電視攝像白平衡調(diào)整研究

李 明

（山西藝術(shù)職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030012）

電視攝像白平衡調(diào)整研究

李 明

（山西藝術(shù)職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030012）

白平衡調(diào)整既是技術(shù)，也是藝術(shù)，還是一門學(xué)問，需要研究探討。本文就白平衡調(diào)整的基本方法，再現(xiàn)型、表現(xiàn)型白平衡調(diào)整的技術(shù)、技巧、規(guī)律進(jìn)行了論述。

白平衡；三基色；色溫；再現(xiàn)；表現(xiàn)

白平衡是電視攝像理論中的一個非常重要的概念，也是一個很抽象的概念。白平衡英文名稱為White Balance。從字面上理解是白色的平衡。對攝像來說，也就是讓白色所成的像依然為白色，如果白是白，那其他景物的彩色影像就會接近人眼的色彩視覺效果。從技術(shù)角度看，所謂白平衡是指攝像機(jī)拍攝標(biāo)準(zhǔn)白（標(biāo)準(zhǔn)白色測試卡）或參考白（標(biāo)準(zhǔn)白之外選擇的白色參考物）時，紅、綠、藍(lán)三基色電信號具有相等的幅度。簡言之，就是三基色電信號的白電平彼此一致時，就是白平衡。

白平衡調(diào)整也稱為調(diào)節(jié)白平衡，俗稱“校白”或“調(diào)白”，是指采用某種方法和步驟使攝像機(jī)內(nèi)三基色電信號的白電平達(dá)到彼此一致。簡單說調(diào)整白平衡的過程稱為白平衡調(diào)整。它是電視攝像過程中最常用、最主要的調(diào)整。白平衡調(diào)整根據(jù)調(diào)整目的不同可分為再現(xiàn)型白平衡調(diào)整和表現(xiàn)型白平衡調(diào)整兩大類。主要解決色彩還原和色調(diào)處理等問題。

一、白平衡調(diào)整的基本方法

1.光學(xué)方法

光學(xué)方法是指運(yùn)用色溫濾光片進(jìn)行白平衡調(diào)整的方法。其基本原理是運(yùn)用色溫濾光片，利用其具有的光譜響應(yīng)特性，對光源的非標(biāo)準(zhǔn)色溫進(jìn)行校正，使之成為基本符合攝像機(jī)所需的標(biāo)準(zhǔn)色溫，從而實(shí)現(xiàn)白平衡調(diào)整。此方法調(diào)整白平衡是一種在大范圍內(nèi)的粗略調(diào)整。主要優(yōu)點(diǎn)是簡便易行，調(diào)整范圍較寬。因此，在高檔次攝像機(jī)中廣泛應(yīng)用，但不足之處主要是調(diào)整精度較低。原因是采用色溫濾光片是分檔調(diào)整，而攝像機(jī)光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)所能設(shè)置的濾光片數(shù)量有限，致使拍攝現(xiàn)場實(shí)際光源色溫與可選擇色溫濾光片的典型色溫值不能完全一致，造成校正后的光源色溫與標(biāo)準(zhǔn)色溫之間仍有誤差。所以，調(diào)整的效果可能不理想，更精確的調(diào)整應(yīng)配合其他方法來實(shí)現(xiàn)。

2.電路方法

電路方法是指采用電子電路進(jìn)行白平衡調(diào)整的方法。其基本原理是在色度通道中設(shè)置增益控制電路，通過控制色度信號通道的增益，使三基色電信號的白電平達(dá)到彼此一致，從而實(shí)現(xiàn)白平衡調(diào)整。由于增益控制電路的增益在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)整，所以此方法的主要優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整精度高。因此，在各種等級的攝像機(jī)中得到普遍應(yīng)用，特別是在家用級攝像機(jī)中幾乎是唯一的白平衡調(diào)整方法。但不足之處主要是調(diào)整范圍較小，致使在色溫變化范圍大或色溫過高、過低等場合白平衡調(diào)整不能獲得滿意的效果。

電路方法根據(jù)調(diào)整方式不同又分為自動白平衡調(diào)整方式和手動白平衡調(diào)整方式。這兩種方式的共同點(diǎn)是都采用控制色度通道的增益來實(shí)現(xiàn)白平衡，實(shí)質(zhì)上都是一種自動白平衡調(diào)整。這兩種方式的不同點(diǎn)是調(diào)整方式有差異。前者調(diào)整步驟簡單，只要白平衡調(diào)整開關(guān)處于自動方式下，攝像機(jī)就會自動檢測被攝景物的光源色溫并不斷調(diào)整，在使用上具有方便性、及時性，但有時不能獲得滿意的調(diào)整效果；后者調(diào)整步驟稍復(fù)雜，如需要有標(biāo)準(zhǔn)白或參考白，要操作相應(yīng)的功能開關(guān)。在使用上不方便，尤其是拍攝過程中不能調(diào)整，場景變化后或色溫變化后要重新調(diào)整等。但能相對獲得最佳的調(diào)整效果。為了彌補(bǔ)此方式的不足，廣播級、專業(yè)級攝像機(jī)通常又設(shè)有白平衡自動跟蹤功能，以使在手動調(diào)白前提下如沒有時間重新調(diào)整時，結(jié)合使用此功能也能獲得較理想的圖像色彩。

電路方法中還有一種特殊手動白平衡調(diào)整方式即預(yù)置手動調(diào)整。預(yù)置是指在特定光源色溫下預(yù)先存儲于攝像機(jī)內(nèi)存中的白平衡值。預(yù)置可以是廠家，也可以是用戶。廠家預(yù)置的色溫值存儲在白平衡存儲選擇開關(guān)的“PRST”內(nèi)，其特點(diǎn)是不可更改，不會消失；用戶預(yù)置的色溫值可以存儲在白平衡存儲選擇開關(guān)的A和B中，其特點(diǎn)是根據(jù)需要可隨時更改。預(yù)置色溫值在使用上具有及時性，只要拍攝現(xiàn)場光源色溫和預(yù)置色溫值一致，可獲得較好的色彩還原效果，但如果兩者相差較大鏡頭畫面會明顯偏色。廠家預(yù)置的色溫值在有些機(jī)型上設(shè)有室內(nèi)和室外兩個位置。應(yīng)注意室內(nèi)、室外并不純粹是指字面意思。室內(nèi)的完整含義是低色溫的白熾燈光，但只要光源色溫與白熾燈相近都可以在此位置使用拍攝；室外的完整含義是高色溫的太陽光，但只要光源色溫與太陽光相近都可以在此位置使用拍攝。例如，白天在室內(nèi)不用人工光照明，其光線的色溫遠(yuǎn)高于白熾燈光時，就應(yīng)把預(yù)置色溫值設(shè)置為室外，而不是室內(nèi)，否則拍攝的鏡頭畫面就會出現(xiàn)偏色。

3.綜合方法

綜合方法是指采用兩種或兩種以上方法實(shí)現(xiàn)白平衡調(diào)整的方法。此方法通常是光學(xué)方法和電路方法的綜合。在色溫變化比較大的場合單憑光學(xué)方法和電路方法往往是不夠的，應(yīng)先采用光學(xué)方法進(jìn)行粗略校正，然后再采用電路方法進(jìn)行精確校正，由于此方法集光學(xué)、電路方法的優(yōu)點(diǎn)于一體，因此能獲得最佳白平衡調(diào)整效果，主要用在高檔次攝像機(jī)中。

二、再現(xiàn)型白平衡調(diào)整

1.再現(xiàn)型白平衡調(diào)整的目的

再現(xiàn)型白平衡調(diào)整也稱為常規(guī)白平衡調(diào)整，它是白平衡調(diào)整的最初含義，是以客觀再現(xiàn)被攝景物的色彩為目的的調(diào)整。

2.再現(xiàn)型白平衡調(diào)整的原因

影響被攝景物色彩客觀再現(xiàn)的因素很多，主要有外界因素和內(nèi)部因素。外界因素主要是照明景物光源色溫的非標(biāo)準(zhǔn)性造成。如不同的自然光源有不同色溫；同一自然光源也會隨著時間不同、季節(jié)不同、天氣不同、地理位置不同等色溫不一樣；不同人工光源有不同的色溫；同一人工光源也會因功率不同、電壓不恒定等色溫不一樣。內(nèi)部因素主要是攝像機(jī)電路中攝像器件光電轉(zhuǎn)換器件性能的不一致性和各電子元器件參數(shù)的離散性等引起的圖像偏色。

3.再現(xiàn)型白平衡調(diào)整的基本步驟

第一步：根據(jù)拍攝現(xiàn)場光源色溫選擇合適的色溫濾光片。

這一步調(diào)整通常稱為粗調(diào)。調(diào)整的關(guān)鍵是要正確判斷拍攝現(xiàn)場色溫的大小和選擇合適的濾光片。一旦判斷失誤或?yàn)V光片選擇不合適都會造成白平衡調(diào)整失敗。一般低檔次攝像機(jī)大都不設(shè)置色溫濾光片，所以這步調(diào)整可以略去不做。

第二步：采用電路方法精確調(diào)整。

這一步調(diào)整通常稱為細(xì)調(diào)。具體步驟是：選擇標(biāo)準(zhǔn)白或參考白；攝像機(jī)對準(zhǔn)白卡，按電動變焦開關(guān)，使白卡充滿尋像器屏幕畫框70%～80%；按白平衡調(diào)整開關(guān)，同時觀察尋像器屏幕，如果顯示：“WHITE OP”說明白平衡正在調(diào)整中；如果顯示：“WHITE OK”說明白平衡調(diào)整結(jié)束；如果顯示：“WHITE NG”說明白平衡調(diào)整失敗，應(yīng)找出原因后重新調(diào)整。

4.再現(xiàn)型白平衡調(diào)整注意事項(xiàng)

（1）白平衡調(diào)整參照物應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)白。要有使用標(biāo)準(zhǔn)白色測試卡的意識，確保色彩還原正常。如果沒有標(biāo)準(zhǔn)白應(yīng)選擇不慘雜色的參考白，并且同一場景、同一節(jié)目應(yīng)選擇相同的參考白。

（2）標(biāo)準(zhǔn)白或參考白應(yīng)放置于被攝主體的位置。白卡放的位置很重要，注意不要出現(xiàn)反光點(diǎn)。如果被攝主體是人物，一般應(yīng)將白卡豎直放于人的面部；如果被攝主體是景物一般應(yīng)將白卡豎直放于景物最想再現(xiàn)或表現(xiàn)的部位。

（3）被攝主體的照度應(yīng)合適。白平衡調(diào)整過程中，光線過暗或過亮都會導(dǎo)致白平衡調(diào)整失敗。

（4）在尋像器或液晶顯示屏未顯示“OK”字符時，不要移動攝像機(jī)。白平衡調(diào)整過程中，顯示裝置會顯示調(diào)整的相關(guān)信息。只有顯示出“OK”字符時，才表明調(diào)整結(jié)束，調(diào)整期間不要隨便移動攝像機(jī)，以免影響調(diào)整效果。

（5）場景或光源色溫發(fā)生變化后，應(yīng)重新調(diào)整白平衡。除自動白平衡方式外，通常場景改變意味著色溫不一樣，光源不同一般色溫也不一樣，同一光源色溫也可能發(fā)生變化，這時都應(yīng)及時重新調(diào)整白平衡。注意不同色溫下，白平衡調(diào)整后允許色溫偏差的范圍大小不一樣，一般低色溫時允許偏差范圍小，高色溫時允許偏差范圍大。

（6）攝像機(jī)白平衡調(diào)整時的角度要與實(shí)際拍攝時的角度一致。光源不同一般色溫也不一樣，同一光源順光方向和逆光方向色溫不一樣。因此，白平衡調(diào)整時的角度要與實(shí)際拍攝時的角度一致。

（7）注意環(huán)境色對白平衡調(diào)整效果的影響。大面積的環(huán)境色對白平衡調(diào)整效果的影響很大，這種情況應(yīng)盡可能使攝像機(jī)靠近被攝主體調(diào)整白平衡。

（8）色溫轉(zhuǎn)換濾光片改變后應(yīng)重新調(diào)整白平衡。色溫轉(zhuǎn)換濾光片不同，其光譜響應(yīng)特性不同。因此，色溫轉(zhuǎn)換濾光片改變后應(yīng)重新調(diào)整白平衡。

（9）增益值改變后應(yīng)重新調(diào)整黑、白平衡。電路方法調(diào)整黑、白平衡是通過改變色度通道的增益實(shí)現(xiàn)的。增益值改變后對各通道的影響有差異。因此，應(yīng)重新調(diào)整黑、白平衡。

（10）應(yīng)盡可能避免被攝主體處于兩種或兩種以上混合照明光線下。拍攝過程中經(jīng)常遇到照明光源為混合光，此時白平衡調(diào)整后往往不能獲得理想的色彩再現(xiàn)。通常采用的解決方案是：室內(nèi)拍攝時采用統(tǒng)一法，即統(tǒng)一成某種相近的色溫；或遮擋法，即把某些光線進(jìn)行遮擋。外景拍攝時采用以某種主光為主調(diào)整白平衡，同時注意白卡放置的位置、角度、高低等。

三、表現(xiàn)型白平衡調(diào)整

1.表現(xiàn)型白平衡調(diào)整的意義

再現(xiàn)型白平衡調(diào)整不管采用哪種方法，其目的都是要使被攝景物的色彩得到正確再現(xiàn)。但是，在攝像創(chuàng)作過程中，某些鏡頭畫面、某些內(nèi)容，有時為了強(qiáng)調(diào)某種氣氛，形成一種特殊的效果，增強(qiáng)鏡頭畫面的表現(xiàn)力和感染力，常常有意識地改變圖像的色調(diào)，以達(dá)到主觀表現(xiàn)景物的意圖，實(shí)現(xiàn)理想的色調(diào)效果。

2.表現(xiàn)型白平衡調(diào)整的目的

表現(xiàn)型白平衡調(diào)整是指利用白平衡調(diào)整技術(shù)，人為改變?nèi)娦盘柕幕旌媳壤顾鶖z景物鏡頭畫面的色彩與實(shí)際景物的色彩有意不一樣，形成一定的偏差，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)作者的表現(xiàn)意圖。其調(diào)整目的就是要主觀改變鏡頭畫面或電視片的色調(diào)。

3.表現(xiàn)型白平衡調(diào)整的技巧

（1）利用彩色調(diào)整卡改變色調(diào)

標(biāo)準(zhǔn)白或參考白是攝像機(jī)調(diào)整白平衡時，確定紅、綠、藍(lán)三基色電信號混合比例的依據(jù)。如果白色參照物選擇不當(dāng)，就會引起所攝圖像出現(xiàn)不同程度的偏色。利用這一特點(diǎn)，如果有意選擇不同彩色卡來調(diào)整白平衡，就會人為改變圖像的色調(diào)。例如，用淡紅色卡調(diào)整白平衡時不論照明光源的色溫如何，都可通過白平衡調(diào)整控制色度通道的增益，使紅基色信號的幅度減小，綠和藍(lán)基色信號的幅度增大，從而取得“白平衡”。由于淡紅色卡與標(biāo)準(zhǔn)白或參考白的差別不是因光源色溫的高低所引起，因此用攝像機(jī)拍攝同一光源下的景物時，就會因綠、藍(lán)信號的幅度增大而使所攝圖像籠罩著一層淡青色，從而形成冷色調(diào)。同理，用淡青色卡調(diào)整白平衡時，就會使圖像形成暖色調(diào)。彩色卡所含紅色或青色的飽和度越高，所獲冷色調(diào)或暖色調(diào)的程度越明顯。

由上可知，色彩卡所確定的紅、綠、藍(lán)電信號混合比例，是增大了彩色卡的補(bǔ)色。根據(jù)此原理，要想獲得某種色調(diào)，可選擇此色的補(bǔ)色作為白平衡調(diào)整的彩色卡，然后按再現(xiàn)型白平衡調(diào)整技術(shù)調(diào)整白平衡即可獲得之。例如，拍攝晚霞景象時，可選擇藍(lán)色系列彩色卡；拍攝月夜景象時，可選擇紅色系列彩色卡。

（2）利用標(biāo)準(zhǔn)白放置的角度、位置改變色調(diào)

一般情況下，被攝景物總是處于鏡頭光軸延長線的垂直方向上，此時豎直放置標(biāo)準(zhǔn)白或參考白，其受光情況與實(shí)際拍攝情況相同，被攝景物色彩再現(xiàn)正常。如果選擇標(biāo)準(zhǔn)白或參考白放置的角度、位置，使其受光情況與實(shí)際拍攝情況不一致，白平衡調(diào)整后可能引起圖像色彩的偏色。利用這一特點(diǎn)，如果有意使標(biāo)準(zhǔn)白或參考白放置的角度、位置，使其受光情況與實(shí)際拍攝情況不一致，就可人為改變圖像的色調(diào)。當(dāng)然是否偏色還取決于拍攝現(xiàn)場光線色溫的差異大小。如果拍攝現(xiàn)場色溫基本一致，色彩再現(xiàn)正常；如果拍攝現(xiàn)場色溫相差較大，則出現(xiàn)明顯偏色。偏向何種色彩取決于標(biāo)準(zhǔn)白或參考白放置的角度或位置。如果側(cè)重在高色溫的角度或位置調(diào)整白平衡，在低色溫下拍攝將使圖像色彩偏暖色調(diào)；如果側(cè)重在低色溫的角度或位置調(diào)整白平衡，在高色溫下拍攝將使圖像色彩偏冷色調(diào)。

例如，外景光線下拍攝落日與晚霞的景象。此時，落日與晚霞的色溫較低，天空光的色溫很高。如果使標(biāo)準(zhǔn)白或參考白接受天空光的比例遠(yuǎn)大于落日，則調(diào)整白平衡后就能拍出帶有落日與晚霞?xì)夥盏膱D像。當(dāng)然也可以在拍攝現(xiàn)場直接對準(zhǔn)天空調(diào)整白平衡，然后拍攝也能獲得相同的效果。白天自然光條件下拍攝室內(nèi)的景物。此時，室內(nèi)有從窗戶進(jìn)來的太陽光（色溫較高）和室內(nèi)的散射光（色溫比太陽光高）。如果靠近窗戶位置調(diào)整白平衡，并使標(biāo)準(zhǔn)白或參考白接受太陽光的比例大于室內(nèi)散射光，在遠(yuǎn)離窗戶的位置拍攝，將使圖像色彩稍微偏冷色調(diào)；相反，則使圖像色彩稍微偏暖色調(diào)。

（3）利用濾光片改變色調(diào)

不同的色溫濾光片具有不同的光譜響應(yīng)特性，色溫濾光片選擇不合適，白平衡調(diào)整后可能引起圖像色彩偏色。利用這一特點(diǎn)，有意使白平衡調(diào)整所用色溫濾光片與實(shí)際拍攝所用色溫濾光片不一致，就可人為改變圖像的色調(diào)。如果選用色溫濾光片的低色溫檔調(diào)整白平衡，然后再選擇比該檔色溫高的另一檔色溫濾光片在同一光源下拍攝，則能獲得暖色調(diào)；相反，如果選用色溫濾光片的高色溫檔調(diào)整白平衡，然后再選擇比該檔色溫低的另一檔色溫濾光片在同一光源下拍攝，則能獲得冷色調(diào)。暖冷偏色的程度取決于調(diào)整時與拍攝時色溫濾光片的色溫值相差大小。兩者相差越大，偏色效果越明顯；反之，則偏色效果較輕。例如，選用3200K色溫濾光片調(diào)整白平衡后，改用6300K色溫濾光片在同一光源下拍攝，將使圖像偏暖色調(diào)。

直接選擇高色溫濾光片在低色溫現(xiàn)場拍攝或低色溫濾光片在高色溫現(xiàn)場拍攝也能改變圖像色調(diào)。如在低色溫現(xiàn)場選擇高色溫濾光片直接拍攝，將使圖像偏暖色調(diào)。

（4）利用預(yù)置白平衡值改變色調(diào)

通常攝像機(jī)內(nèi)設(shè)置有3200K和5600K或室內(nèi)和室外的預(yù)置白平衡值。預(yù)置白平衡值是特定光源色溫時的白平衡值，當(dāng)拍攝現(xiàn)場光源色溫與預(yù)置色溫值一致時，可直接使用，方便、快捷，被攝景物色彩能得到真實(shí)再現(xiàn)；當(dāng)拍攝現(xiàn)場光源色溫與預(yù)置色溫值相差較大時，被攝景物色彩不能得到真實(shí)再現(xiàn)。利用這一特點(diǎn)，有意使預(yù)置白平衡值在非正常情況下使用，可以改變圖像色調(diào)。如果在低色溫的拍攝現(xiàn)場選用高色溫的預(yù)置值進(jìn)行拍攝，可使圖像偏暖色調(diào)；如果在高色溫的拍攝現(xiàn)場選用低色溫的預(yù)置值進(jìn)行拍攝，可使圖像偏冷色調(diào)。暖冷偏色的程度取決于拍攝現(xiàn)場實(shí)際色溫與選擇預(yù)置色溫值相差的大小。兩者相差越大，偏色效果越明顯；反之，則偏色效果較輕。

（5）利用光路色溫改變色調(diào)

改變光路的色溫可以改變被攝景物的彩色。因此，在攝像機(jī)鏡頭前加彩色濾光紙調(diào)整白平衡，然后去掉濾光紙，相當(dāng)于提高或降低了光路色溫，就可以改變圖像的色調(diào)。例如，在低色溫環(huán)境下加高色溫濾光紙調(diào)整白平衡后，去掉濾光紙拍攝，可使圖像偏暖色調(diào)；反之，則使圖像偏冷色調(diào)。

在直射光和散射光環(huán)境下拍攝，通常散射光的色溫高于直射光。因此，在逆光下調(diào)整白平衡，在順光下拍攝，會使圖像偏暖色調(diào)；反之，則使圖像偏冷色調(diào)。

［1］林平.彩色攝像機(jī)白平衡調(diào)整技術(shù)［J］.電視技術(shù)，1996，（10）.

［2］段水福.實(shí)用攝錄像機(jī)教程［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，1994.

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1673-0046（2010）8-0169-02