Що саме є баланс білого?
"Білий" не має балансу кольору / балансу білого. Джерела світла мають кольоровий баланс. Підсилення світла, зібране датчиком камери, необхідне для того, щоб щось виглядало чи відтворювалося, оскільки білий колір має баланс кольору. Світло будь-якої колірної температури / баланс білого з достатньо повним спектром можна зробити на фотографії білим. Можна також зробити так, щоб він виглядав помаранчевим, синім, червоним або будь-яким іншим кольором, який ми хочемо зробити так, щоб регулювати посилення червоного, зеленого та синього каналів на зображенні, яке ми зробили під цим світлом. Ми називаємо загальне посилення каналів для трьох кольорових каналів на фотографіях балансом білого .
Різні джерела світла випромінюють світло при різних колірних температурах і відтінках. Навіть джерела "білого світла", які випромінюють світло, що включає більшу частину або весь видимий спектр, як правило, більшість свого світла зосереджено на різних кольорових температурах. Якщо ці джерела світла називають "радіаторами чорного тіла", то світло, яке вони випромінюють, визначається їх температурою, виміряною в градусах Кельвіна. Світиться гази на поверхнях зірок, наприклад, є чорними кузовними радіаторами. Таким чином, більшість металів при нагріванні до тих пір, поки вони не почнуть світитися, потім плавляться і, нарешті, перетворюються на пари, якщо нагріти досить гаряче. Шкала температур, які виробляють конкретні кольори від чорних кузовів радіаторів, виражається в градусах Кельвіна і є однією віссю кольорового колеса, що рухається від синього з одного боку до бурштинового з іншого боку. Це те, що ми називаємоТемпература кольору .
Але кольорова температура - це лише одна вісь у кольоровому колі 360 °. Те, що ми називаємо балансом білого, включає все кольорове колесо. Джерела світла, які не є чорними радіаторами, можуть випромінювати світло, яке не зустрічається вздовж осі кольорової температури. Таке світло може бути більш пурпурним або він може бути зеленішим за найближчий колір, який падає по осі колірної температури. Ми іноді називаємо цей зелений ← → пурпуровим відтінком осі або кольоровим тоном. Для повного вираження домінуючого кольору джерела світла нам не тільки потрібно визначити його розташування вздовж синьої ← → бурштинової осі кольорової температури, але ми також мусимо визначити його розташування вздовж зеленої ← → осі пурпурового відтінку, яка перпендикулярна до синій ← → бурштинова вісь. (Коли ми використовуємо лише кольорову температуру для правильного опису джерела світла, це тому, що відтінок цього джерела світла є нейтральним - тобто він падає на вісь колірної температури без ухилу до зеленого або пурпурового.) Більшість природних джерел світла випромінюють світло, яке падає по осі кольорової температури.
Ми все ще не повністю описали природу світла від джерела світла, коли ми визначили кількість синього ← → бурштинового та зеленого ← → пурпурового, що є найбільш домінуючим компонентом цього світла.
Джерела світла не тільки випромінюють світло, зосереджене на певній довжині хвилі (яку наші очі / мозок інтерпретують як певні кольори), але деякі джерела випромінюють світло, яке має більш широкий діапазон довжин / кольорів хвиль, ніж інші. Наприклад, вольфрамові лампочки випромінюють світло, зосереджене приблизно на 3000 КК. Але деяка кількість майже всього діапазону довжин хвиль видимого світла включена у світло від вольфрамової лампочки. Просто світло, що випромінюється вольфрамовою лампочкою, переважає в діапазоні близько 3000 КК. Ворота пари натрію, з іншого боку, випромінюють дуже вузький спектр світла приблизно в 2500 К. Але вогні високої тиску пари натрію взагалі не випромінюють світла в деяких дуже широких сегментах видимого спектру. Досить багато всього світла, яке вони випромінюють, дуже близьке до 2500К. Джерела, які випромінюють обмежений спектр діапазону довжин хвиль, який ми називаємо видимим світлом, ще більш проблематичні, коли ми намагаємось зробити корекцію балансу білого, щоб отримати точний колір об'єктів, які вони висвітлюють. Якщо джерело світла взагалі не випромінює жодного блакитного світла, то світлі об'єкти не відображатимуться взагалі. Якщо немає синього сигналу для посилення, не важливо, наскільки ми посилюємо синій канал, ми не побачимо жодного синього (крім помилкового синього, спричиненого шумом читання камери у синьому каналі).
Налаштування, які ми робимо між неочищеною інформацією, зібраною камерою, і фотографією, яку ми хочемо закінчити, що робить щось білим - це не сама кольорова температура, це компенсаційний фільтр, який регулює відносні сили червоного, зеленого та сині компоненти на малюнку, щоб значення червоного, зеленого та синього були рівними для об'єктів, які ми бажаємо отримати білими або нейтральними сірими. Ми призначаємо номер кольорової температури (5500 К) або назву балансу білого (прохолодний флуоресцентний) певному набору множників, тому що це відповідне зображення, необхідне для компенсації фотографії, зробленої під світлом, яке було зосереджене на тій колірній температурі, і відповідно до цього відтінок.Якщо використовуване світло було дуже синім, то для виправлення синього відтінку світла слід застосувати дуже помаранчевий фільтр. Ось чому, хоча світло 10000K дуже синій, коли ми переміщуємо повзунок у нашому додатку для переробки сировини аж до 10000K, він робить речі, зняті під більш жовтим світлом, виглядати помаранчевим. Ось чому, хоча світло 2500K дуже теплий, коли ми переміщуємо повзунок у нашому додатку для обробки сировини аж до 2500K, це робить речі, зняті в більш жовтому світлі, дуже здоровими.
Знову-таки, при будь-якому конкретному налаштуванні кольорової температури нам може знадобитися також змінити зелений ← → пурпуровий параметр осі, який працює приблизно перпендикулярно синій ← → жовта вісь на кольоровому колі, щоб певний об’єкт виглядав білим. Це тому, що не всі джерела світла випромінюють світло, яке падає точно вздовж континууму кольорової температури, визначеного температурою, у градусах Кельвіна, радіатора чорного тіла. Наприклад, світлодіодне освітлення, яке зараз використовується для освітлення сцени у багатьох маленьких нічних клубах, може мати набагато більший пурпурний відтінок, ніж чорний радіатор кузова випромінює при будь-якій температурі. З іншого боку, типові люмінесцентні світильники старовинного стилю випромінюють набагато зеленіший відтінок, ніж випромінюватиме чорне тіло.
Коли ми змінюємо колірну температуру настройки на фото ми взяли, ми не змінимо колір світла , який був присутній , коли була зроблена фотографія. Швидше ми змінюємо наскільки посилений кожен з RGB-каналів порівняно з іншими двома каналами RGB.
Установка балансу білого являє собою набір множників для червоних, зелених і синіх каналів , які доцільно застосовувати до фотографії , зробленої під світлом певної колірної температури і відтінку. Це впливає на колір різних об'єктів на фотографії, але це не змінює "їх баланс білого", оскільки ці об'єкти не мають балансу білого - світло, що їх висвітлює, має баланс білого.
Якщо ми фотографуємо білий об’єкт під світлом, який становить 2700 К, нам потрібно застосувати налаштування кольорової температури 2700К, щоб цей об’єкт виглядав білим на нашій фотографії. Якщо ми фотографуємо той самий об’єкт під світлом, який зосереджений на 8000K, тоді ми повинні застосувати кольорову температуру 8000K, щоб об’єкт виглядав білим на нашій фотографії. Якщо ми застосуємо мультиплікатори RGB (тобто встановлення кольорової температури ), що підходить для світла 5000 К, до першого зображення, зробленого під освітленням 2700 К, білий об'єкт буде виглядати жовто / оранжевим, якщо до другого зображення, яке було зроблено під 8000 К, застосуємо множники RGB, відповідні для 5000 К. освітлення білого предмета буде виглядати синім.
Термін баланс білого також використовується для опису того, як ми намагаємося виправити кольорові відливи на фотографіях, зроблених під тими різними типами джерел світла.
Пам'ятаєте, коли ми говорили, що різні джерела світла випромінюють світло при різній колірній температурі та балансі білого? Це впливає на те, якими кольорами виглядають речі, які вони висвітлюють. Це впливає на колір, який бачать наші очі та мозок. Це впливає на колір, який бачать і наші камери. Хоча наші камери розроблені так, щоб імітувати спосіб, як наші очі та мізки створюють колір, вони не роблять це точно так само.
Наші системи очей / мозку неймовірно добре адаптуються до різних джерел освітлення, особливо до тих, які були знайдені в природі ще з світанку часу (пам’ятаєте ті радіатори чорного тіла?). Вони також непогано справляються з винайденими нами штучними джерелами, які тісно імітують такі природні джерела світла. Наш мозок може компенсувати різницю у джерелах світла, і ми сприймаємо більшість предметів одного кольору за різних типів джерел світла.
Камери, однак, повинні відрегулювати зміщення, яке вони надають, червоним, зеленим та синім каналами на знімках, які вони знімають. Якщо ми не сказали камері через такі параметри, як "денне світло" або "тінь", "флуоресцентний" або "вольфрам", який колір джерела світла він повинен робити "освіченою здогадкою" на основі підказки в сцена. Коли сцени не дають очікуваних підказок, наприклад, коли найяскравіші частини сцени не мають нейтральний / білий колір, камера часто може помилитися. Інший сценарій, який часто може обдурити камери по-іншому, це коли більша частина кадру є рівномірною яскравістю, яку камера намагатиметься виставити як середню яскравість на півдорозі між чисто білим та чистим чорним.
То як це все виходить?
Уявіть, що у вас абсолютно темна кімната без вікон. У цій кімнаті три окремі джерела світла. Один випромінює чисте синє світло, один випромінює чисто зелене світло, а один випромінює чисто червоне світло. Тепер заходьте в цю кімнату з чотирма картками в руці: чисто синій, чисто зелений, чисто червоний і чисто білий.
- Якщо увімкнено тільки синє світло, не відображатиметься правильний колір для відображення червоної та зеленої картки, тому вони будуть виглядати чорними. І синя, і біла карта відображатимуть лише синє світло і будуть виглядати однаково синьо. Якби ми зробили фотографію під таким світлом, не було б можливості розмежовувати блакитну карту та білу карту на отриманій фотографії.
- Якщо увімкнено лише зелене світло, не відображатиметься правильний колір для відображення червоної та синьої карт, і вони будуть виглядати чорними. І зелена карта, і біла карта відображатимуть лише зелене світло і будуть виглядати однаково зеленими. Якби ми зробили фотографію під таким світлом, не було б способу розмежувати зелену карту та білу карту на отриманій фотографії.
- Якщо увімкнено лише червоне світло, не буде світла правильного кольору для відображення синьої та зеленої картки, тому вони будуть виглядати чорними. Червона карта та біла карта відображатимуть лише червоне світло і будуть виглядати однаково червоними. Якби ми зробили фотографію під таким світлом, не було б можливості розмежувати червону картку та білу карту на отриманій фотографії.
- Коли червоне та зелене світло будуть включені, не буде світла правильного кольору, щоб синя карта відображала, і тому вона буде виглядати чорною. Червона картка буде виглядати червоною. Зелена карта буде виглядати зеленою. Біла карта, однак, буде поєднанням червоного та зеленого світла, на якому вона відображається, і виявиться жовтою. Якби ми зробили фотографію під таким світлом, ми могли б розрізнити червону, зелену та білу карти, але при повній відсутності синього світла все одно не було б способу зробити білу карту білою, змінивши лише посилення червоного , зелений та синій канали на нашому фото.
- Коли і червоне, і синє світло вмикаються, не буде світла правильного кольору для відображення зеленої картки, і це виглядатиме чорним. Червона картка буде виглядати червоною. Синя карта буде виглядати синьою. Біла карта, однак, буде поєднанням червоного та синього світла, на якому вона відображається, і буде здаватися фіолетовою / пурпуровою. Якби ми зробили фотографію під таким світлом, ми могли б розрізнити червону, синю та білу карти, але при повній відсутності зеленого світла все одно не було б способу виготовити біле, змінюючи посилення червоного, зеленого та сині канали на нашому фото.
- Коли і зелене, і синє світло вмикаються, не відображатиметься правильний колір для відображення червоної картки, тому він буде виглядати чорним. Зелена карта буде виглядати зеленою. Синя карта буде виглядати синьою. Біла карта, однак, буде поєднанням зеленого та синього світла, яке вона відображає, і, здається, буде аква. Якби ми зробили фотографію під таким світлом, ми могли б розрізнити зелену, синю та білу карти, але при повній відсутності червоного світла все одно не було б способу виготовити біле, змінюючи посилення червоного, зеленого та сині канали на нашому фото.
Тепер уявіть, що наші три джерела світла знаходяться на реостаті, і їх можна незалежно змінювати по яскравості. Якщо ми включимо синє світло на 20%, зелене світло - на 60%, а червоне - на 100%, у нас буде світло, яке дуже схоже на світло з вольфрамової цибулини з дуже теплим відтінком. Якби ми сфотографували наші чотири карти під таким світлом, вони виглядали б різними кольорами, але кольори змістилися б у бік червоного. Ключова відмінність від колишньої полягає в тому, що зараз у нас є хоча б трохи світла кожного кольору, з яким можна працювати. Якщо ми відрегулюємо підсилення камери кожного кольорового каналу таким чином, щоб червоне світло підсилювалося лише на 20%, зелене світло - на 33%, а синє - на 100%, ми закінчували б кожен колір, що має однакову яскравість для нашого білого картки, і вона, здавалося б, біла.
ВЕЛИЧЕЗНИЙ недолік робити це таким чином, що тепер жоден з квітів не будь-який яскравіше , ніж на 20% від того, що ми могли б отримати , якщо всі три лампочки були скориговані до 100% , і всі три колірних каналу було посилено на 100%! Якщо ми вирішимо підсилити нашу фотографію додатковими 500% після обробки, щоб вона виглядала як 100% посилення RGB 100% RGB світла, ми також посилимо шум читання нашої камери на 500%! Ось чому завжди бажано максимально наблизити освітлення до того, що ми хочемо, перш ніж виставити фотографію.
Як саме неочищені дані фотосесій RGB на датчику перетворюються на значення RGB пікселів за допомогою моделювання розподілу світла за балансом білого?
Слід пам’ятати, що фільтри в масці Bayer не є абсолютними. Ні три види шишок у сітківці людини!
Деяке червоне світло потрапляє крізь зелений та синій фільтри! Через червоний та синій фільтри потрапляє зелене світло! Через зелений та червоний фільтри потрапляє синє світло! Просто через червоні фільтри потрапляє більше червоного світла, ніж зеленого або синього. Через зелені фільтри потрапляє більше зеленого світла, ніж червоного або синього. Через сині фільтри потрапляє більше синього світла, ніж червоного або зеленого. Але кожен фотон (незалежно від того, на якій довжині хвилі світла він коливається), завдяки якому він проходить повз фільтр Байєра і вниз у кожну піксельну лунку, зараховується так само, як і кожен інший фотон, що дозволяє знизити цей піксельний колодязь. Сирі дані з датчика - це єдине монохромне значення освітленості за кожну піксельну лунку (правильніше називати сенселлю).
Таким же чином, всі шишки нашої сітківки мають певну реакцію на всі довжини хвиль видимого світла. Просто перекриття між зеленим і червоним набагато ближче в наших очах, ніж у наших камер.
Якщо червоний, синій і зелений канали невеликого пластиру на датчику кожен збирають однакову кількість фотонів, то чому це не представлено пікселем з рівними значеннями RGB?
Причиною, що камера не може завжди використовувати однакову вагу, є те, що колір різних джерел світла відрізняється. Наші очі і мізки зазвичай компенсують ці зміни колірної температури та балансу білого різних джерел світла. Нашим камерам потрібно трохи більше керівництва. Якщо для камери встановлено значення "Auto WB", вона використовуватиме інформацію, яку вона збирає на сцені, для відгадки правильної настройки. Найбільш основні камери зазвичай роблять це, вважаючи, що найяскравіша річ на зображенні - білий. Сучасні камери стали дуже витонченими в умінні правильно здогадуватися більшість часу. Але певні сценарії все ще важко їх правильно інтерпретувати. Таким чином, камери також дають користувачеві можливість встановити кольорову температуру та баланс білого вручну.
Чому ми «виправляємо» це, спотворюючи значення відповідно до джерела світла?
Тому що, коли світло від різних джерел світла відбивається від білих предметів, відбите світло не містить однакових кількостей червоного, зеленого та синього в порівнянні зі світлом від інших різних джерел світла, що відбиваються від одних і тих самих білих предметів. Кольори предметів на нашій фотографії вже «спотворюються», коли світло вражає датчик, виходячи з кольору джерела світла, що освітлює сцену, яку ми сфотографували. Ми робимо корекцію балансу білого, щоб протидіяти «спотвореним» кольорам, викликаним недосконалим джерелом світла.
Якщо баланс білого обраний правильно, чи не буде джерело світла чисто білим? Це суперечить тому, що джерела світла явно взагалі не здаються чисто білими.
"Правильна" ВБ для даного джерела світла - це посилення каналів R, G і B, що є більш-менш взаємною силою кожного з джерел світла. Якщо джерело світла має більше червоного кольору, ми посилюємо синій канал більше. Якщо джерело світла має більше синього кольору, ми посилюємо червоний канал більше.
Якщо я хочу, щоб зображення не відображало кольори об'єктів точно, а включало кольорове відтворення, якому підлягає моє бачення, то яка конфігурація балансу білого цього досягне?
Це залежатиме від джерела світла та кольорів предметів, які освітлює джерело світла. Хорошим місцем для початку було б десь приблизно 1/3 шляху вздовж осі кольорової температури між температурою джерела світла і приблизно 5200 К ("денне світло").
Чи є така собі глобальна "нейтральна" настройка, яка не змінює лиття кольорів?
Ні. Ваші очі та мозок завжди так чи інакше налаштовуються на різні джерела світла. Камера не налаштовується, якщо не буде змінено баланс білого. Якщо для камери встановлено значення Автоматичний баланс білого, камера замість фотографа буде "вибирати", як вона налаштована.
Наприклад, білі предмети не виглядають білими в темній кімнаті з увімкненим червоним світлом безпеки. Я також не хочу, щоб вони на моїх фотографіях були білими.
У випадку, коли освітлення дуже обмежене у своєму спектрі, регулювання насиченості зазвичай матиме більший вплив на сприйнятий колір, ніж коригування балансу білого. Якщо на зображенні є лише червоне світло, жодна кількість посилюючого зеленого та синього не змінить це сильно.
Подальше читання
Надзвичайний приклад того, як правильний баланс білого, особливо вздовж осі пурпурово-зеленого кольору, може впливати на колір (і більше) фотографії, дивіться цю відповідь на Роздуте синє / червоне світло, щоб фотографії виглядали не в фокусі (Кілька прикладів зображень включено у відповідь)
Про те, як корекція балансу білого та використання селективних коригувань кольорів при перетворенні з сировини можуть значно покращити кінцевий результат над тим, щоб дозволити камері робити це, будь ласка, дивіться: Багато шуму на моїх хокейних знімках. Що я роблю неправильно? (включений приклад, включаючи знімки екрана налаштувань, які використовуються для обробки необробленого файлу)
Докладніше про те, як налаштувати тонке регулювання балансу білого за межами кольорової температури в камері (або, за багатьма камерами, навіть при використанні AWB), будь ласка, дивіться: Як відмінити фіолетове освітлення сцени для об'єктів? (декілька прикладів зображень включено у відповідь)
Яка кольорова температура цільового освітлення балансу білого?
Що таке баланс білого в камері? Коли і де я повинен використовувати СБ?
Яке значення "балансу білого"?
Чому високі температури балансу білого червоніють, коли тепліші предмети синіші?
Файли RAW зберігають 3 кольори на піксель або лише один?
Чому моя біла картинка має синій відтінок?
Яка різниця між автоматичним балансом білого та звичайним балансом білого?
Чи є причини використовувати кольорові фільтри з цифровими камерами?
Як знайти правильну рівновагу для нічного міського пейзажу?
