深入理解白平衡，自定义白平衡原理

 白平衡  NOTE：Mainly to see the colored fonts！ 英文名称     White Balance  白平衡是描述显示器中红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色混合生成后白色精确度的一项指标。

一、什么是白平衡

白平衡没有缺陷的显示器，在改变色彩及亮度时不会影响白色纯净度，也就是说不会出现偏色，更不会有其它的杂色掺杂其中，因为对于一台高档大屏幕专用显示器而言，哪怕是很微小的“偏色”都会影响画面的色彩质量。  白平衡的应用  许多人在使用数码摄像机拍摄的时候都会遇到这样的问题：在日光灯的房间里拍摄的影像会显得发绿，在室内钨丝灯光下拍摄出来的景物就会偏黄，而在日光阴影处拍摄到的照片则莫名其妙地偏蓝，其原因就在于“白平衡”的设置上  什么是白平衡  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  色温    

在了解白平衡之前还要搞清另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“光”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℃时，就会变成暗红色，达到1050－1150℃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10000 K，阴天约为7000~9000 K，晴天日光直射下的色温约为6000 K，日出或日落时的色温约为2000 K，烛光的色温约为1000 K。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。  

人眼具有独特的适应性  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，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）。  白平衡的工作原理  白平衡是一个很抽象的概念，最通俗的理解就是让白色所成的像依然为白色，如果白是白，那其他景物的影像就会接近人眼的色彩视觉习惯。调整白平衡的过程叫做白平衡调整，白平衡调整在前期设备上一般有三种方式：预置白平衡、手动白平衡调整和自动跟踪白平衡调整。通常按照白平衡调整的程序，推动白平衡的调整开关，白平衡调整电路开始工作，自动完成调校工作，并记录调校结果。如果掌握了白平衡的工作原理，那么使用起来会更加有的放矢，得心应手。

二、理解白平衡

1、感性理解

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！而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！

2.工作原理

白平衡是怎样工作的 

摄像机内部有三个ＣＣＤ电子耦合元件，他们分别感受蓝色、绿色、红色的光线，在预置情况下这三个感光电路电子放大比例是相同的，为１：１：１的关系，白平衡的调整就是根据被调校的景物改变了这种比例关系。比如被调校景物的蓝、绿、红色光的比例关系是２：１：１（蓝光比例多，色温偏高），那末白平衡调整后的比例关系为１：２：２，调整后的电路放大比例中明显蓝的比例减少，增加了绿和红的比例，这样被调校景物通过白平衡调整电路到所拍摄的影像，蓝、绿、红的比例才会相同。也就是说如果被调校的白色偏一点蓝，那么白平衡调整就改变正常的比例关系减弱蓝电路的放大，同时增加绿和红的比例，使所成影像依然为白色。    换一个思路来考虑白平衡调整的问题，摄像机在白平衡调整容度之内不会“拒绝”放在镜头前面的被调校景物，就是说镜头可以对着任何景物来调整白平衡。大多情况下使用白色的调白板（卡）来调整白平衡，是因为白色调白板（卡）可最有效地反映环境的色温，其实很多时候某种环境下白板（卡）并不是白色，多多少少会偏一点蓝或其它的颜色，经验丰富的摄像也会利用蓝天来调白平衡，从而得到偏红黄色调的画面。  白平衡调整  在生活中日光的色温是不断变化的，可以说没有两个地方的色温会完全一样，不同的地域、季节、地面环境、天气、早晚等等都会对色温造成影响，还有大量的人工光源，色温也不尽相同。摄像师调整白平衡的方法大体分粗调、精细调整和自动跟踪（ATW）三种：粗调指在预置情况下改变色温滤光片，使色温接近到到３２００K的出厂设置；精细调整是指在色温滤光片的配合下通过摄像机白平衡调整功能，针对特定环境色温得到一个更为精确的调整结果；自动跟踪是指依靠摄像机的自动跟踪功能（ATW），摄像机自身根据画面的色温变化随时调整。 

3、进一步理解白平衡

对于白平衡，可能很多人跟我有过同样的误区，对白平衡定义最多的一句话 就是“白平衡就是把白还原成白”，其实这句话本没有错，但是它很容易把 人引入一个误区，就是白平衡就是完全按照白色去定义，其实白平衡更准确 的说应该是色彩平衡，或者说是消色平衡，所谓消色，指的就是黑白灰，那 么色彩平衡指的又是什么呢？相机中的每一个点（像素）的颜色都是由三种 原色控制的，即红绿蓝，在这一点上如果红色偏多，那表现出来的色彩就会 偏红，同理，如果绿色多就偏绿，蓝色多就偏蓝，如果红绿同时多就显示出 红绿的混合色——黄色，所有相机中的斑斓色彩都是由红绿蓝这三种颜色相 互作用最终显示出来的，

如下图的色环所示，任何两种颜色混合，表现出来 的就是他们之间短弧所夹的那种颜色，正对的颜色混合，则色彩消失，为白 色。 相机中把每一点的色彩亮度划分了一个范围，从0到255，亮度反应的其实就是这一点反射的光线的强度，光线完全不反射，数值为0，光线完全被反射，数值为255，如果某一点的红色亮度为0，则这一点上，没有红色光线被反射，红色被完全吸收，红色完全消失，相应的表现出来的是蓝绿的混合色，同理，如果绿色为0，则绿色消失，蓝色为0，则蓝色消失，如果某一点，红绿都为0，蓝色不为0，则表现出来的色彩是纯蓝色，如果某一点的红绿蓝值相同，那三种颜色相互抵消，色彩也就随之消失了，表现出来的就是消色，如果某一点红绿蓝都为0，那这一点的颜色就是纯黑色，因为没有任何光线被反射，光线全被吸收，如果某一点的红绿蓝都为255，那这一点表现的颜色就是白色，因为所有的光线都被反射了出来，而我们知道所有的颜色完全反射出来的色彩就是白色，如果某一点的红绿蓝的数值都是50，那这一点表现出来的色彩就是浅灰色，如果数值是200，那就是深灰色，所以摄影上，灰色有着很长的一个跨度，而白色和黑色，只有一个，如下图，所谓的消色，即红绿蓝三色的比例关系为1:1:1，即色彩消失了。

提到白平衡还要接触的一个概念就是色温，所谓色温就是用开氏温度表示色彩，色温越高，色彩越偏蓝色，色温越低，色彩越偏红色，反之亦然，光线偏蓝色，表明色温偏高，光线偏红色，表明色温偏低，如果环境光为纯蓝色光，那么光线照到白色物体上，因为白色物体不吸收任何光线，会全部反射照到它上面的光线，那么这种情况下，白色物体就会反射出蓝色光线，相应的它的颜色就已经是蓝色的了，只是人脑存在意识，我们知道那个物体是白色的，虽然蓝色光线照在它上面，但我们依然知道它是白色的，但是相机跟人眼不一样，相机不知道物体本来的颜色是什么，相机只是忠实的记录物体反射出来的颜色，相应的拍出来的物体就是蓝色的了，这样色彩就出现了偏差，为了平衡这个偏差，相机设置了白平衡这一功能，把色彩还原到本来的样子，比如上面的蓝色光，因为蓝光是被百分之百的反射的，所以蓝光的亮度值为255，为了平衡色彩，抵消掉蓝色，就需要把红色和绿色的比例提高，将红色和绿色都提高到255，这样三色都为255，混合后即为白色，这样就把白还原成了白，同理也可以把灰还原成灰，白平衡其实就是让消色的物体回到消色的状态，抵消色彩偏差，所以设定白平衡其实并不是在设置白色，而是在设置红绿蓝三色的比例，让这三色比例恢复到1:1:1的状态，这样，拍出的照片色彩就还原为真实的色彩了.

灰的拍成白的，深红拍成浅红，那只是亮度的问题，跟白平衡无关，前面我已经解释过了，白平衡只是色彩的比例，并不涉及亮度，下面就分别是灰板灰面和白面的分别自定义的片子，几乎没有差别，只是由于实验条件不是十分严格，略有不同。

用灰板灰面作为自定义白平衡拍的片子，灰面为参照物

用灰板白面作为自定义白平衡拍的片子，灰面为参照物

下面是用灰板的灰面自定义白平衡后的片子，白面作为参考，拍摄条件和参数都是一样的

作者：admin

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