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Technorati 标签: 白平衡 色温
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所谓白平衡（White Balance）：指在图像处理的过程中，对原本材质为白色的物体的图像进行色彩还原，去除外部光源色温的影响，使其在照片上也显示白色。也就是不管在任何光源下，都能将白色物体还原为白色。
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，而这七种色光又是由红、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。
那么，什么是色温呢？
为了了解白平衡，就必须了解另一个重要的概念：色温。所谓色温，简而言之，就是定量地以开尔文温度表示色彩。当物体被电灯或太阳加热到一定的温度时，就会发出一定的光线，此光线不仅含有亮度的成份，更含有颜色的成份，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。光源的颜色成分与该黑体所受的热力温度是相对应的，色温越高，蓝色的成份越多，图像就会偏蓝；相反，色温越低，红色的成份就越多，图像就会偏红。打铁过程中，黑色的铁在炉温中逐渐变成红色，这便是最好例子。
如果照射物体的光线发生了变化，那末其反映出的色彩也会发生了变化，而这种变化反映到摄像机里，就会产生在不同光线下彩色还原不同的现象。下面的表格显示了一些光线下的色温情况。
光源 色温（K）
蜡烛 2000
钨丝灯 2500-3200
碳棒灯 4000-5500
荧光灯 4500-6500
日光（平均） 5400
有云天气下的日光 6500-7000
阴天日光 12000-18000
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（2900K）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。正午阳光直射下的色温约为5600 K，阴天更接近室内色温3200K。日出或日落时的色温约为2000K，烛光的色温约为1930K。蓝天（18000K），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。所谓的冷暖色调，只是一种感性的叫法。
< 3300K 暖色 3300~6000K 白色 >6000K 冷色。
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。
当我们用肉眼观看这大千世界时，在不同的光线下，对相同的颜色的感觉基本是相同的，比如在早晨旭日初升时，我们看一个白色的物体，感到它是白的；而我们在夜晚昏暗的灯光下，看到的白色物体，感到它仍然是白的。这是由于人类从出生以后的成长过程中，人的大脑已经对不同光线下的物体的彩色还原有了适应性。但是，作为摄像机，可没有人眼的适应性，在不同的光线下，由于ＣＣＤ输出的不平衡性，造成摄像机彩色还原失真：或者图像偏蓝，或者偏红，如图所示。
下图中间的图像彩色还原是正常的，而左侧的图像明显偏蓝，右侧图像则偏红，因此左侧及右侧的图像都为白平衡不正常的图像．
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。摄像机的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。因为摄像头没有人眼那么智能（人眼在看到物体的时候，自动做色彩矫正），所以相机设定了一个范围，如果拍摄到的照片色彩平均值落在该设定范围内，则无需修正，如果偏离出该范围，则需要调整参数让其落在该范围内。这就是WB白平衡修正过程。
从上表可见，不同光线下色温相差十分悬殊，造成摄像机在不同的光线下彩色还原不同。为解决这个问题，现在的摄像机都具有白平衡校正功能，对不同的色温进行补偿，从而真实地还原拍摄物体的色彩。
现在摄像机都具备有自动白平衡及手动白平衡功能。自动白平衡使得摄像机能够在一定色温范围内自动地进行白平衡校正，其能够自动校正的色温范围在2500K-7000K之间，超过此范围，摄像机将无法进行自动校正而造成拍摄画面色彩失真，此时就应当使用手动白平衡功能进行白平衡的校正。
摄像机的白平衡
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），那么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。也就是说，对在特定光源下拍摄时出现的偏色现象，通过加强对应的补色来进行补偿。各种白平衡下的照片所产生的偏色显示出补偿时的补色。使用胶片相机时，为了对这些偏色进行补偿，拍摄时要用各种彩色滤镜。数码相机的基本原理与其类似，白平衡功能就相当于彩色滤镜。但在彩色滤镜中并没有类似自动白平衡的滤镜，在这一点上两者有很大区别。一般使用时选择自动白平衡（AWB）就足够了，但在特定条件下如果色调不理想，可以选择使用其他的各种白平衡选项。
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。搞清楚白平衡的工作原理之后，再使用的时候就会大胆地尝试不同的效果，丰富了摄像创作。
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。
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。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。
那么如何修正白平衡呢？,首先 有两个很重要的理论需要知道：
灰度世界理论：认为任何一幅图像, 当有足够的色彩变化时, 其R, G, B分量均值会趋于平衡(即 RGB三个数值相等, 也就是说应当是黑白灰类型的颜色)。这个理论在全局白平衡中得到?泛应用, 特点是能够利用更多的图像信息来做判断, 但在面对?色彩较为单一的图像时就显得有些乏力了。
全反射理论：一幅图像中亮度最大的点就是白点, 即假设在 YCbCr 空间中Ｙ值最?的点为白色, 以此来校正整幅图像。特点是只考虑色彩最亮的那部分, 跟上面的灰度世界理论正好相反, 在处理色彩偏单调的图像时效果好些, 但面对颜色丰富的图片时,因为最亮的点不一定是?色的, 可能会出现偏色的情况。
这两个理论分别对应着两种色彩空间 RGB 和 YCbCr 调整白平衡的理论基础：判断一张图片白平衡是否准确, 如果不准确, 如何量化其偏离数值。
几种白平衡算法：
1.灰度世界算法：
根据灰度世界理论，将原始图的RGB均值分别调整到R= G = B即可。不完美的地方就是这个算法对颜色不丰富的图像敏感程度一般，处理起来效果也就不会很理想，局限性很大。
2.标准差加权灰度世界算法：
该算法是针对上面算法的改进，它的原理是把图像等分成几块，然后对每块利用统计学进行分析，看里面颜色的丰富程度，颜色多的加权，颜色少的就减少权重，最后求和得到一个均值，根据这个相对精确的数值来进行RGB数值的修正。
3.全反射算法：
该算法认为最亮的那个点就是白色，如果不是，就针对偏离白色的数值进行逆向修正。缺点是没有高亮点或者图像色彩复杂，它的修正效果就会比较乏力。
还有:亮度加权灰度世界算法与全反射算法的正交组合算法，该算法效果不错，但运算量巨大。不过它本身是收敛的，不会对图像造成损失。
以上算法，见《白平衡修正算法》。??