自动白平衡的原理及应用.doc

自动白平衡的原理及应用理解自动白平衡有人认为，自定义白平衡最准，其实这要看所用光源了。你若在马路钠光灯下用白纸自定义那就会失误，因为橙黄色的钠光灯被你自定义变成了白色，其它物体的颜色肯定会变成鬼蓝魔绿色！相机的自动白平衡是以“点测白光”工作的，而且具有取白点中RGB三色参数最接近的那个白点为平衡依据的智能色温表，即使环境中混合色光成份很复杂，但多点区域内“点检测”捕捉白点的功能是传统价格昂贵的专业“泛色温”（平均模糊法）测量表所根本做不到的。需要说明的是，传统色温表或者用白平衡滤镜，以及白纸灰板的自定义测量，它们只对单一相对固定的光源色温起作用，比如阴天、阳光天的某一时段，影室固定灯光、闪光灯等，在混合光下用白板定义肯定完败！极端色温反差与自动白平衡的智能纠偏及出错。可能有人会提出，上面那些片例中荧光灯色温并不是纯白色，为什么照片上白色比较准，整体颜色还原也基本准确？我们把这个问题展开如下。先请看下：各种光源的基本色温值（来源：尼康数码相机说明书）：白炽灯：3000K荧光灯：1、纳气灯：2700K暖白荧光灯：3000K白色荧光灯：3700K冷白荧光灯：4200K日光白荧光灯：5000K日光色荧光灯：6500K高压汞气灯：7200K闪光灯：5400K直射阳光：5200K阴天：6000K阴影：8000K（近紫外线边缘）下面的片例大环境主光是马路钠灯，外围有其它光源，树下是公交站的荧光灯广告灯箱，远处漫射的是高压汞灯照明光，色温非常复杂。但是照片显示的颜色却基本符合大环境的主色调，虽然产生了极端色温的反差，但近白色依旧存在，我们从树后隐约可见的楼房和电线杆上的广告条幅上找到了近似于白色的颜色，而且也找到了更白色的颜色。OK，现在让我们把问题回到各种灯的色温上来分析。我们知道阳光天气里阴影的色温是8000K接近紫外边缘，超出人眼可见光范围，但相机把它形成了人眼看的见阴影蓝，这个“阴影”白平衡设置就是给用户用来消除阴影蓝用的。一般在阳光天使用自动白平衡时，相机以捕获场景中的白点平衡色彩的，场景中的建筑等其它物体一定有白色、近白色或RGB参数接近平衡的物体，所以照片的颜色当然就很准，而人眼看不见的阴影高色温也就被机器记录并用蓝色显现了出来。这就是自动白平衡的出错。此片例中的青蓝色，实际上按上面的色温参数看，钠光：2700K，日光色荧光灯：6500K（估计广告灯箱用此色温的灯管），高压汞气灯：7200K。我在现场拍摄时眼睛的感觉公交站的广告灯箱是白色。按上述灯光的色温分析，主光源钠光的色温2700K与树后漫射的高压气灯：7200K，形成极端的色温反差，最终将接近阴影的色温反映出青蓝色来，由于中间还有车灯等光源，最终自动白平衡将中间色折中为近白色，这可能就是自动白平衡的智能在起作用，它在无的适从中形成了富有“艺术”感的色彩。我想，这可能就是雪景阴影高反差色温形成的原因。按照直射阳光色温5200K与阴影色温8000K来看阴影蓝的形成，上述分析是符合此物理规律的。分析到这里问题又出来了，上面片例2的百货摊中那盏荧光灯到底多少色温，不得而知，但是白色还原的比较准。白炽的灯色温是3000K，这里我们把那盏荧光灯假设为冷白4200K来分析一下。显然，主光源是低色温的钨丝灯，它自动白平衡不起作用。那盏冷白荧光灯4200K的色温显然要比白炽灯色温3000K高很多，它的RGB平衡比白炽灯高很多，这就可以理解自动白平衡是以白色或近白色为点测原理的根据了。也即：场景中哪个白色更接近RGB=1:1:1平衡，就以哪个做为确定平衡的参照色(光)，如果场景里没有RGB=1:1:1的白色点（光），自动白平衡则以接近白色的物体或光源为参照，经过计算把它折中为中间色白色，以便把产生色偏的可能降低到最低程度。例如片例3的插图二所示。其实我们人眼与大脑的协同，就是以白色与黑色的对比作为参照来辨别颜色的，称谓“生理白平衡”（生理校色吧），比如阳光下的纯白纸和钨丝灯下的白纸。我们看着都是白色，后者虽然在其它光源比照下有黄的感觉，但毕竟常识印象让我们知道它应该是白的，因此近白色也就被人脑认为是“白”了。相机的自动白平衡是在模拟人眼的这种功能。但是相机毕竟是物理性质的光学记录仪器，能够看到人眼可见光以外的紫外蓝，而且它不能校色。因此摄影后期就有必要纠正去除掉机器记录到的颜色，例如色温为8000K时产生的紫外阴影蓝。如何解决早晨和旁晚，本应是低色温时段照片上却硬生生的出现阴影蓝呢，下面片例告诉我们，使用“阴影”白平衡设置效果很好！原理：太阳尚无照射到大地，虽然天已经大亮，但此时的色温就正阴影的8000K，当然选择“阴影”白平衡拍照是正确的，只有这样惨能忠实的再现日出日落前后的景色，灰色的建筑业不会变成蓝色了。我们知道，长波段红光对雾气和尘埃的穿透力最强，也是让传感器陷入混乱无奈的元凶，因此凡是数码相机传感器前面都有一个过滤红光的低通滤波器。即使这样，很多数码相机仍对红色表现的很无奈，比如舞台照经常会产生明显的红雾颜色倾向。这张照片是在红光直射下拍摄的，片子上既有直射红光，也有反射红光，是一张比较典型的测试片。由此可见尼康新型数码相机（D300D3D700）在抑制“色倾向”（泛色晕）上下足了功夫，在无产生“红雾现象”的同时，白色和黑色被忠实的还原了出来。基本做到了眼见为实且优异色彩还原能力。自动白平衡性能非常好！“从这个图可以看到场景识别系统就是把1005像素CCD获取的信息不仅提供给AE（自动测光）系统而且还提供给AF（自动对焦）系统和AWB（自动白平衡）系统”。这里就以尼康数码单反相机为例，说明自动白平衡的基本原理功能与特点。1005像素CCD传感器位于单反相机45反光镜下，这块传感器除了担任自动测光和RGB 3D测光外，还肩负着多点捕获检测白点为白平衡服务的功能，为证明这个原理，笔者做了大量的测试拍摄，请看拍摄测试测试结果：相机：D700 自动白平衡设置拍摄光线：马路钠光灯以及各种复杂光线环境自动白平衡测试片例从照片上看出，传感器捕获采样白点为平衡的精确性是不容置疑的，即：为了真实再现钠光环境光的颜色，相机在画面中多点找寻相对平衡的RGB值，因此无论环境中光线多复杂，实际测试拍摄到的照片效果非常接近人眼所见的实际颜色。手动白平衡测试片例钠光与钨丝灯色温基本相似，从RAW格式文件解码后，在PS3软件上显示大概色温在3000-3300K之间。因此为了验证钠光灯白平衡，我将D700白平衡设置在“钨丝灯”选项上拍摄了同一场景，结果表明白炽灯白平衡设置并未将钠光平衡成白色，反到将本应是白色的光源偏色成青蓝色，树叶虽然绿了，但是已经严重脱离人眼在现场看到的颜色。记得柯纳早先曾说过一句话，大意是他不喜欢用自动自动白平衡，原因是不知道自动到底跟随什么颜色。其实使用自动白平衡是最明智的做法，即使有少许偏差在后期调整上也简单方便。因为我们并不知道所处环境里到底自定义那种白平衡才能忠实还原现场色温下看到的颜色，搞不好反而坏了大事。别以为自定义白平衡就显得你是高手。我要问的是，你没有色温表测量现场光线，凭环境光照射到白纸上自定义，等于违反了人眼所见实际颜色！请问那些对现场光线含混不清就开贴凭想象讲述理论的人，舞台场景里色光纷乱混合属于泛色温，你以何颜色的光线来自定义？再复杂的舞台光线里总有白色或者近白色吧，这就是点测捕捉的依据。所以，拍摄舞台、T台等混合色光复杂的片子，正确的选择应该是自动白平衡！需要强调的是，自动白平衡是以捕获白点或近似白为依据的，如果场景里没有RGB相对平衡的白色，传感就捕获近白色为平衡依据，看下片例：片例1说明：该片小女孩的内衣即使自动白平衡捕获的点点目标，因此白衣服还原真实了，其它的颜色就是当时大环境的实际色温。片例2说明：夜，百货摊。主光源：卤素钨丝灯和白炽路灯，货架下有白色荧光灯，因此点测以此为平衡依据，照片色彩还原同眼睛看到的一致。片例3说明：夜，街头边。主光源钠灯，环境里有荧光灯，摩托的红色转闪和白色频闪灯混合光源，自动白平衡检测到白色平衡后的表现，与现场眼睛看到的相符。原理同上，白色表现准确，大环境主光源钠灯照射的颜色就是眼睛看到的颜色，很准。片例4说明：直接对发光光源的测试拍摄。主