白平衡
简介
数码相机的白平衡功能可确保图像范围内的物体以与光源相符的颜色被捕捉。白光光源（如太阳）并非始终一致，其色温可能各不相同（例如，虽然太阳是同一光源，但其色温会随一天中的不同时段而变化）。
通常情况下，白平衡会根据光源的色温自动进行调整。然而，人眼对光源颜色的感知与相机有所不同。因此，当白平衡始终自动调整为中性灰色时，图像的呈现效果会与人眼所见有所差异，从而影响图像质量。 几乎所有相机都提供了多种白平衡调整选项来弥补这一影响。这些调整能让相机识别当前的拍摄环境，并据此进行相应调整。
图1：白平衡设置不当对图像质量可能产生的影响示例。
了解白平衡
数码相机通过白平衡功能，以正确的颜色捕捉理想的场景。那么问题来了：光究竟是什么颜色？物理学将光描述为具有不同波长的电磁辐射，这些波长共同构成了丰富多彩的光谱。 例如，看起来呈蓝色的光，其主导波长范围约为 400-500 纳米，而红光的主导波长范围则为 600-700 纳米。然而，白光是由所有波长的光组成的。一个很好的例子就是水滴反射光线时产生的彩虹现象。
图片 1：白光经雨滴折射后，产生不同波长和颜色。
色温
“色温*”一词描述了特定光源的视觉颜色。该温度以开尔文为单位，将光源值分为冷色调、中性色调或暖色调，且每种光源都有其独特的色谱，会在同一物体上产生不同的色偏。 例如，以蜡烛火焰为光源拍摄的苹果照片，其色偏会与使用 LED 灯或阳光拍摄同一图像时呈现的色偏不同。如果相机未进行正确的白平衡校正，物体将无法呈现其真实颜色。
图片 2：各种光源的色温（单位为开尔文）。
人眼与相机
人眼对颜色的感知与数码相机不同。即使在不同的光源下观察同一物体，我们仍然能够正确识别该物体的真实颜色。 例如，一堵白色的室外墙壁，由于太阳光谱的变化，在一天中的不同时段会呈现出不同的颜色。然而，我们仍然能够识别出其正确的颜色，因为人眼视觉系统能够适应这些Illumination条件的变化。
与此同时，数码相机通过滤光片将光源和物体的信息分配到不同的色彩通道中。色彩本身是在图像处理过程中计算得出的。然而，由于传感器无法识别色温，因此无法自动调整色彩，导致图像出现色彩失真。 让我们再次以白墙为例。如果我们在下午拍摄这面墙，然后在日落时分再次拍摄，墙壁会呈现不同的色偏，因为相机没有采用正确的色温。数码相机通过图像评估和白平衡功能来准确校正颜色，从而弥补这一缺陷。
*该温度值基于黑体的加热。根据温度的不同，黑体会辐射出具有特定光谱分布的光，从而呈现出相应的视觉颜色。较低的色温被视为暖色，呈现更多红橙色调；而较高的色温则呈现蓝调（冷色）。
白平衡方法
在讨论各种白平衡方法之前，首先必须了解错误的白平衡设置会对图像产生何种影响。如果将白平衡设置为“日光”，下午会看到偏黄的色偏，日落时则会出现偏红的色偏。 要避免这些伪色，需要在图像处理过程中进行色彩调整。这种调整被称为白平衡。
图3：针对午后光线设置的不同白平衡模式：预设“日光”（左）、自动白平衡（中）、自定义白平衡（右）。
自动白平衡（AWB）
当相机设置为自动白平衡时，相机将根据给定的光源独立确定色彩调整方案。它通过多种方式分析场景（场景白、灰度世界假设、相关性色彩），并将场景调整为白色、中性灰色，或开发者认为最能真实呈现场景的颜色。 对于大多数拍摄场景和相机而言，自动白平衡（AWB）都能提供准确的结果。
然而，在某些情况下，自动白平衡（AWB）的效果并不理想。人造光源或光线较暗的场景会使白平衡的调整变得复杂。 其他场景，例如日落时分，由于某种颜色占据主导地位，白平衡调整可能变得困难；而完全被中和的日落场景，其视觉吸引力将大打折扣。如果自动白平衡（AWB）功能难以生成正确的色彩平衡，那么预设或手动/自定义白平衡方法可能更适合实现您期望的效果。
图4：针对日落光线的不同白平衡设置：自动白平衡（左）、预设“日光”（中）、自定义白平衡（右）。
白平衡预设方法
几乎所有相机都提供白平衡预设选项。这些预设可在特定光照条件下（如日光、阴影、阴天、钨丝灯、荧光灯等）提供自动白平衡功能。每个预设选项都与相应的色温相关联。 这些预设使摄影师能够根据光线条件和期望的效果快速调整白平衡。
大多数制造商都在相机中提供了最常见的白平衡预设，但如果没有适合您当前拍摄环境的正确预设，最好手动调整白平衡。
图5：索尼SLT相机上的不同白平衡设置：自动白平衡（左）、预设“日光”（中）、预设“白炽灯”（右）。
手动和自定义白平衡方法
手动白平衡和自定义白平衡是极为相似的选项，但二者仍存在一些明显的区别。在手动设置相机的白平衡时，摄影师需要根据场景Illumination情况，输入所需的色温的开尔文值。
如果手动输入开尔文值仍无法满足要求，那么最终的解决方案就是自定义白平衡。使用自定义选项时，摄影师需在场景中放置一张白色或中性灰卡，作为相机测量色温的参考。基于该测量值，相机可以确定场景中光线的色温并将其应用。
图6：输入开尔文值进行手动白平衡（左）。使用中性灰卡进行自定义白平衡（右）。
白平衡质量的测量
在日光环境下，只需分析中性灰卡的色偏，即可轻松判断白平衡的质量。当灰色呈中性（在标准工作空间中，R、G、B三个通道的输出值均相同时），则白平衡即为完美。 但请注意，即使完全中性的还原效果也并非总是预期结果。
在钨丝灯场景或日落场景中，情况会变得更加复杂，因为您希望通过保留场景中特定的色调来保持氛围。目前尚无公认的方法来确定在“暖色”光源下白平衡的质量。
图7：左图展示了人眼所感知到的更均衡的还原效果，右图则展示了完美的中性还原效果。
结论
数码相机的白平衡功能通常能确保拍摄对象的颜色与光源相符。通常情况下，白平衡会根据光源的相关色温自动进行调整。虽然自动调整在大多数情况下都很方便，但在某些特定光照条件下（例如日落时分）有时会遇到困难。
当自动白平衡无法提供正确的白平衡时，摄影师可以从相机提供的其他白平衡方法中进行选择。除了自动白平衡（AWB）外，还有预设模式，制造商已针对常见的光线环境（如日光）预设了白平衡值。 除了预设模式外，手动/自定义白平衡模式允许用户手动设置开尔文值（手动），或使用场景中的白卡或中性灰卡作为白平衡的参考（自定义）。
如果没有正确的白平衡，图像中的颜色将无法准确反映人眼所感知到的真实颜色，从而导致图像质量低下。摄影师需要了解相机上的各种白平衡选项，以确保更高的图像质量。
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