При настройке конфигурации баланса белого мы настраиваем температуру и зелено-пурпурный сдвиг в соответствии с распределением длины волны и интенсивности света, которое наиболее близко коррелирует с фактическим распределением света, излучаемого источником света, освещающим нашу сцену.
Чего я не понимаю, так это того, каким образом наша камера использует эту информацию, чтобы изменить способ записи данных о цвете RGB. Предполагая, что это идеальное распределение равномерно освещает наш датчик, мы ожидаем, что белые/серые объекты будут демонстрировать определенную интенсивность красного/зеленого/синего по всему датчику, и я предполагаю, что этот шаблон будет отображаться в равные значения RGB в процессе. коррекции баланса белого. Я только предполагаю, хотя здесь.
Как именно необработанные данные фотосайтов RGB на датчике преобразуются в значения RGB пикселей с использованием распределения света, смоделированного балансом белого? Если красный, синий и зеленый каналы небольшого пятна на датчике собирают одинаковое количество фотонов, то почему это не представлено пикселем с одинаковыми значениями RGB? Почему мы «исправляем» это, искажая значения в зависимости от источника света?
Если баланс белого выбран правильно, не будет ли источник света казаться чисто белым? Это противоречит тому факту, что источники света в целом явно не выглядят чисто белыми.
Если я хочу, чтобы изображение не точно отображало цвета объектов, а включало в себя цветовые оттенки, которым подвержено мое зрение, то какая конфигурация баланса белого позволит этого добиться? Есть ли какая-то глобальная «нейтральная» настройка, которая не меняет оттенок? Например, белые объекты не кажутся белыми в темной комнате с включенной красной лампочкой безопасности. Я тоже не хочу, чтобы они были белыми на моих фотографиях.
Два параметра конфигурации баланса белого (температура и пурпурно-зеленый сдвиг) изменяют то, что камера воспринимает как характеристику длины волны и амплитуды освещения сцены. Как он использует эту информацию (формулы, к чему он стремится в принципе) для изменения яркости каналов RGB?
Наши глаза и мозг ежедневно делают то, что делает действие ЛСД относительно умеренным.
Одна из вещей, которую делает наш мозг, — это собственная деятельность по балансировке цветов. Никто точно не знает, почему, но теоретически мы делаем это, чтобы было легче отслеживать добычу, когда она уворачивается от теней и уходит из них (жертвы отражают голубое небо, находясь в тени, поэтому они становятся более синими). Независимо от того, почему, наш мозг делает это.
Это удивительно очевидно, если вы дайвер. Красные довольно быстро вырезаются толщей воды. Вообще-то на 30м красный - это камуфляжный цвет. Однако мы не замечаем этого, когда ныряем. Нам кажется, что мы видим идеальные цвета. Подержите белую карточку на глубине 30 м, и она покажется вам «белой».
Теперь сфотографируйте эту карту. Камера видит необработанные подсчеты фотонов. Он будет называть это так, как есть. В камеру попадет гораздо меньше красных фотонов, поэтому она запишет меньше красного на изображении. Без проблем!
Необходимость балансировки цвета возникает, когда вы пытаетесь просмотреть эти фотографии, когда вы не находитесь под водой на глубине 30 метров. Ваш мозг будет балансировать цвета, как он это делал под водой, но теперь он делает это с учетом воспринимаемого освещения в комнате. Если вы находитесь в достаточно освещенной комнате, ваш мозг настроится воспринимать белый объект (например, ненапечатанную белую рамку вокруг фотографии) как «белый». Теперь картинка выглядит ужасно синей. Это точная модель того, сколько красных фотонов попадало в ваш глаз, когда вы находились на глубине, но теперь ваш мозг больше не корректирует цвет.
Решение — балансировка белого. Вы выбираете «белый» объект на картинке (который на самом деле представляет собой набор голубоватых пикселей) и заявляете: «Я хочу, чтобы люди думали, что это белый». Программное обеспечение делает некоторую цветовую карту, чтобы эффективно делать то, что ваш мозг делал раньше. После печати эта область пикселей приобретает цвет света в комнате (обычно скорее желтоватый), но теперь ваш мозг правильно вносит свои коррективы, и вы воспринимаете белый цвет!
Это почти конец истории. Это замечательно работает для печати. На экране у мозга немного больше проблем с правильными предположениями о цветокоррекции, потому что яркость экрана не зависит от освещения в комнате вокруг вас. Если вы редактируете фотографию профессионально, обычно выбирают комнату с очень постоянным освещением и «цветовой баланс» монитора, чтобы вещи, которые он показывает как «белые», отображались как «белые» при печати!
Почему мы «исправляем» это, искажая значения в зависимости от источника света?]
Потому что ваша зрительная система реагирует на относительные изменения интенсивности различных цветов, тогда как датчик камеры записывает абсолютную интенсивность. Если вы какое-то время стоите под натриевым уличным фонарем, вы привыкаете к тому, что этот свет «белый», даже если он совсем другого цвета, чем солнечный свет. И сам солнечный свет меняет цвет в зависимости от времени суток, атмосферных условий и т. д., но большую часть времени мы также думаем о солнечном свете как о «белом».
Если баланс белого выбран правильно, не будет ли источник света казаться чисто белым?
Не думаю, что корреляция такая прямая. Представьте себе лампу накаливания, освещающую комнату — большая часть света, освещающего предметы в комнате, скорее всего, отражается от стен и других предметов, прежде чем попадет на предметы, на которые вы смотрите, и попадет вам в глаза. Так что вам нужно принять во внимание цвет стен и т.д. Если вы отрегулируете баланс белого в камере, чтобы лист бумаги выглядел белым на фотографии, изображение источника света все равно может выглядеть немного не совсем белым, потому что остальная часть комнаты играет определенную роль. (Однако обычно, если вы сфотографируете голую лампочку, вы получите что-то очень белое только потому, что она переэкспонирована.)
Если я хочу, чтобы изображение не точно отображало цвета объектов, а включало в себя цветовые оттенки, которым подвержено мое зрение, то какая конфигурация баланса белого позволит этого добиться?
Именно это и делает RAW — записывает именно то, что видит сенсор, без каких-либо настроек. Однако он также записывает настройку баланса белого, поэтому ваше программное обеспечение может внести соответствующие корректировки при рендеринге изображения.
Общий ответ на то, что вас интересует, заключается в том, что существует большая разница между простой фотометрической сценой, записанной нашими глазами или камерой, и результатами фильтрации этих необработанных данных с помощью процессов человеческого восприятия. Одним из феноменов человеческого восприятия, который может быть тесно связан с тем, о чем вы спрашиваете, может быть вот этот : даже количество света может влиять на наше субъективное впечатление о его «теплоте» или «холодности».
Надеюсь, будут лучшие ответы, но это место, чтобы начать размышлять о том, насколько сложна ситуация. :)
Между прочим, я сильно подозреваю, что способность осознавать различия в источниках света довольно сильно различается у людей, и, вероятно, ей можно в какой-то степени «обучиться», как только вы начнете обращать на это внимание… по крайней мере, я знаю. что я знаю об этом гораздо лучше, чем раньше.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ МЫСЛЬ: в ответ на ваш последний пункт мне кажется, что даже когда мы хотим запечатлеть впечатление от цвета света в сцене, буквальное, «объективное» впечатление от камеры все еще слишком сильное, поскольку наши впечатления вероятно, «исправляется» по крайней мере до некоторой степени, даже когда мы знаем о светлом цвете. Наилучший субъективный результат, вероятно, обычно достигается путем, так сказать, разделения разницы.
Что такое 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 белый имеет цветовой баланс. Свет любой цветовой температуры/баланса белого с достаточно полным спектром можно сделать белым на фотографии. Его также можно сделать оранжевым, синим, красным или любым другим цветом, который мы захотим, отрегулировав усиление красного, зеленого и синего каналов в изображении, которое мы сделали при этом освещении. Мы называем общее усиление канала для трех цветовых каналов на фотографиях балансом белого .
Различные источники света излучают свет с разной цветовой температурой и оттенками. Даже источники «белого света», которые излучают свет, включающий большую часть или весь видимый спектр, обычно имеют большую часть своего света, сосредоточенного на различных цветовых температурах. Если эти источники света представляют собой так называемые «излучатели черного тела», излучаемый ими свет определяется их температурой, измеряемой в градусах Кельвина. Светящиеся газы на поверхности звезд, например, являются излучателями черного тела. То же самое происходит с большинством металлов при нагревании до тех пор, пока они не начинают светиться, затем плавятся и, наконец, превращаются в пар, если их нагреть достаточно сильно. Шкала температур, при которых излучатели черного тела производят определенные цвета, выражается в градусах Кельвина и представляет собой одну ось цветового круга, которая перемещается от синего с одной стороны к янтарному с другой. Это то, что мы называемЦветовая температура .
Но цветовая температура — это всего лишь одна ось на цветовом круге 360°. То, что мы называем балансом белого, включает в себя весь цветовой круг. Источники света, не являющиеся излучателями абсолютно черного тела, могут излучать свет, цвет которого отсутствует на оси цветовой температуры. Такой свет может быть более пурпурным или более зеленым, чем ближайший цвет, попадающий по оси цветовой температуры. Иногда мы называем это зеленым ←→пурпурным оттенком оси или цветовым тоном.. Чтобы полностью выразить преобладающий цвет источника света, нам нужно не только определить его положение вдоль оси цветовой температуры синего ←→янтарного цвета, но мы также должны определить его положение вдоль оси зеленого ←→пурпурного оттенка, которая перпендикулярна синяя ← → янтарная ось. (Когда мы используем только цветовую температуру для правильного описания источника света, это происходит потому, что оттенок этого источника света нейтрален, то есть он падает на ось цветовой температуры без смещения в сторону зеленого или пурпурного.) Большинство естественных источников света излучают свет, который падает вдоль оси цветовой температуры.
Однако мы еще не полностью описали природу света от источника света, когда определили количество синего ←→ янтарного и зеленого ←→ пурпурного, которые являются наиболее доминирующим компонентом этого света.
Мало того, что источники света излучают свет с центром на определенных длинах волн (которые наши глаза/мозг интерпретируют как определенные цвета), но некоторые источники излучают свет с более широким диапазоном длин волн/цветов, чем другие. Например, вольфрамовые лампочки излучают свет с температурой около 3000К. Но некоторое количество почти всего диапазона длин волн видимого света входит в свет от вольфрамовой лампочки. Просто в свете, излучаемом вольфрамовой лампой, преобладает диапазон около 3000К. Лампы на парах натрия, с другой стороны, излучают очень узкий спектр света около 2500K. Но натриевые лампы 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, еще более проблематичны, когда мы пытаемся выполнить коррекцию баланса белого, чтобы получить точный цвет объектов, которые они освещают. Если источник света вообще не излучает синий свет, то не будет никакого света, который могли бы отражать синие объекты. Если нет синего сигнала для усиления, не имеет значения, насколько мы усиливаем синий канал, мы не увидим синего (кроме ложного синего, вызванного шумом считывания камерой в синем канале).
Регулировки, которые мы делаем между необработанной информацией, собранной камерой, и фотографией, которую мы хотим получить, чтобы что-то выглядело белым, не являются цветовой температурой как таковой, это компенсирующий фильтр , который регулирует относительную силу красного, зеленого и цвета. синие компоненты на изображении, чтобы значения красного, зеленого и синего были равны для объектов, которые мы хотим сделать белыми или нейтрально-серыми. Мы присваиваем номер цветовой температуры (5500K) или название баланса белого (холодный флуоресцентный) определенному набору множителей, потому что он является подходящим, необходимым для компенсации фотографии, сделанной при освещении, которое было сосредоточено на этой цветовой температуре и с этим оттенок.Если использованный свет был очень синим, то мы должны применить очень оранжевый фильтр, чтобы скорректировать синий оттенок света. Вот почему, несмотря на то, что свет 10000K очень синий, когда мы перемещаем ползунок в нашем приложении для необработанной обработки до 10000K, вещи, снятые при более желтом свете, выглядят оранжевыми. Вот почему, несмотря на то, что свет 2500K выглядит очень теплым, когда мы перемещаем ползунок в нашем приложении для необработанной обработки до 2500K, вещи, снятые в более желтом свете, выглядят очень круто.
Опять же, при любой конкретной настройке цветовой температуры нам также может потребоваться изменить настройку оси зеленого ← → пурпурного, которая проходит примерно перпендикулярно оси синего ← → желтого на цветовом круге, чтобы конкретный объект выглядел белым. Это связано с тем, что не все источники света излучают свет, который попадает точно в континуум цветовой температуры, определяемый 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 излучает излучатель черного тела при любой температуре. С другой стороны, типичные флуоресцентные лампы старого образца излучают гораздо более зеленый оттенок, чем излучает черное тело.
Когда мы изменяем настройку цветовой температуры фотографии, которую мы сделали, мы не меняем цвет света, который присутствовал, когда фотография была сделана. Скорее, мы изменяем степень усиления каждого из каналов RGB по сравнению с двумя другими каналами RGB.
Параметр баланса белого — это набор множителей для красного, зеленого и синего каналов, который подходит для применения к фотографии, сделанной при освещении с определенной цветовой температурой и оттенком. Это влияет на то, каким цветом будут казаться различные объекты на фотографии, но не меняет «их баланс белого», потому что эти объекты не имеют баланса белого — свет, который их освещал, имеет баланс белого.
Если мы фотографируем белый объект при свете 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 8000K, чтобы объект выглядел белым на нашей фотографии. Если мы применим множители RGB (т. е. настройку цветовой температуры ), соответствующие освещению 5000K, к первому изображению, снятому при освещении 2700K, белый объект будет выглядеть желто-оранжевым, если мы применим множители RGB, соответствующие 5000K, ко второму изображению, снятому при освещении 8000K. освещение белого объекта будет выглядеть синим.
Термин баланс белого также используется для описания того, как мы пытаемся исправить цветовые оттенки на фотографиях, сделанных при различных типах источников света.
Помните, мы говорили, что разные источники света излучают свет с разной цветовой температурой и балансом белого? Это влияет на то, какими цветами кажутся вещи, которые они освещают. Это влияет на цвет, который видят наши глаза и мозг. Это также влияет на цвет, который видят наши камеры. Хотя наши камеры имитируют то, как наши глаза и мозг создают цвет, они не делают это точно так же.
Наши системы глаз и мозга невероятно хорошо адаптируются к различным источникам света, особенно к тем, которые были обнаружены в природе с незапамятных времен (помните те излучатели черного тела?). Они также довольно хорошо справляются с теми искусственными источниками, которые мы изобрели, которые точно имитируют такие естественные источники света. Наш мозг может компенсировать разницу в источниках света, и мы воспринимаем большинство объектов одного цвета при разных типах источников света.
Камеры, однако, должны регулировать смещение, которое они придают красному, зеленому и синему каналам в изображениях, которые они снимают. Если мы не сообщили камере с помощью таких настроек, как «дневной свет», «тень», «флуоресцентный» или «вольфрам», какого цвета источник света, она должна сделать «обоснованное предположение», основанное на подсказках в изображении. сцена. Когда сцены не дают ожидаемых подсказок, например, когда самые яркие части сцены не имеют нейтрального/белого цвета, камера часто может ошибаться. Другой сценарий, который часто может обмануть камеры по-другому, — это когда большая часть кадра имеет однородную яркость, которую камера пытается выставить как среднюю яркость на полпути между чистым белым и чистым черным.
Так как же все это работает?
Представьте, что у вас есть совершенно темная комната без окон. В этой комнате три отдельных источника света. Один излучает чистый синий свет, другой излучает чистый зеленый свет, а третий излучает чистый красный свет. Теперь войдите в эту комнату с четырьмя картами в руке: чистой синей, чистой зеленой, чистой красной и чистой белой.
Теперь представьте, что каждый из наших трех источников света находится на реостате и может независимо изменять яркость. Если мы включим синий свет на 20%, зеленый свет на 60% и красный свет на 100%, мы получим свет, очень похожий на свет от вольфрамовой лампы с очень теплым оттенком. Если бы мы сфотографировали наши четыре карты при таком освещении, все они выглядели бы разного цвета, но цвета были бы смещены в сторону красного. Однако ключевое отличие от предыдущего заключается в том, что теперь у нас есть хотя бы немного света каждого цвета, с которым можно работать.Если мы настроим усиление камеры для каждого цветового канала так, чтобы красный свет усиливался только на 20 %, зеленый — на 33 %, а синий — на 100 %, мы получим, что каждый цвет имеет одинаковую яркость для нашего белого. карта, и она будет казаться белой.
ОГРОМНЫМ недостатком этого способа является то, что теперь ни один из цветов не ярче, чем 20% того, что мы могли бы получить, если бы все три источника света были настроены на 100%, а все три цветовых канала были усилены на 100%! Если мы решим усилить нашу фотографию еще на 500% при постобработке, чтобы она выглядела как 100% усиление RGB 100% света RGB, мы также увеличим шум чтения нашей камеры на 500%! Вот почему всегда предпочтительнее получить освещение как можно ближе к тому, что мы хотим, прежде чем экспонировать фотографию.
Как именно необработанные данные фотосайтов RGB на датчике преобразуются в значения RGB пикселей с использованием распределения света, смоделированного балансом белого?
Следует помнить, что фильтры в маске Байера не являются абсолютными. Как и три типа колбочек в сетчатке человека!
Некоторое количество красного света проходит через зеленый и синий фильтры! Немного зеленого света проходит через красный и синий фильтры! Некоторое количество синего света проходит через зеленый и красный фильтры! Просто через красные фильтры проходит больше красного света, чем зеленого или синего. Через зеленые фильтры проходит больше зеленого света, чем красного или синего. Через синие фильтры проходит больше синего света, чем красного или зеленого. Но каждый фотон (независимо от того, на какой длине волны он колеблется), прошедший через фильтр Байера и спустившийся в каждую пиксельную лунку, считается так же, как и любой другой фотон, прошедший этот пиксельный колодец. Необработанные данные с датчика представляют собой одно монохромное значение яркости .для каждого пикселя хорошо (правильнее называть сенсором).
Точно так же все колбочки нашей сетчатки реагируют на все длины волн видимого света. Просто перекрытие между зеленым и красным в наших глазах намного ближе, чем в наших камерах.
Если красный, синий и зеленый каналы небольшого пятна на датчике собирают одинаковое количество фотонов, то почему это не представлено пикселем с одинаковыми значениями RGB?
Причина, по которой камера не может всегда использовать одни и те же весовые коэффициенты, заключается в том, что цвета различных источников света различны. Наши глаза и мозг обычно компенсируют эти различия в цветовой температуре и балансе белого различных источников света. Нашим камерам нужно немного больше указаний. Если камера настроена на «Автоматический баланс белого», она будет использовать информацию, которую она собирает в сцене, чтобы угадать правильную настройку. Самые простые камеры обычно делают это, предполагая, что самая яркая часть изображения — белая. Современные камеры стали очень изощренными в способности угадывать правильно большую часть времени. Но некоторые сценарии им все еще трудно интерпретировать должным образом. Таким образом, камеры также дают пользователю возможность вручную устанавливать цветовую температуру и баланс белого.
Почему мы «исправляем» это, искажая значения в зависимости от источника света?
Потому что, когда свет от различных источников света отражается от белых объектов, отраженный свет не содержит такого же количества красного, зеленого и синего по сравнению со светом от других различных источников света, отражающимся от тех же белых объектов. Цвета объектов на нашей фотографии уже «искажаются», когда свет попадает на датчик, в зависимости от цвета источника света, освещающего сфотографированную нами сцену. Мы делаем коррекцию баланса белого , чтобы противодействовать «искаженным» цветам, вызванным несовершенным источником света.
Если баланс белого выбран правильно, не будет ли источник света казаться чисто белым? Это противоречит тому факту, что источники света в целом явно не выглядят чисто белыми.
«Правильный» баланс белого для данного источника света — это усиление каналов R, G и B, которое более или менее обратно пропорционально силе каждого из них в источнике света. Если в источнике света больше красного, мы сильнее усиливаем синий канал. Если в источнике света больше синего, мы сильнее усиливаем красный канал.
Если я хочу, чтобы изображение не точно отображало цвета объектов, а включало в себя цветовые оттенки, которым подвержено мое зрение, то какая конфигурация баланса белого позволит этого добиться?
Это будет зависеть от источника света и цветов объектов, которые освещает источник света. Хорошим местом для начала было бы где-то около 1/3 пути по оси цветовой температуры между температурой источника света и примерно 5200K («дневной свет»).
Есть ли какая-то глобальная «нейтральная» настройка, которая не меняет оттенок?
Нет. Ваши глаза и мозг всегда так или иначе приспосабливаются к различным источникам света. Ваша камера не настраивается до тех пор, пока не будет изменен баланс белого. Если у вас есть камера, настроенная на автоматический баланс белого , камера, а не фотограф, «выберет», как ее отрегулировать.
Например, белые объекты не кажутся белыми в темной комнате с включенной красной лампочкой безопасности. Я тоже не хочу, чтобы они были белыми на моих фотографиях.
В случае, когда освещение очень ограничено по своему спектру, регулировка насыщенности обычно оказывает большее влияние на воспринимаемый цвет, чем регулировка баланса белого. Если на изображении есть только красный свет, никакое усиление зеленого и синего не изменит его.
Крайний пример того, как правильный баланс белого, особенно вдоль пурпурно-зеленой оси, может повлиять на цвет (и многое другое) фотографии, см. в этом ответе на вопрос о пересвете синего/красного света, из-за которого фотографии выглядят не в фокусе (несколько примеров изображений приведены ниже) . включено в ответ)
О том, как коррекция баланса белого и использование выборочной настройки цвета при преобразовании из RAW-файла может значительно улучшить конечный результат по сравнению с камерой, см.: Много шума на моих хоккейных снимках. Что я делаю не так? (включен пример, включающий снимки экрана с настройками, используемыми для обработки необработанного файла)
Для получения дополнительной информации о точной настройке баланса белого помимо цветовой температуры в камере (или, на многих камерах, даже при использовании AWB), см.: Как отменить фиолетовое освещение сцены на объектах? (несколько примеров изображений включены в ответ)
Какая цветовая температура подсветки мишени баланса белого?
Что такое баланс белого в фотоаппарате? Когда и где я должен использовать WB?
Что означает термин «баланс белого»?
Почему высокие температуры баланса белого краснеют, когда более теплые объекты голубее?
Файлы RAW 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 найти правильный баланс белого для ночного города?
Электроника и человеческий разум — разные вещи. Как уже упоминалось, наши глаза подстраивают под нас освещение/сцену.
Свет в физике — это длина волны. В длинах волн есть разные частоты. Эти разные частоты определяют цвет. Ниже приведен очень упрощенный пример взаимосвязи между цветами и длинами волн:
Источник: http://science.hq.nasa.gov/kids/imagers/ems/visible.html
Отсюда можно понять, что разные источники света излучают разные частоты. Посмотрите еще один упрощенный график:
Источник: http://micro.magnet.fsu.edu/primer/lightandcolor/lightsourcesintro.html
Камеры на самом деле могут захватить больше , чем наши глаза. Здесь вступает в игру баланс белого. Чтобы камера показывала то, что видят наши глаза, она регулирует баланс белого.
Если я хочу, чтобы изображение не точно отображало цвета объектов, а включало в себя цветовые оттенки, которым подвержено мое зрение, то какая конфигурация баланса белого позволит этого добиться?
Автоматический баланс белого. Если результаты вашей камеры не удовлетворяют, измените баланс белого. Вы можете чему-то научиться!
Помните, что в наши дни камеры очень сложны. Но не так сложно, как человеческое тело.
Сабольч
миридий
миридий
Сабольч
Сабольч
BBKing
Йоханнес Д
Майкл С