论数码成像的色彩平衡

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[53 楼] 5265 [泡菜] 10-9-21 21:37 我倒覺得,從光譜分析這個問題要輕鬆多．一目了然,那裡偏那裡不均都知道．．．
[52 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-21 17:32 有个常见的概念需要澄清一下：通常大家所说的人眼的白平衡，是指人眼的色觉适应性，能够自动在不同色温下将环境光适应为白色。常见的例子是，如果你盯着一个红色圆圈看很久，然后突然看白纸，刚开始就会看到一个蓝绿色的圆圈，说明眼睛因为长期受红色刺激而使得M和L细胞变得疲劳，此时S细胞就变得更加敏感。但其实再怎么适应，人都知道白炽灯的颜色是黄色的，说明这种适应性是微小和暂时的，人类大多数时候可能还是更习惯将中午的日光视作白色。中午的直射日光，也就是5500K色温，光谱中各种波长的光强度非常接近。
[51 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-21 17:04 原文由 5265 在2010-09-21 10:59发表咳咳．．．怎么幾乎沒人談這個話題的呵呵，这种讨论设计细节和知识面太多，当然还是交给厂商来处理最简单，用户只需要付钱即可。我的讨论纯属个人兴趣，对有兴趣提高色彩精度的人肯定有帮助，没兴趣的就等SD1吧但这些知识还是有用的，否则一旦SD1还偏色，那时如果能自己调出最佳白平衡，岂不是比不会用SD1的人要更能发挥机器的潜力？对色彩问题，从光谱的角度分析肯定要比从颜色的角度来分析复杂，但是容易分析清楚。从红绿蓝的角度来看问题，每个问题中都包含有无数变量，自然就会产生“猜”的感觉，而从光谱的角度分析，每一步都是无比确定的。 [johnyj 编辑于 2010-09-21 17:11]
[50 楼] gg889r [资深泡菜] 10-9-21 11:03 原文由 5265 在2010-09-21 10:59发表咳咳．．．怎么幾乎沒人談這個話題的貌似SD15的偏色问题已经改进许多我基本能接受虽然我没用过SD14 也许偏色也是一种味道看个人喜好了
[49 楼] 5265 [泡菜] 10-9-21 10:59 咳咳．．．怎么幾乎沒人談這個話題的
[48 楼] 5265 [泡菜] 10-9-21 09:40 原文由 johnyj 在2010-09-21 06:27发表至此，产生了一个关键的结论：人眼也是需要白平衡的！！！默认状态下，白光照明时人眼SML三种细胞的输出是有很大不同的，简单说就是输出的红绿蓝三通道差异非常大，红色占63%，绿色占31%，蓝色只有6%。但是人最终大脑获得的图像却是白色的，思考一下，也就是说大脑在最终成像之前会对这三种通道的信号进行加权调整。 ...... 人眼的確有白平衡,不過是緩變性質的從圖上看,祗有簡單調整增益就行了 [2010-09-21 11:07 补充如下] 從圖上看,祗要簡單調整增益就行了
[47 楼] 5265 [泡菜] 10-9-21 09:04 原文由 johnyj 在2010-09-20 23:00发表 RAW确实可以纠正更多的色偏，但原因却不是因为RAW具有更多的位数，而是因为RAW是还未经过白平衡处理的数据。 RAW数据仅仅体现芯片的光谱感应性能，如果光谱感应性能差的芯片，就算是RAW，也无法准确再现场景的颜色。這個我知道,我是說芯片輸出自有的誤差．．．因为RAW是原始数据嘛
[46 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-21 06:27 至此，产生了一个关键的结论：人眼也是需要白平衡的！！！默认状态下，白光照明时人眼SML三种细胞的输出是有很大不同的，简单说就是输出的红绿蓝三通道差异非常大，红色占63%，绿色占31%，蓝色只有6%。但是人最终大脑获得的图像却是白色的，思考一下，也就是说大脑在最终成像之前会对这三种通道的信号进行加权调整。假设绿色通道不变，那就强烈增加蓝色通道，部分削减红色通道，直到达到三通道的输出一样为止。调整三通道到一致后，就是前一张光谱感应曲线，各曲线下面积相同。其实那张光谱感应曲线，是已经经过大脑白平衡调整后的曲线。这个分别调节各通道增益的过程就是白平衡。可见人眼的白平衡调整很简单，就是使三种不同的感光细胞在标准白光下的输出完全相同。
[45 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-21 06:03 但很自然就会产生一个疑问：天下竟有这么精巧的设计，纯白光照射的时候，SML三种不同感光细胞的输出就完全一样？？？事实是，此时红绿蓝三种不同感光细胞的输出完全不同！这种不同最主要的原因在于SML三种感光细胞的分布密度是不同的，以黄斑区全部感光细胞的分布来看，63%是L细胞，31%是M细胞，只有6%是S细胞。这幅图描述了考虑到分布密度后的白光照射下各通道信号大小总和之比。很明显，S细胞的信号惊人的低，M细胞的信号超强。 [johnyj 编辑于 2010-09-21 06:11]
[44 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-21 05:55 继续慢慢想，一天想一点。。。再看一下人眼的光谱感应曲线，有谁注意到了，SML三种不同感光细胞的光谱感应曲线，高度是不同的，这是为什么？原因在于白色的定义。如果入射光包含所有波长的光，并且强度都是相同的，那就被人的视觉理解为标准的白光。标准白光是没有任何颜色的状态，可以定义为人眼中S、M、L三种细胞的感应是一样的，也就相当于RGB色彩空间中红绿蓝三个通道相等的状态。之前分析过，在白光照明下，每个细胞的感应强度等于该光谱感应曲线下的面积。也就是说，此时SML三种不同细胞的光谱感应曲线下的面积应该相同。因为S细胞覆盖光谱范围最小，所以高度就最高，而L细胞覆盖光谱范围最大，高度就最低，这样就可以保证三者的光谱感应曲线下包围的面积相同。
[43 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-20 23:00 原文由 5265 在2010-09-20 20:06发表 8bit的 RGB就0-255 偏色一嚴重,很些地方的值就死在0-255外了,這樣校起來會很麻煩．．． RAW不一樣,12bit,還有的14bit到16bit．很寬,信息量大．秖要不極端都能還原． RAW确实可以纠正更多的色偏，但原因却不是因为RAW具有更多的位数，而是因为RAW是还未经过白平衡处理的数据。 RAW数据仅仅体现芯片的光谱感应性能，如果光谱感应性能差的芯片，就算是RAW，也无法准确再现场景的颜色。
[42 楼] 5265 [泡菜] 10-9-20 20:14 原文由 johnyj 在2010-09-20 19:46发表继续漫长探索之路。。。还是5256的这幅图最好用。图上总共有四十个点，以最左侧红点为例，该点对应着400纳米波长的光照射到芯片上时的红色通道输出，从左向右第二个红点，就对应着410纳米光照射时的红色通道输出，依此类推，以10纳米为间隔依次增加入射光的波长，连续测试40次，就得到整个可见光谱范围内的40个取样点输 ...... 對,沒錯,還有一個問題是光照強度不同,結果應該是不一樣的．非線性問題．
[41 楼] 5265 [泡菜] 10-9-20 20:06 原文由 johnyj 在2010-09-20 19:22发表这张还行了，大多数都被他恢复出来了，不过是否注意到，绿色从图中消失了，色版的蓝绿色块也不见了。这个例子说明，事后调整颜色的办法，是对最终颜色的校正，而导致色偏的根本原因，是红绿蓝三通道的增益比例不合适（也就是白平衡不正确）所导致的，只有从根本上着手，才能彻底解决色偏问题。 8bit的 RGB就0-255 偏色一嚴重,很些地方的值就死在0-255外了,這樣校起來會很麻煩．．． RAW不一樣,12bit,還有的14bit到16bit．很寬,信息量大．秖要不極端都能還原．
[40 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-20 19:46 继续漫长探索之路。。。还是5256的这幅图最好用。图上总共有四十个点，以最左侧红点为例，该点对应着400纳米波长的光照射到芯片上时的红色通道输出，从左向右第二个红点，就对应着410纳米光照射时的红色通道输出，依此类推，以10纳米为间隔依次增加入射光的波长，连续测试40次，就得到整个可见光谱范围内的40个取样点输出。在测试时，光的波长以10纳米为间隔一次增加，但光的强度是不变的。一束白光，实际上是各种不同波长的光的组合，在这个测试中，就等效于将这40束不同波长的光叠加在一起，每一束光测试的是整个光谱上一个微小的部分，是微分，最后全部加一起就是积分。于是，白光照射下，各通道的输出就等于各自光谱感应曲线下的面积。 [johnyj 编辑于 2010-09-20 19:47]
[39 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-20 19:22 原文由 gg889r 在2010-09-20 19:03发表是的没有标准色板的话可能就更难了白平衡也是个问题我还要多练练顺便连一张数码暗房有个色彩校正俱乐部。楼主校的图个人觉得他校色的不错 [gg889r 编辑于 2010-09-20 19:10] 这张还行了，大多数都被他恢复出来了，不过是否注意到，绿色从图中消失了，色版的蓝绿色块也不见了。这个例子说明，事后调整颜色的办法，是对最终颜色的校正，而导致色偏的根本原因，是红绿蓝三通道的增益比例不合适（也就是白平衡不正确）所导致的，只有从根本上着手，才能彻底解决色偏问题。
[38 楼] gg889r [资深泡菜] 10-9-20 19:03 原文由 johnyj 在2010-09-20 17:18发表呵呵，这张图还好了，上面有标准色版，可以一个一个颜色分别调，但在不知道原图是什么样子的情况下怎么调？另外还有个工作量的问题，只要白平衡一对，全图所有颜色同时回正，如果白平衡不对，一个个颜色对着调，工作量恐怕要大很多倍是的没有标准色板的话可能就更难了白平衡也是个问题我还要多练练顺便连一张数码暗房有个色彩校正俱乐部。楼主校的图个人觉得他校色的不错 [gg889r 编辑于 2010-09-20 19:10]
[37 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-20 17:18 原文由 gg889r 在2010-09-20 08:56发表我记得数码暗房有个老编大侠他有校色过这张似乎都原场景还原了感觉挺好我功力有限随便玩玩呵呵，这张图还好了，上面有标准色版，可以一个一个颜色分别调，但在不知道原图是什么样子的情况下怎么调？另外还有个工作量的问题，只要白平衡一对，全图所有颜色同时回正，如果白平衡不对，一个个颜色对着调，工作量恐怕要大很多倍
[36 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-20 17:12 原文由 laughskyshao 在2010-09-20 08:55发表这里说的ps是不包括能读入raw的那部分吗？问的好！就算PS包括能读入RAW的部分，PS也不可能调好这张图，因为这张已经是处理过的JPG图像了。 X3也是如此，别看现在有些片子解出来是偏色的，但其实RAW文件仍然是好的，只不过目前的SPP不提供精调白平衡，但假设某天SPP提供精调白平衡的功能了，那些偏色的图片就全都能救回来了。当然了严重过曝的图片当然是没救的。
[35 楼] gg889r [资深泡菜] 10-9-20 08:56 我记得数码暗房有个老编大侠他有校色过这张似乎都原场景还原了感觉挺好我功力有限随便玩玩
[34 楼] laughskyshao [泡菜] 10-9-20 08:55 原文由 johnyj 在2010-09-20 02:40发表 KERON不是有兴趣讨论的嘛，怎么不见他发话？？不知有人注意到没，在讨论芯片的光谱感应特性时，一直没有提到白平衡这个概念，仔细观察前面有关X3光谱感应特性讨论的各个步骤，也看不出任何一个步骤会和白平衡有啥联系。那白平衡这个东西是什么时候进入到成像的过程中的？它对最终成像的色彩准确度又有什么影响？ ...... 这里说的ps是不包括能读入raw的那部分吗？
[33 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-20 02:40 KERON不是有兴趣讨论的嘛，怎么不见他发话？？不知有人注意到没，在讨论芯片的光谱感应特性时，一直没有提到白平衡这个概念，仔细观察前面有关X3光谱感应特性讨论的各个步骤，也看不出任何一个步骤会和白平衡有啥联系。那白平衡这个东西是什么时候进入到成像的过程中的？它对最终成像的色彩准确度又有什么影响？答案是：白平衡是在后期成像中引入的，与芯片的光谱感应特性无关，也就是说不会影响到RAW文件。但白平衡对成像的最终色彩准确度却有至关重要的影响，甚至连MSK都不例外。下面是一张用错误的白平衡解出来的5D2的标准测试图（已缩图），可以看到偏色极为严重，但重要的一点在于，即使把这个图片拿到PS中去用尽各种办法，也无法还原原来正确的颜色。
[32 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-20 01:02 原文由 5265 在2010-09-19 17:51发表我發的圖怎么沒上來．．．没错，这幅图很重要，随后需要用到，在用到这幅图之前，还有很多准备工作要做。
[31 楼] 5265 [泡菜] 10-9-19 17:51 我發的圖怎么沒上來．．．
[30 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-19 17:21 原文由 5265 在2010-09-19 10:17发表白平衡是個麻煩的東西．．．個人認為能量均勻分布在可見光譜上的光是白光．．．像藍天上還飄些云,色溫大概在6500K．這時光譜應該是均勻分布的．如果光源光譜在某個地方有凹陷或隆起．．．照在物體,比方說色板,相關色彩將走樣．．．想知道X3的偏色問題最好能計算出它的光譜分布．．．這已經不是一個簡單的 ...... 这个问题确实很复杂，涉及很多变量，所以必须一步一步分析，再复杂的东西在一步一步慢慢的但确定的分析下都会现出原形。
[29 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-19 17:12 哈哈，我的高数基本概念还没忘，昨天又想起一些，这就可以继续分析下去了！以下的分析复杂度又比之前的要高一些，但需要简单回顾一下之前的分析得出的两个非常确定的结论。 1.色彩重现的思路是使感光器件的光谱感应性能接近于人眼的光谱感应特性，越是接近，色彩重现就越准确 2.X3的光谱感应特性虽和人眼不同，但其优点是利用半导体天然的性能，所以曲线过渡非常平滑。在加上紫外镀膜和红外滤镜后，经过一个3X3的矩阵转换，其光谱感应特性可以非常接近于人眼，至少不比绝大多数其他MSK芯片的准确度差 FOVEON是制造X3芯片的，从芯片制造的角度来看，芯片经过滤镜和3X3矩阵转换后的最终光谱感应特性和人眼光谱感应特性的差距是最终的评价指标。他们可以提供给SIGMA一整套方案，包括于X3相配合的紫外镀膜和红外滤镜应该是什么特性，与之匹配的最佳3X3转换矩阵又是什么，按照这样的配合，X3能达到的色彩精度是多少，等等。因此，X3芯片是出色的，偏色问题主要要怪SIGMA。我猜测，同样的芯片和配套方案，如果卖给研发能力较强的松下，造出来的相机肯定不会是SIGMA那个样子，就从相机的性能问题就能看出SIGMA在相机制作方面的技术落后主流厂家5年以上。
[28 楼] laughskyshao [泡菜] 10-9-19 12:25 原文由 5265 在2010-09-19 12:21发表 .......沒那么簡單是不简单啊！3X3矩阵变换可以很复杂的啊！除非有更多的参量加入计算，或者更过的信息量输出，否则怎么处理都是3X3矩阵变换，在复杂的也都是3X3矩阵变换。
[27 楼] 5265 [泡菜] 10-9-19 12:21 原文由 laughskyshao 在2010-09-19 10:27发表每个点只有3个信息：RGB,最后校正得到的东西也就是3个参数：RGB，所以作再多的变换也是3X3的矩阵转换。。。。。。。。。并不是3X3的矩阵转换复杂不复杂的问题。。。。。 .......沒那么簡單
[26 楼] laughskyshao [泡菜] 10-9-19 10:27 原文由 johnyj 在2010-09-19 00:43发表为什么仅靠一个3X3的矩阵就可以将X3的输出几乎完整地转换为XYZ三刺激色的信号而不发生大的误差？误差到底和其他成像器件比起来有多大？这里再把X3那份技术资料的相关页贴一下。左侧分别是A）KODAK CCD；B）SONY CCD；C）Agilent CMOS的光谱感应曲线，右侧那个表中的METAMERISM INDEX可以看作是色彩空间转换误差的大 ...... 每个点只有3个信息：RGB,最后校正得到的东西也就是3个参数：RGB，所以作再多的变换也是3X3的矩阵转换。。。。。。。。。并不是3X3的矩阵转换复杂不复杂的问题。。。。。
[25 楼] 5265 [泡菜] 10-9-19 10:17 原文由 johnyj 在2010-09-19 07:35发表 “白平衡”这三个字，绝对够一篇硕士论文。最难的地方在于“白色”这个概念。前面讨论的光谱感应曲线，每根曲线上的各点是描述芯片在不同波长的光（横轴）下的输出信号大小（纵轴）。在实验室中得到每根曲线，是依次用各种不同波长的单色光源分别对芯片进行照射，然后测试红绿蓝三通道各自的输出而得出的。为达到精确， ...... 白平衡是個麻煩的東西．．．個人認為能量均勻分布在可見光譜上的光是白光．．．像藍天上還飄些云,色溫大概在6500K．這時光譜應該是均勻分布的．如果光源光譜在某個地方有凹陷或隆起．．．照在物體,比方說色板,相關色彩將走樣．．．想知道X3的偏色問題最好能計算出它的光譜分布．．．這已經不是一個簡單的白平衡問題了．．．
[24 楼] johnyj [资深泡菜] 10-9-19 07:35 “白平衡”这三个字，绝对够一篇硕士论文。最难的地方在于“白色”这个概念。前面讨论的光谱感应曲线，每根曲线上的各点是描述芯片在不同波长的光（横轴）下的输出信号大小（纵轴）。在实验室中得到每根曲线，是依次用各种不同波长的单色光源分别对芯片进行照射，然后测试红绿蓝三通道各自的输出而得出的。为达到精确，也许要取样上百个点，这里借用一下5265的图，可以看到该图上有40个取样点。但这还是比较简单的，一旦涉及到白光，问题的复杂度就急剧上升。众所周知，一束白光中包含有各种不同波长的光，通常用※※镜可以分离开来看到彩虹一样的光谱。也就是说白光照射在X3后，各通道的输出，要严格计算的话，需要先将白光分解为各种不同波长的光，然后对每个不同波长的光应用光谱感应曲线计算出各通道的输出，最后再将这些输出统统加到一起。这是个先微分再积分的过程，很遗憾俺的高等数学知识都还给老师了，希望有牛人能够把这个过程具体描述一下。这个过程如果无法分析清楚，那白平衡的概念，就始终不可能搞清。所以无论如何，就算不会高数，也得想法分析清楚这个过程。