¿Qué es exactamente el balance de blancos?
'Blanco' no tiene balance de color / balance de blancos. Las fuentes de luz tienen un balance de color. La amplificación de la luz recogida por el sensor de una cámara es necesaria para que algo se vea o se reproduzca, ya que el blanco tiene un balance de color. La luz de cualquier temperatura de color / balance de blancos con un espectro lo suficientemente completo se puede hacer que se vea blanca en una foto. También se puede hacer que se vea naranja, azul, rojo o cualquier otro color que deseemos que se vea ajustando la amplificación de los canales rojo, verde y azul en la imagen que hemos tomado bajo esa luz. Llamamos a la amplificación de canal total para los tres canales de color en fotografías el balance de blancos .
Diferentes fuentes de luz emiten luz a diferentes temperaturas de color y tintes. Incluso las fuentes de "luz blanca" que emiten luz que incluye la mayoría o la totalidad del espectro visible generalmente tienen la mayor parte de su luz centrada en varias temperaturas de color. Si estas fuentes de luz son lo que se conoce como 'radiadores de cuerpo negro', la luz que emiten está determinada por su temperatura medida en grados Kelvin. Los gases brillantes en las superficies de las estrellas, por ejemplo, son radiadores de cuerpo negro. Lo mismo ocurre con la mayoría de los metales cuando se calientan hasta que comienzan a brillar, luego se derriten y finalmente se convierten en vapor si se calientan lo suficiente. La escala de temperaturas que produce colores específicos de los radiadores de cuerpo negro se expresa en grados Kelvin y es un eje de la rueda de colores que se mueve del azul de un lado al ámbar del otro lado. Esto es a lo que nos referimos comoTemperatura de color .
Pero la temperatura de color es solo un eje a través de la rueda de color de 360 °. Lo que llamamos balance de blancos incluye toda la rueda de colores. Las fuentes de luz que no son radiadores de cuerpo negro pueden emitir luz de un color que no se encuentra a lo largo del eje de temperatura de color. Tal luz puede ser más magenta o puede ser más verde que el color más cercano que cae a lo largo del eje de temperatura de color. A veces llamamos a esto verde ← → tinte de eje magenta o tono de color. Para expresar completamente el color dominante de una fuente de luz, no solo necesitamos definir su ubicación a lo largo del eje de temperatura de color azul ← → ámbar, sino que también debemos definir su ubicación a lo largo del eje de tinte verde ← → magenta que es perpendicular al azul ← → eje ámbar. (Cuando usamos solo una temperatura de color para describir adecuadamente una fuente de luz, es porque el tinte de esa fuente de luz es neutral, es decir, cae en el eje de temperatura de color sin sesgo hacia el verde o el magenta). emiten luz que cae a lo largo del eje de temperatura de color.
Sin embargo, todavía no hemos descrito completamente la naturaleza de la luz de una fuente de luz cuando hemos definido la cantidad de azul ← → ámbar y verde ← → magenta que es el componente más dominante de esa luz.
Las fuentes de luz no solo emiten luz centrada en ciertas longitudes de onda (que nuestros ojos / cerebro interpretan como ciertos colores), sino que algunas fuentes emiten luz que tiene un rango más amplio de longitudes de onda / colores que otras. Las bombillas de tungsteno, por ejemplo, emiten luz centrada en alrededor de 3000K. Pero una cantidad de casi todo el rango de longitudes de onda de luz visible se incluye en la luz de una bombilla de tungsteno. Es solo que la luz emitida por una bombilla de tungsteno está dominada por el rango de alrededor de 3000K. Las luces de vapor de sodio, por otro lado, emiten un espectro de luz muy estrecho a alrededor de 2500K. Pero las luces de vapor de sodio a alta presión no emiten ninguna luz en algunos segmentos muy amplios del espectro visible. Casi toda la luz que emiten está muy cerca de 2500K. Las fuentes que emiten un espectro más limitado del rango de longitudes de onda que llamamos luz visible son aún más problemáticas cuando intentamos corregir el balance de blancos para obtener un color preciso de los objetos que iluminan. Si una fuente de luz no emite luz azul, no habrá luz para que reflejen los objetos azules. Si no hay una señal azul para amplificar, no importa cuánto amplifiquemos el canal azul, no veremos azul (aparte del azul falso causado por el ruido de lectura de la cámara en el canal azul).
Los ajustes que hacemos entre la información en bruto recopilada por la cámara y la foto con la que queremos terminar que hace que algo se vea blanco no es una temperatura de color per se, es un filtro compensador que ajusta las fuerzas relativas del rojo, el verde y componentes azules en la imagen para que los valores rojo, verde y azul sean iguales para los objetos que deseamos que aparezcan en blanco o gris neutro. Asignamos un número de temperatura de color (5500K) o un nombre de balance de blancos (fluorescente frío) a un cierto conjunto de multiplicadores porque es el apropiado para compensar una foto que se tomó bajo la luz centrada en esa temperatura de color y con eso tinte.Si la luz utilizada era muy azul, entonces debemos aplicar un filtro muy naranja para corregir el tono azul de la luz. Es por eso que a pesar de que la luz 10000K es muy azul cuando movemos el control deslizante en nuestra aplicación de procesamiento sin procesar hasta 10000K, hace que las cosas tomadas con más luz amarilla se vean anaranjadas. Es por eso que a pesar de que la luz de 2500K es muy cálida cuando movemos el control deslizante en nuestra aplicación de procesamiento sin procesar hasta 2500K, hace que las cosas tomadas con más luz amarilla se vean muy bien.
Una vez más, en cualquier configuración de temperatura de color en particular, es posible que también necesitemos alterar la configuración del eje verde ← → magenta que corre aproximadamente perpendicular al eje azul ← → amarillo en una rueda de color para que un objeto en particular se vea blanco. Esto se debe a que no todas las fuentes de luz emiten luz que cae exactamente a lo largo del continuo de temperatura de color definido por la temperatura, en grados Kelvin, de un radiador de cuerpo negro. Por ejemplo, la iluminación LED que se usa actualmente para la iluminación de escenarios en muchos clubes nocturnos pequeños puede tener un tinte mucho más magenta que el que emitirá un radiador de cuerpo negro a cualquier temperatura. Las luces fluorescentes típicas de estilo antiguo, por otro lado, emiten un tinte mucho más verde que el que irradia un cuerpo negro.
Cuando modificamos la configuración de temperatura de color de una foto que hemos tomado, no cambiamos el color de la luz que estaba presente cuando se tomó la foto. Más bien, cambiamos cuánto se amplifica cada uno de los canales RGB en comparación con los otros dos canales RGB.
Una configuración de balance de blancos es un conjunto de multiplicadores para los canales rojo, verde y azul que es apropiado aplicar a una foto tomada a la luz de una temperatura de color y tinte específicos. Esto afecta el color que parecerán ser varios objetos en la foto, pero no cambia "su balance de blancos" porque esos objetos no tienen un balance de blancos: la luz que los iluminaba tiene un balance de blancos.
Si fotografiamos un objeto blanco bajo luz de 2700 K, necesitamos aplicar una configuración de temperatura de color de 2700 K para que ese objeto se vea blanco en nuestra fotografía. Si fotografiamos el mismo objeto bajo luz centrado en 8000K, entonces debemos aplicar una configuración de temperatura de color de 8000K para que el objeto se vea blanco en nuestra fotografía. Si aplicamos multiplicadores RGB (es decir, una configuración de temperatura de color ) apropiada para 5000K de luz a la primera imagen tomada bajo 2700K de iluminación, el objeto blanco se verá amarillo / naranja, si aplicamos multiplicadores RGB apropiados para 5000K a la segunda imagen que fue tomada bajo 8000K encender el objeto blanco se verá azul.
El término balance de blancos también se usa para describir la forma en que tratamos de corregir los matices de color en las fotografías tomadas bajo esos diversos tipos de fuentes de luz.
¿Recuerdas cuando dijimos que diferentes fuentes de luz emiten luz a diferentes temperaturas de color y balance de blancos? Esto afecta a qué colores parecen ser las cosas que iluminan. Afecta el color que nuestros ojos y cerebros los ven. Afecta también el color con el que las ven nuestras cámaras. Aunque nuestras cámaras están diseñadas para imitar la forma en que nuestros ojos y cerebros crean color, no lo hacen exactamente igual.
Nuestros sistemas de ojo / cerebro son increíblemente buenos para adaptarse a varias fuentes de iluminación, particularmente aquellas que se han encontrado en la naturaleza desde el comienzo de los tiempos (¿recuerdas esos radiadores de cuerpo negro?). También les va bastante bien con esas fuentes artificiales que hemos inventado que imitan de cerca esas fuentes de luz natural. Nuestros cerebros pueden compensar las diferencias en las fuentes de luz y percibimos que la mayoría de los objetos son del mismo color bajo diferentes tipos de fuentes de luz.
Sin embargo, las cámaras deben ajustar el sesgo que dan a los canales rojo, verde y azul en las imágenes que capturan. A menos que le hayamos dicho a la cámara, a través de una configuración como 'luz del día' o 'sombra' o 'fluorescente' o 'tungsteno', cuál es el color de la fuente de luz tiene que hacer una 'suposición educada' basada en pistas en el escena. Cuando las escenas no dan las pistas esperadas, como cuando las partes más brillantes de la escena no son de un color neutro / blanco, la cámara a menudo puede equivocarse. Otro escenario que a menudo puede engañar a las cámaras de una manera diferente es cuando la mayor parte del cuadro tiene un brillo uniforme que la cámara intentará exponer como un brillo medio a medio camino entre el blanco puro y el negro puro.
Entonces, ¿cómo funciona todo esto?
Imagina que tienes una habitación completamente oscura sin ventanas. En esa sala hay tres fuentes de luz separadas. Uno emite luz azul pura, uno emite luz verde pura y uno emite luz roja pura. Ahora entra en esa habitación con cuatro cartas en tu mano: un azul puro, un verde puro, un rojo puro y uno blanco puro.
- Cuando solo está encendida la luz azul, no habrá luz del color correcto para que se reflejen las tarjetas rojas y verdes, por lo que se verán negras. La tarjeta azul y la tarjeta blanca reflejarán solo luz azul y se verán idénticamente azules. Si tomáramos una foto con tanta luz, no habría forma de discriminar entre la tarjeta azul y la tarjeta blanca en la fotografía resultante.
- Cuando solo está encendida la luz verde, no habrá luz del color correcto para que se reflejen las tarjetas rojas y azules, por lo que se verán negras. La tarjeta verde y la tarjeta blanca reflejarán solo luz verde y se verán idénticamente verdes. Si tomáramos una foto con tanta luz, no habría forma de discriminar entre la tarjeta verde y la tarjeta blanca en la fotografía resultante.
- Cuando solo está encendida la luz roja, no habrá luz del color correcto para que se reflejen las tarjetas azul y verde, por lo que se verán negras. La tarjeta roja y la tarjeta blanca reflejarán solo luz roja y se verán idénticamente rojas. Si tomáramos una foto con tanta luz, no habría forma de discriminar entre la tarjeta roja y la tarjeta blanca en la fotografía resultante.
- Cuando las luces roja y verde están encendidas, no habrá luz del color correcto para que se refleje la tarjeta azul, por lo que se verá negra. La tarjeta roja se verá roja. La tarjeta verde se verá verde. Sin embargo, la tarjeta blanca será una combinación de la luz roja y verde que está reflejando y parecerá amarilla. Si tomáramos una foto con esa luz, podríamos discriminar entre las tarjetas roja, verde y blanca, pero con la ausencia total de luz azul, aún no habría forma de hacer que la tarjeta blanca pareciera blanca solo variando las amplificaciones del rojo. , canales verdes y azules en nuestra foto.
- Cuando las luces roja y azul están encendidas, no habrá luz del color correcto para que se refleje la tarjeta verde, por lo que se verá negra. La tarjeta roja se verá roja. La tarjeta azul se verá azul. Sin embargo, la tarjeta blanca será una combinación de la luz roja y azul que está reflejando y parecerá púrpura / magenta. Si tomáramos una foto con esa luz, podríamos discriminar entre las tarjetas roja, azul y blanca, pero con la ausencia total de luz verde, no habría forma de que pudiéramos producir blanco solo variando las amplificaciones de los colores rojo, verde y blanco. canales azules en nuestra foto.
- Cuando las luces verde y azul están encendidas, no habrá luz del color correcto para que se refleje la tarjeta roja, por lo que se verá negra. La tarjeta verde se verá verde. La tarjeta azul se verá azul. Sin embargo, la tarjeta blanca será una combinación de la luz verde y azul que está reflejando y parecerá aguamarina. Si tomáramos una foto con tanta luz, podríamos discriminar entre las tarjetas verde, azul y blanca, pero con la ausencia total de luz roja aún no habría forma de que pudiéramos producir blanco solo variando las amplificaciones de los colores rojo, verde y blanco. canales azules en nuestra foto.
Ahora imagine que nuestras tres fuentes de luz están cada una en un reóstato y pueden variar independientemente en brillo. Si encendemos la luz azul al 20%, la luz verde al 60% y la luz roja al 100% tendremos una luz muy parecida a la de una bombilla de tungsteno con un tinte muy cálido. Si tomáramos una foto de nuestras cuatro cartas con tanta luz, parecería que todos tenían diferentes colores, pero los colores se desplazarían hacia el rojo. La diferencia clave de antes, sin embargo, es que ahora tenemos al menos algo de luz de cada color con el que trabajar. Si ajustamos la amplificación de la cámara de cada canal de color para que la luz roja solo se amplifique al 20%, la luz verde al 33% y la luz azul al 100%, terminaríamos con cada color con el mismo brillo para nuestro blanco tarjeta y parecería ser blanco.
La enorme desventaja de hacerlo de esta manera es que ahora ninguno de los colores es más brillante que el 20% de lo que podríamos haber obtenido si las tres luces se hubieran ajustado al 100% y los tres canales de color se hubieran amplificado al 100%. Si decidimos amplificar nuestra foto en un 500% adicional en el procesamiento posterior para que parezca una amplificación 100% RGB de luz 100% RGB, ¡también amplificaremos el ruido de lectura de nuestra cámara en un 500%! Es por eso que siempre es preferible tener la iluminación lo más cerca posible de lo que queremos antes de exponer la fotografía.
¿Cómo se convierten exactamente los datos sin procesar de las fotosites RGB del sensor en valores RGB de píxeles utilizando la distribución de luz modelada por el balance de blancos?
Lo que hay que tener en cuenta es que los filtros en una máscara Bayer no son absolutos. ¡Tampoco los tres tipos de conos en la retina humana!
¡Una luz roja atraviesa los filtros verde y azul! ¡Un poco de luz verde atraviesa los filtros rojo y azul! ¡Una luz azul atraviesa los filtros verde y rojo! Es solo que pasa más luz roja que verde o azul a través de los filtros rojos. Más luz verde que roja o azul atraviesa los filtros verdes. Más luz azul que roja o verde atraviesa los filtros azules. Pero cada fotón (independientemente de la longitud de onda de la luz en la que oscila) que pasa el filtro Bayer y baja a cada pozo de píxeles se cuenta igual que cualquier otro fotón que lo baje bien. Los datos sin procesar del sensor son un solo valor de luminancia monocromo para cada pozo de píxeles (más propiamente llamado sensel).
De la misma manera, todos los conos en nuestras retinas tienen alguna respuesta a todas las longitudes de onda de luz visible. Es solo que la superposición entre el verde y el rojo está mucho más cerca en nuestros ojos que en nuestras cámaras.
Si los canales rojo, azul y verde de un pequeño parche en el sensor recogen el mismo número de fotones, ¿por qué no está representado por un píxel con valores RGB iguales?
La razón por la que una cámara no siempre puede usar la misma ponderación es porque el color de varias fuentes de luz es diferente. Nuestros ojos y cerebros generalmente compensan estas variaciones en la temperatura de color y el balance de blancos de diferentes fuentes de luz. Nuestras cámaras necesitan un poco más de orientación. Si la cámara está configurada en 'Auto WB', utilizará la información que recopila en la escena para adivinar la configuración correcta. Las cámaras más básicas generalmente hacen esto asumiendo que lo más brillante de la imagen es blanco. Las cámaras modernas se han vuelto muy sofisticadas en la capacidad de adivinar correctamente la mayor parte del tiempo. Pero ciertos escenarios aún son difíciles de interpretar correctamente. Por lo tanto, las cámaras también le dan al usuario la capacidad de establecer la temperatura de color y el balance de blancos manualmente.
¿Por qué 'corregimos' esto distorsionando los valores de acuerdo con la fuente de luz?
Porque cuando la luz de varias fuentes de luz se refleja en objetos blancos, la luz reflejada no contiene las mismas cantidades de rojo, verde y azul en comparación con la luz de otras fuentes de luz que se reflejan en los mismos objetos blancos. Los colores de los objetos en nuestra foto ya están 'distorsionados' cuando la luz incide en el sensor, según el color de la fuente de luz que ilumina la escena que fotografiamos. Realizamos la corrección del balance de blancos para contrarrestar los colores 'distorsionados' causados por la fuente de luz imperfecta.
Si el balance de blancos se elige correctamente, ¿no aparecerá la fuente de luz como blanco puro? Esto está en desacuerdo con el hecho de que las fuentes de luz claramente no aparecen en blanco puro en general.
El WB "correcto" para una fuente de luz dada es una amplificación de los canales R, G y B que es más o menos recíproca a la fuerza de cada uno en la fuente de luz. Si la fuente de luz tiene más rojo, amplificamos más el canal azul. Si la fuente de luz tiene más azul, amplificamos más el canal rojo.
Si quiero que una imagen no represente con precisión los colores de los objetos, sino que incluya el encuadre de color al que está sujeta mi visión, ¿qué configuración de balance de blancos logrará esto?
Dependerá de la fuente de luz y los colores de los objetos que la fuente de luz está iluminando. Un buen lugar para comenzar sería aproximadamente 1/3 del camino a lo largo del eje de temperatura de color entre la temperatura de la fuente de luz y aproximadamente 5200K ("luz del día").
¿Existe algún tipo de configuración global 'neutral' que no altere el color fundido?
No. Tus ojos y tu cerebro siempre se ajustan de una forma u otra a diferentes fuentes de luz. Su cámara no se ajusta a menos que se cambie el balance de blancos. Si tiene la cámara configurada en Balance de blancos automático, la cámara, en lugar del fotógrafo, "elegirá" cómo se ajusta.
Por ejemplo, los objetos blancos no aparecen blancos en una habitación oscura con la luz roja de seguridad encendida. Tampoco quiero que aparezcan blancos en mis fotos.
En un caso donde la iluminación es muy limitada en su espectro, el ajuste de la saturación generalmente tendrá un mayor efecto sobre el color percibido que el ajuste del balance de blancos. Si solo hay luz roja en la imagen, ninguna cantidad de amplificación de verde y azul cambiará tanto.
Otras lecturas
Para ver un ejemplo extremo de cómo el balance de blancos adecuado, particularmente a lo largo del eje verde magenta, puede afectar el color (y más) de una foto, vea esta respuesta a La luz azul / roja apagada haciendo que las fotos se vean desenfocadas (Varias imágenes de ejemplo son incluido en la respuesta)
Para saber cómo corregir el balance de blancos y usar ajustes selectivos de color al convertir de crudo puede mejorar enormemente el resultado final al dejar que la cámara lo haga, vea: Mucho ruido en mis imágenes de hockey. ¿Qué estoy haciendo mal? (se incluye un ejemplo que incluye capturas de pantalla de la configuración utilizada para procesar el archivo sin formato)
Para obtener más información sobre cómo establecer ajustes finos del balance de blancos más allá de la temperatura de color en la cámara (o, con muchas cámaras, incluso cuando se usa AWB), consulte: ¿Cómo cancelar la iluminación del escenario púrpura en los sujetos? (Se incluyen varias imágenes de ejemplo en la respuesta)
¿Cuál es la temperatura de color de la iluminación objetivo del balance de blancos?
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