной CMOS имеет другие параметры отклика по сравнению со следующей выдержкой, которая начинается с теплый CMOS.

Но кто получает настройки длительной экспозиции прямо с первой попытки, LOL? Поэтому мы обычно не в состоянии заметить.

Answer 4

Как вы знаете, эта камера оснащена чипом обработки изображений CMOS. Сердцем этого чипа являются миллионы крошечных фотосайтов. Этот дизайн имеет множество сложных функций. Каждый фотосайт содержит конвертеры, которые считывают количество заряда, вызванного попаданием фотонов, и преобразуют заряд в напряжение. Кроме того, каждый сайт содержит усилитель, чтобы повысить сигнал к используемому рычагу.

В идеальном мире каждый фотосайт будет функционировать точно так же, как и его коллеги. Однако каждый из них будет реагировать на свет немного по-разному, и каждый усилитель работает с немного различной эффективностью. Тепло входит в смесь. Чем дольше воздействие, тем больше нагревается чип, и это увеличивает беспорядок.

Инженеры проектируют камеры с целью «сделать достоверное изображение». Этого никогда не было - будь то цифровая пленочная камера.

P.S. --- В индустрии фотофинишинга мы часто обнаруживали, что автоматические цветные принтеры часто вызывают немного другой оттенок при повторной печати негатива, ранее напечатанного с использованием идентичной установки. Различия в оттенках чаще всего связаны с различиями в расположении микроскопа в отрицательных воротах. Другими словами, датчики, которые сообщают о цветовом балансе, отправляют различные данные, вызванные только небольшим изменением положения. Возможно, это не одно и то же, но, возможно, на ваше отклонение оттенка влияют изменения положения и колебания объекта, такие как мерцание неоновых огней и т. Д.

Answer 5

По той же причине, почему огни в этом вопросе Почему это изображение получилось темнее? изменило свой внешний вид:
Измененное время экспозиции изменило отношение (около нуля) окружающего света от темного неба к теплой дымке искусственного света.

На втором снимке искусственный свет гораздо более выражен и из-за тумана также влияет на небо. Вот почему этот эффект почти незаметен в верхней части фотографии, далеко от горизонта.