光、色溫、白平衡和監(jiān)視器的調(diào)整

張建華

中央電視臺

一、引言

隨著高清和4K超高清電視節(jié)目的深入普及，高清和超高清電視節(jié)目制作時代的來臨，對電視節(jié)目技術(shù)質(zhì)量要求也上升一個新的高度。從前期拍攝到后期制作都有一個鮮明的特點(diǎn)：不斷提高節(jié)目制作質(zhì)量，滿足人們視覺感受，讓人們享受到電視技術(shù)飛速發(fā)展布帶來的視覺盛宴。在影視節(jié)目制作過程中監(jiān)視器的任務(wù)就是將攝像機(jī)拍攝的圖像重新還原，它的工作原理同攝像機(jī)是一脈相承的，攝像機(jī)的工作是把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，而監(jiān)視器的工作就是把電信號再還原成光信號，實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換。把前期攝像機(jī)拍攝的圖像逼真、準(zhǔn)確的呈現(xiàn)在屏幕上，監(jiān)視器白平衡的調(diào)整是必不可少的重要調(diào)整內(nèi)容。

二、監(jiān)視器的白平衡同光和色溫是相互依賴密不可分的

我們知道攝像機(jī)有白平衡調(diào)整，也知道白平衡調(diào)整的重要性。其實監(jiān)視器同樣有白平衡和白平衡調(diào)整的問題，而且同樣至關(guān)重要。那么我們有必要弄清楚什么是白平衡，白平衡和色溫之間的關(guān)系以及色溫與光線之間的關(guān)系。下面我們就梳理一下有關(guān)光、色溫、白平衡的概念和基礎(chǔ)知識，理清它們之間相互依存的關(guān)系，幫助我們更好地理解和認(rèn)識光、色溫和白平衡，掌握三者之間內(nèi)在的必然聯(lián)系，更好的在影視制作中靈活、正確的運(yùn)用。

1.光的概念

光是指能引起視覺的電磁波，是自然界的一種物理現(xiàn)象。光和色是并存的，色彩是光的一種表現(xiàn)形式。不同波長的光所反射的強(qiáng)度是不同的，不同波長的光可以引起人眼不同的顏色視覺，因此不同的光源便有不同的顏色。色彩是物體反射光線到人們眼內(nèi)產(chǎn)生的知覺，而受光體則根據(jù)對光的吸收和反射能力呈現(xiàn)千差萬別的顏色。因此，測量物體所反射的波長分布，便可以確定該物體是什么顏色。眼睛只需以不同強(qiáng)度和比例的紅、綠、藍(lán)三色組合起來，便能產(chǎn)生任何色彩的知覺，因而紅、綠、藍(lán)三種顏色可以說是人眼的三基色。利用三基色的色光相加疊合，人們基本上能夠模擬自然界中出現(xiàn)的各種色彩，這就是著名的光學(xué)三基色原理。屏幕顯像和攝像機(jī)攝像就是這種混色方法的具體應(yīng)用。

2.色溫的概念

所謂色溫（Color Temperature），就是定量地以開爾文溫度表示的色彩。具體測定的標(biāo)準(zhǔn)是基于將一標(biāo)準(zhǔn)黑體（例如鉑）加熱，將熱量無損的轉(zhuǎn)化為電磁波所發(fā)出來的波長。由于人眼具有獨(dú)特的適應(yīng)性，使我們有時候不易發(fā)現(xiàn)色溫的變化。比如在鎢絲燈下呆久了，并不會覺得鎢絲燈下的白紙偏紅，如果突然把日光燈改為鎢絲燈照明，就會覺察到白紙的顏色偏紅了，但這種感覺也只能夠持續(xù)一會兒，人眼同樣可以適應(yīng)。攝像機(jī)的C CD并不能像人眼那樣具有適應(yīng)性，所以如果攝像機(jī)的色彩調(diào)整同景物照明的色溫不一致就會發(fā)生偏色，因此必須讓攝像機(jī)能像人眼一樣適應(yīng)環(huán)境光線（色溫）的變化。那么白平衡的概念就應(yīng)運(yùn)而生，所以就引出了（自動）白平衡的理念。

3.白平衡的概念

白平衡英文名稱為White Balance。白平衡可以理解為在任意色溫條件下，攝像機(jī)所拍攝的標(biāo)準(zhǔn)白色經(jīng)過電路計算紅、綠、藍(lán)三原色的比例，使之成像后仍然為標(biāo)準(zhǔn)白色，因為這種調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)常常以白色為基準(zhǔn)，故稱白平衡。白平衡是針對不同色溫條件，通過調(diào)整攝像機(jī)內(nèi)部的色彩電路使拍攝出來的影像抵消偏色，更接近人眼的視覺習(xí)慣。平時觀看不同光源下的白色物體時，我們沒有異樣的感覺，認(rèn)為這就是白色的，即使看起來是黃色，但我們也明白是光源的干擾，實際上這個東西依舊是白色，這是因為大腦自動的糾正了光線的偏差，人眼之所以把一些白色物體看成白色的是由于人的大腦可以偵測并且消除像上述色彩（色溫）的改變帶來的影響，人眼可以進(jìn)行自我適應(yīng)。但攝像機(jī)無法分辨當(dāng)前環(huán)境的光線，為了達(dá)到白色物體的真實還原，對攝像機(jī)輸出的信號進(jìn)行一定修正的過程就叫做白平衡的調(diào)整。攝像機(jī)進(jìn)行的白平衡調(diào)整，實際上就是對機(jī)器進(jìn)行拍攝環(huán)境的基礎(chǔ)色溫的定位。由于人眼已經(jīng)對不同光線下的物體的彩色還原有了適應(yīng)性。因此必須根據(jù)不同的光線條件調(diào)節(jié)色彩（色溫）設(shè)置，以使圖像顏色還原正常。

4.白平衡的調(diào)整原理

白平衡的調(diào)整是用來調(diào)監(jiān)視器色溫的，我們是以D65白色（就是以色溫為6500時的白色定義為基準(zhǔn)白色）為基準(zhǔn)白色調(diào)整。校準(zhǔn)白平衡（色溫），需要專業(yè)的設(shè)備顏色分析儀（白平衡儀）進(jìn)行正確的調(diào)整。白平衡調(diào)整是以綠路為基準(zhǔn)（綠路不動），調(diào)整藍(lán)路和紅路的偏置和增益的實現(xiàn)白平衡。偏置（暗平衡）調(diào)整主要是針對暗部區(qū)域的白平衡；而增益（亮平衡）調(diào)整主要是針對亮部的白平衡。在這個調(diào)整的過程，我們先要調(diào)黑的部分，通過偏置調(diào)整調(diào)到相應(yīng)的XY值，然后再調(diào)亮的部分，亮的部分同樣要調(diào)到相應(yīng)的X Y值，由于偏置和增益相互影響，因此需要反復(fù)多次調(diào)整，最終達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

三、監(jiān)視器的調(diào)整

專業(yè)監(jiān)視器是電視臺和影視制作公司最常用的圖像顯示設(shè)備，在電視節(jié)目制作和播出過程中廣泛用于監(jiān)看圖像內(nèi)容和圖像質(zhì)量，它為節(jié)目制作者提供最精確的色彩再現(xiàn)和最精準(zhǔn)的圖像定位。它不僅是一種工具，更是一種儀器，它的好壞將直接影響到影視工作者對圖像的主觀評價，因此監(jiān)視器一定要時刻處于最佳的工作狀態(tài)，準(zhǔn)確地反應(yīng)圖像的質(zhì)量，以保證再現(xiàn)色彩、層次、亮度以及拍攝圖像時的用光、調(diào)色、白平衡等各種復(fù)雜情況下的圖像真實還原，客觀地反映圖像的本質(zhì)，為電視節(jié)目制作圖像質(zhì)量的監(jiān)看、評測提供忠實、可靠的依據(jù)。

在日常工作中根據(jù)對圖像質(zhì)量的測評結(jié)果，還可以準(zhǔn)確判斷對系統(tǒng)中相應(yīng)的電視設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、調(diào)整、保養(yǎng)的必要性。在理想狀態(tài)下我們要求視頻制作、播出乃至電視臺的整個系統(tǒng)中的監(jiān)視器始終工作在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：在不同的監(jiān)視器中監(jiān)看同一幅圖像，色彩還原精準(zhǔn)、圖像層次清晰、畫面亮度一致，圖像顯示的要素一樣，即所有的監(jiān)視器的亮度、對比度、色飽和度和色調(diào)一致并滿足要求符合標(biāo)準(zhǔn)。我們希望監(jiān)視器指標(biāo)完全相同、顯示的圖像完全一致，但實際工作中無法實現(xiàn)和滿足上述理想狀態(tài)的要求。一方面監(jiān)視器是由顯示器件（顯像管、等離子、液晶、發(fā)光管等）、驅(qū)動電路、視頻處理電路、控制電路、電源電路等硬件組成，由于各種元器件參數(shù)的離散性，監(jiān)視器之間都或多或少存在著的細(xì)微差異，即使是高端的同一品牌、同一型號、同一批次的產(chǎn)品，也不可避免的會有細(xì)微的差別，只是這種誤差率會嚴(yán)格控制在很小的范圍；另一方面監(jiān)視器隨著使用時間的推移、環(huán)境的不同，會出現(xiàn)因元器件不同程度的老化引起的參數(shù)變化，造成性能下降，而這些變化都會引起電氣指標(biāo)漂移、整機(jī)性能變差。這就要求我們不斷地、適時地對監(jiān)視器進(jìn)行電氣指標(biāo)的調(diào)整，以糾正上述變化引起的偏差，使之達(dá)到或接近標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)、恢復(fù)到良好、正確的工作狀態(tài)。endprint

監(jiān)視器主要用于圖像素材的采集、剪接、后期的圖像調(diào)色，生成等節(jié)目制作環(huán)節(jié)，還用于電視臺節(jié)目播出的畫面質(zhì)量評測、信號質(zhì)量檢查。

1.對監(jiān)視器的要求

·精準(zhǔn)的彩色還原。

·監(jiān)視器不做任何的信號改變。

·多個監(jiān)視器同時工作的場合，要求穩(wěn)定一致。

隨著時間推移，監(jiān)視器元器件老化的快慢程度不同步，就會使監(jiān)視器的指標(biāo)（亮度、色度、對比度、色溫）發(fā)生偏差，最終會影響圖像的亮度，顏色發(fā)生變化，還原圖像的精度會下降，一致性也會變差。這種情況下我們無法判斷哪個畫面是真實的。

我們需要具有精確的色彩還原、精準(zhǔn)的畫面顯示和穩(wěn)定一致的監(jiān)視器。

2.監(jiān)視器調(diào)整前的準(zhǔn)備

測量工具必須具備：高標(biāo)準(zhǔn)，高性能，高精確性。測量基準(zhǔn)的高穩(wěn)定性是作為參考基準(zhǔn)所必須的要求。

一般影視工作者雖然經(jīng)常接觸監(jiān)視器，但是大多數(shù)的人缺乏對亮度、對比度和色度（飽和度）的調(diào)整的常識。現(xiàn)在我們就探討一下如何調(diào)整色度、亮度和對比度這三個旋鈕，使監(jiān)視器呈現(xiàn)給我們的圖像色彩艷麗畫面適中、層次分明細(xì)節(jié)清晰、曝光準(zhǔn)確亮度透明。為了調(diào)整圖像和顏色，我們首先要使用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的彩條信號（SMPTE彩條/三電平信號/有人物的圖像信號）。

圖7顯示出在調(diào)整亮度和對比度的時候，不同信號的真正影響。

a.亮度信號的調(diào)整

亮度調(diào)整是讓我們作黑電平調(diào)整，我們調(diào)整亮度電平時，信號是在垂直方向整體移動。亮度調(diào)整不正確，可能在亮的區(qū)域或比較暗的區(qū)域，信號發(fā)生混疊，失去細(xì)節(jié)、層次模糊。為了正確調(diào)整亮度的信號，需要輸入SMPTE彩條信號或三電平信號（PLUGE）來調(diào)整亮度，SMPTE信號中包含三電平亮度信號，三電平是指-3%黑、0%黑、+3%灰三個臺階電平。SMPTE彩條信號見圖8。

調(diào)整前我們首先觀察三電平信號顯示是否正確，如果我們能看到一個0%的黑色電平條，就證明黑電平偏高了；實際調(diào)整時要使3%黑跟0%黑兩個豎條都處于相對一樣亮度狀態(tài)，使人眼無法分辨3%黑跟0%黑條的區(qū)別，但這時必須要能看到+3%的灰條，這時亮度信號處于正確位置。特殊情況下的特殊設(shè)置除外。

（2）對比度調(diào)整

對比度調(diào)整是使我們將圖像亮度層次拉開。我們把對比度放大或縮小，暗部的基點(diǎn)是不動的，只是變化圖像的增益，使層次更分明清晰。對于對比度來說，實際上沒有一個相應(yīng)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，我們可以根據(jù)環(huán)境以及感覺調(diào)到一個合適的電平。但是，高亮度可能會使相應(yīng)的清晰度下降。每一個廠家有一個相應(yīng)預(yù)置的對比度值，Sony的BVM-D24預(yù)置對比度值是100 IRE對應(yīng)100cd/m2燭光的亮度。

一般情況下對比度調(diào)整在最大值的70 80%比較適宜。調(diào)高圖像亮度，圖像的解析力降低。根據(jù)個人觀測圖像的習(xí)性，在此范圍內(nèi)可以調(diào)整到最滿意的工作狀態(tài)。特殊情況的特殊要求和使用除外。

（3）色度信號的調(diào)整

大家從彩條圖像中可以看到紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）每一路信號的圖形（波形）和幅度，從紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）的波形看，它們周期不同但其幅度是一樣的，三種信號都是分布在四個彩色條里，紅（R）、綠（G）分別只有兩個和一個波形周期，其中藍(lán)信號分布最分散，有四個完整的波形周期，分別分布在白、青、紫、藍(lán)四個彩色條里。在標(biāo)準(zhǔn)的75%彩條里，紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）信號幅度一致，但藍(lán)（B）信號的波形周期最多，因此監(jiān)視器上一般都有一個只看藍(lán)色的按鍵（blue only），用于調(diào)整色度使用。我們按下按鍵（blue only）以后，只有藍(lán)色的信號在熒幕上顯示出來，因此我們只需要調(diào)整色度旋鈕，使藍(lán)（B）信號四個彩條相應(yīng)區(qū)域的亮度一致，色飽和度就調(diào)整合適了。用這種方法，可以使監(jiān)視器能比較方便、準(zhǔn)確地重放出原始的顏色。原理圖見圖9。

例）BVM-D24E1WE 100 IRE=100 cd/m2

（4）白平衡調(diào)整

設(shè)備準(zhǔn)備：CA100白平衡儀或相應(yīng)設(shè)備，信號發(fā)生器TSG131（或TPG20）

調(diào)整前檢查信號（發(fā)生器）連接正確，白平衡儀設(shè)置正確。

白平衡（色溫）調(diào)整：監(jiān)視器開機(jī)預(yù)熱30分鐘以上，將白平衡儀探頭對準(zhǔn)屏幕。白平衡調(diào)整是以綠路為基準(zhǔn)，調(diào)整紅路（RED）和藍(lán)路（BULE）與綠路（GREAN）的比例使之達(dá)到正確的紅、綠、藍(lán)的配比，實現(xiàn)白平衡。白平衡包括偏置（暗平衡）調(diào)整和增益（亮平衡）調(diào)整兩部分，暗平衡是調(diào)整藍(lán)路和紅路的截止點(diǎn)（CUT OFF對應(yīng)點(diǎn)即三電平中的0電平）使之向綠路靠攏并逐漸與綠路截止點(diǎn)重合實現(xiàn)暗部白平衡；亮平衡的調(diào)整是通過調(diào)整藍(lán)路和紅路的放大率（增益），使藍(lán)路和紅路的斜率與綠路斜率（增益）一致，達(dá)到亮部的白平衡。原理圖見圖10。

暗平衡和亮平衡在調(diào)整時會互相影響，因此要反復(fù)多次調(diào)整、校正才能最后實現(xiàn)理想的白平衡效果。暗平衡調(diào)整時對比度旋鈕不動，將亮度調(diào)至最小，調(diào)整藍(lán)路和紅路的偏置點(diǎn)（CUT OFF），應(yīng)首先調(diào)藍(lán)路（藍(lán)路會影響紅路），再調(diào)紅路，反復(fù)調(diào)整藍(lán)、紅路的數(shù)值，使白平衡儀顯示的X Y的數(shù)值符合標(biāo)準(zhǔn)：X=0.313 Y=0.329；然后調(diào)亮平衡，對比度旋鈕依然不動，將亮度調(diào)至最大，分別調(diào)整藍(lán)路和紅路的增益（斜率），和暗平衡一樣先調(diào)藍(lán)路增益（藍(lán)路影響紅路），再調(diào)紅路增益，藍(lán)、紅兩路反復(fù)調(diào)整，最后使白平衡儀顯示的X Y數(shù)值符合標(biāo)準(zhǔn)值：X=0.313Y=0.329。然后再檢查偏置（暗平衡）是否標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)偏離需要再調(diào)整，直至符合規(guī)范；然后再檢查亮平衡是否符合標(biāo)準(zhǔn)，若有誤差，再次調(diào)整直至標(biāo)準(zhǔn)。暗平衡、亮平衡需要反復(fù)檢查、調(diào)整、確認(rèn)，直到達(dá)到要求符合標(biāo)準(zhǔn)，最后輸入彩條和人物、景物等色彩豐富的圖像，確認(rèn)調(diào)整效果。至此白平衡調(diào)整結(jié)束。

四.結(jié)論

隨著對圖像信號質(zhì)量要求越來越高，監(jiān)視器調(diào)整也顯得越來越重要了。監(jiān)視器的工作原理基本上可以看成攝像機(jī)工作的逆過程，因此攝像機(jī)電路上進(jìn)行的很多設(shè)置、處理和調(diào)整在監(jiān)視器上同樣都有，只是對應(yīng)的反向處理。廣播電視設(shè)備日常的維護(hù)保養(yǎng)除重點(diǎn)對攝像機(jī)、錄像設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、調(diào)整和保養(yǎng)外，監(jiān)視器的維護(hù)、調(diào)整和保養(yǎng)同樣至關(guān)重要，必須做好光、色溫、白平衡和監(jiān)視器的調(diào)整。endprint