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摄像机白平衡原理的调试方法

2011-10-26

    白平衡的概念来自摄像机,即使最简易的黑白摄像机也几乎都具有自动白平衡功能。其实人的眼睛天然具有白平衡功能,当我们看书的时候,在日光灯下也好,在各种不同的灯光下也好,我们的视觉中都是白纸黑字。但熟悉黑白摄像机的人们都知道色温这个概念,同样一个胶片,在不同的色温下拍出物体的色彩是不同的。

  简单地说白平衡就是无论环境光线如何,仍然把定义为的一种功能。颜色实质上就是对光线的解释,在正常光线下看起来是白颜色的东西在不同色温的光线下看起来就不是白色。所谓白平衡就是运用计算机技术把不同色温下的白颜色调整正确,从理论上说白颜色调整正确其它色彩就都准确了。黑白摄像机的核心部件CCD传感器在输出信号时进行一定的修正,这种修正就叫做白平衡。

  目前市场销售的黑白摄像机几乎都具备自动白平衡功能,较复杂的还可预设诸如灯光、日光灯、日光等选项和手动多种模式控制白平衡。选购黑白摄像机时,是否具有较好的白平衡功能应是考虑的问题之一。当然几乎所有的图像处理软件都可以调整图像的色彩,但如果你对图象软件不是很熟悉,或者不愿太麻烦去调整,你最好还是选择具有较好的白平衡功能的摄像机。

  白平衡,字面上的理解是白色的平衡。那什么是白色?这就涉及到一些色彩学的知识,白色是指反射到人眼中的光线由于蓝、绿、红三种色光比例相同且具有一定的亮度所形成的视觉反应。我们都知道白色光是由赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成的,而这七种色光又是有红、绿、蓝三原色按不同比例混合形成,当一种光线中的三原色成分比例相同的时候,习惯上人们称之为消色,黑、白、灰、金和银所反射的光都是消色。通俗的理解白色是不含有色彩成份的亮度。人眼所见到的白色或其他颜色同物体本身的固有色、光源的色温、物体的反射或透射特性、人眼的视觉感应等诸多因素有关(请参阅《色彩学原理》),举个简单的例子,当有色光照射到消色物体时,物体反射光颜色与入射光颜色相同,既红光照射下白色物体呈红色,两种以上有色光同时照射到消色物体上时,物体颜色呈加色法效应,如红光和绿光同时照射白色物体,该物体就呈黄色。当有色光照射到有色物体上时,物体的颜色呈减色法效应。如黄色物体在品红光照射下呈现红色,在青色光照射下呈现绿色,在蓝色光照射下呈现灰色或黑色。

在了解黑白摄像机白平衡之前还要搞清另一个一个非常重要的概念――色温。所谓色温,简而言之,就是定量地以开尔文温度(K)来表示色彩。英国著名物理学家开尔文认为,假定某一黑体物质,能够将落在其上的所有热量吸收,而没有损失,同时又能够将热量生成的能量全部以的形式释放出来的话,它便会因受到热力的高低而变成不同的颜色。例如,当黑体受到的热力相当于500—550摄氏度时,就会变成暗红色,达到10501150摄氏度时,就变成黄色,温度继续升高会呈现蓝色。光源的颜色成分是与该黑体所受的热力温度是相对应的,任何光线的色温是相当于上述黑体散发出同样颜色时所受到的温度,这个温度就用来表示某种色光的特性以区别其它,这就是色温。打铁过程中,黑色的铁在炉温中逐渐变成红色,这便是黑体理论的最好例子。色温现象在日常生活中非常普遍,相信人们对它并不陌生。钨丝灯所发出的光由于色温较低表现为黄色调,不同的路灯也会发出不同颜色的光,天然气的火焰是蓝色的,原因是色温较高。万里无云的蓝天的色温约为10000K,阴天约为7000~9000K,晴天日光直射下的色温约为6000K,日出或日落时的色温约为2000K,烛光的色温约为1000K。这时我们不难发现一个规律:色温越高,光色越偏蓝;色温越低则偏红。某一种色光比其它色光的色温高时,说明该色光比其它色光偏蓝,反之则偏红;同样,当一种色光比其它色光偏蓝时说明该色光的色温偏高,反之偏低。

 

  由于人眼具有独特的适应性,使我们有的时候不能发现色温的变化。比如在钨丝灯下呆久了,并不会觉得钨丝灯下的白纸偏红,如果突然把日光灯改为钨丝灯照明,就会觉查到白纸的颜色偏红了,但这种感觉也只能够持续一会儿。摄像机的CCD并不能像人眼那样具有适应性,所以如果黑白摄像机的色彩调整同景物照明的色温不一致就会发生偏色。那么什么是白平衡呢?白平衡就是针对不同色温条件下,通过调整摄像机内部的色彩电路使拍摄出来的影像抵消偏色,更接近人眼的视觉习惯。白平衡可以简单地理解为在任意色温条件下,彩色摄像机镜头所拍摄的标准白色经过电路的调整,使之成像后仍然为白色。这是一种经常出现的情况,但不是全部,白平衡其实是通过黑白摄像机内部的电路调整(改变蓝、绿、红三个CCD 电平的平衡关系)使反射到镜头里的光线都呈现为消色。如果以偏红的色光来调整白平衡,那么该色光的影像就为消色,而其他色彩的景物就会偏蓝(补色关系)。