攝像機(jī)技術(shù)系列之白平衡

一、技術(shù)介紹

    白平衡是電視攝像領(lǐng)域一個(gè)非常重要的概念，通過(guò)它可以解決色彩還原和色調(diào)處理的一系列問(wèn)題。白平衡是隨著電子影像再現(xiàn)色彩真實(shí)而產(chǎn)生的，在專業(yè)攝像領(lǐng)域白平衡應(yīng)用的較早。

在了解白平衡之前還要搞清另一個(gè)非常重要的概念――色溫。所謂色溫，簡(jiǎn)而言之，就是定量地以開(kāi)爾文溫度（K）來(lái)表示色彩。英國(guó)著名物理學(xué)家開(kāi)爾文認(rèn)為，假定某一黑體物質(zhì)，能夠?qū)⒙湓谄渖系乃�有熱量吸收，而沒(méi)有損失，同時(shí)又能夠?qū)�熱量生成的能量全部�?ldquo;光”的形式釋放出來(lái)的話，它便會(huì)因受到熱力的高低而變成不同的顏色。例如，當(dāng)黑體受到的熱力相當(dāng)于500-550攝氏度時(shí)，就會(huì)變成暗紅色，達(dá)到1050－1150攝氏度時(shí)，就變成黃色，溫度繼續(xù)升高會(huì)呈現(xiàn)藍(lán)色。光源的顏色成分是與該黑體所受的熱力溫度是相對(duì)應(yīng)的，任何光線的色溫是相當(dāng)于上述黑體散發(fā)出同樣顏色時(shí)所受到的“溫度”，這個(gè)溫度就用來(lái)表示某種色光的特性以區(qū)別其它，這就是色溫。

    白平衡就是針對(duì)不同色溫條件下，通過(guò)調(diào)整攝像機(jī)內(nèi)部的色彩電路使拍攝出來(lái)的影像抵消偏色，更接近人眼的視覺(jué)習(xí)慣。白平衡可以簡(jiǎn)單地理解為在任意色溫條件下，攝像機(jī)鏡頭所拍攝的標(biāo)準(zhǔn)白色經(jīng)過(guò)電路的調(diào)整，使之成像后仍然為白色。這是一種經(jīng)常出現(xiàn)的情況，但不是全部，白平衡其實(shí)是通過(guò)攝像機(jī)內(nèi)部的電路調(diào)整（改變藍(lán)、綠、紅三個(gè)CCD電平的平衡關(guān)系）使反射到鏡頭里的光線都呈現(xiàn)為消色。如果以偏紅的色光來(lái)調(diào)整白平衡，那么該色光的影像就為消色，而其他色彩的景物就會(huì)偏藍(lán)（補(bǔ)色關(guān)系）。

    白平衡只用于彩色攝象機(jī)，其用途是實(shí)現(xiàn)攝象機(jī)圖像能精確反映景物狀況，有手動(dòng)白平衡和自動(dòng)白平衡兩種方式。

    A、自動(dòng)白平衡

    連續(xù)方式--此時(shí)白平衡設(shè)置將隨著景物色彩溫度的改變而連續(xù)地調(diào)整，范圍為2800~6000K。這種方式對(duì)于景物的色彩溫度在拍攝期間不斷改變的場(chǎng)合是最適宜的，使色彩表現(xiàn)自然，但對(duì)于景物中很少甚至沒(méi)有白色時(shí)，連續(xù)的白平衡不能產(chǎn)生最佳的彩色效果。

    按鈕方式--先將攝象機(jī)對(duì)準(zhǔn)諸如白墻、白紙等白色目標(biāo)，然后將自動(dòng)方式開(kāi)關(guān)從手動(dòng)撥到設(shè)置位置，保留在該位置幾秒鐘或者至圖像呈現(xiàn)白色為止，在白平衡被執(zhí)行后，將自動(dòng)方式開(kāi)關(guān)撥回手動(dòng)位置以鎖定該白平衡的設(shè)置，此時(shí)白平衡設(shè)置將保持在攝象機(jī)的存儲(chǔ)器中，直至再次執(zhí)行被改變?yōu)橹梗�其范圍�?300~10000K，在此期間，即使攝象機(jī)斷電也不會(huì)丟失該設(shè)置。以按鈕方式設(shè)置白平衡最為精確和可靠，適用于大部分應(yīng)用場(chǎng)合。

    B、手動(dòng)白平衡

    開(kāi)手動(dòng)白平衡將關(guān)閉自動(dòng)白平衡，此時(shí)改變圖像的紅色或藍(lán)色狀況有多達(dá)107個(gè)等級(jí)供調(diào)節(jié)，如增加或減少紅色各一個(gè)等級(jí)、增加或減少藍(lán)色各一個(gè)等級(jí)。除次之外，有的攝像機(jī)還有將白平衡固定在3200K（白熾燈水平）和5500K（白光水平）等檔次命令。

    自動(dòng)白平衡調(diào)整功能是現(xiàn)在攝像機(jī)都有的功能。攝像機(jī)存貯有針對(duì)某些通用光源的最佳化設(shè)置方案。攝像機(jī)可以根據(jù)通過(guò)其鏡頭和白平衡感測(cè)器的光線情況，自動(dòng)探測(cè)出被攝物體的色溫值，以此判斷攝像條件。并選擇最接近的色調(diào)設(shè)置，由色溫校正電路加以校正，白平衡自動(dòng)控制電路自動(dòng)將白平衡調(diào)到合適的位置。這一功能被稱作為自動(dòng)白平衡調(diào)節(jié)。

    多數(shù)光線條件下白色平衡功能都可以設(shè)定為自動(dòng)，當(dāng)攝像機(jī)對(duì)著被攝體時(shí)，隨著照明光的色溫不同，攝像機(jī)的白平衡被自動(dòng)調(diào)整，而不必手動(dòng)控制。然而，跟自動(dòng)聚焦、自動(dòng)曝光一樣，自動(dòng)白平衡調(diào)節(jié)是有一定局限性的。一般的攝像機(jī)都能在大約2500 K ~7000 K的色溫條件下正常進(jìn)行自動(dòng)白平衡調(diào)節(jié)。當(dāng)拍攝時(shí)的光線超出所設(shè)定的范圍時(shí)，自動(dòng)白平衡功能就不能正常工作。還有，在以下情況下，自動(dòng)白平衡功能也會(huì)不能正常工作：

    1、在很藍(lán)很藍(lán)的天空下的被攝物，這時(shí)的色溫可以達(dá)到9000K~1000K，這時(shí)拍出的景物會(huì)帶藍(lán)色
    2、被兩個(gè)或兩個(gè)以上不同、并且色溫反差較大的光源照射的被攝物；
    3、當(dāng)被攝物體的光線色調(diào)與進(jìn)入攝像機(jī)鏡頭的光線色調(diào)不一致時(shí)；
    4、攝像機(jī)和被攝物體一個(gè)在明亮處、一個(gè)在陰暗處時(shí)；
    5、使用照度過(guò)強(qiáng)的光源時(shí)，如水銀蒸氣燈、鈉燈或某些種類熒光燈；
    6、當(dāng)光線照度過(guò)低時(shí)，如燭光；
    7、拍攝黑暗表面的目標(biāo)物時(shí)；
    8、某些光源超出探測(cè)器的感應(yīng)范圍時(shí)，如雪地等極強(qiáng)的光線或陰天很暗的光線；
    9、當(dāng)畫面出現(xiàn)強(qiáng)烈的紅光照明時(shí)，如日出日落；
    10、在移動(dòng)拍攝中將攝像機(jī)從明亮處移到光線相對(duì)暗處時(shí)的一段時(shí)間內(nèi)，如從室外移到室內(nèi)。