Л3_13-cam / Cam / WB

БАЛАНС БЕЛОГО В ВИДЕОКАМЕРАХ

Как известно, каждый окрашенный объект воспринимается по разному в зависимости от то го освещения, при котором его рассматривают;

Глаз человека, в известных пределах, обладает способностью компенсировать различие спек трального состава цвета и правильно распозна вать цветовой тон объекта независимо от того,

освещен ли он солнечным светом или светом лампы накаливания.

Видеокамеры не имеют такой способности.

Следовательно, если съемка объекта была произ ведена без регулировки цветности, освещение будет оказывать влияние на цветность воспроиз водимого изображения, придавая ему голубова тую или красноватую окраску.

Для правильного воспроизведения цвета объ екта съемки необходимо, чтобы основные цвета,

формируемые на выходе преобразователя свет сигнал, в зависимости от условий освещения сме шивались в правильном соотношении, опреде ляемом коэффициентами колориметрического уравнения. Для этого видеокамеры оборудованы системой баланса белого (WB – White Balance),

основным элементом которой является так назы ваемый датчик цветовой температуры. В качестве датчика обычно используется инфракрасный фо точувствительный элемент (фотодиод). На осно вании показаний датчика цветовой температуры происходит корректировка сигналов основных цветов, поступающих с матрицы ПЗС.

Спектральный состав дневного света от восхо да до захода солнца подвержен сильным коле баниям. В ранние утренние и предвечерние ча сы в составе солнечного света содержится зна чительно больше оранжевых и красных спек тральных составляющих, чем в середине дня.

Такие колебания находятся также в зависимо сти от атмосферных условий, времени года и географической широты места съемки. Интер валы длин волн и соответствующие им цвета видимой части спектра – в табл. 1, а относи тельное спектральное распределение энергии в излучении различных источников света приве дено – на рис. 1.

Таблица1. Интервалыдлинволницветавидимойчастиспектра

Искусственные источники света (лампы на каливания, например) также изменяют спек тральный состав излучаемого света в зависимо сти от температуры накала нити. Разница не всегда уловима глазом, поскольку наш глаз об ладает способностью компенсировать ее.

Матрице ПЗС не присуща такая способность,

и, если спектральный состав света одной лампы

отличается от спектрального состава другой, то это приведет к искажениям цветности при ви деозаписи.

Рис. 2. Относительное спектральное распределение энергии в излучении различных источников света

Спектральный состав источника света (напри мер, настольной лампы) принято характеризовать

цветовой температурой, которая определяет спектральный состав света, полученного путем температурногоизлучения.

Цветовая температура — это температура,

при которой абсолютно черное тело излучает свет такого же спектрального состава, как рассматри ваемый. Она указывает только на спектральное распределение энергии излучения, а не на темпе ратуру источника света. Так, свет голубого неба соответствует цветовой температуре черного тела

12000...25000 К, т.е. гораздо выше температуры солнца. Если, например, напряжение в сети зна чительно ниже поминального, то свет от лампы имеет желтый оттенок, а если намного выше, то вольфрамовая нить становится синевато белой.

Таким образом, повышение температуры накала нити влечет за собой изменение ее цвета в сторо ну приближения к белому цвету, цветовая тем пература повышается.

Метод измерения цветовой температуры осно ван на сравнении спектрального состава данного источника света со спектральным составом иде ального температурного излучателя, температура

накалакотороговыражается в Кельвинах (К).

Термин "цветовая температура" можно применить только в отношении источников, излучение которых образует непрерывный спектр. Электрические лампы накаливания, дуговые лампы, а также солнце излуча ют световую энергию, дающую непрерывный спектр,

поэтому и можно сравнивать их цветовую темпера туру. К лампам тлеющего разряда, так называемым газосветным (ртутным, неоновым, аргоновым и др.),

имеющим характерный линейчатый спектр, термин

"цветовая температура" неприменим.

Цветовая температура имеет большое значе ние при проведении видеосъемки. Так, если видеокамера (с помощью ручной регулировки баланса белого) сбалансирована для дневного освещения, то при съемке при свете лампы на каливания в изображении будут преобладать оранжево красные цветные тона. Лица людей будут неестественно красными, а синие и зеле ные тона – приглушенными.

Таким образом, для получения изображения с правильным воспроизведением цветов необ ходимо применять оптические фильтры, при водящие спектральный состав света, которым в данный момент освещается объект съемки, к

тому распределению энергии в спектре, для ко торого сбалансирована видеокамера.

Голубые фильтры ослабляют длинноволно вые (оранжевые и красные) лучи, а коричнево красные — синие и голубые.

Установлено, что если белый цвет воспроиз водится правильно, то все остальные цвета то же будут воспроизводиться точно. Поэтому при правильном воспроизведении цветного изо бражения говорят о балансе белого (WB).

Регулировка баланса белого является основ ной для правильного отображения цветов на любом экране. Для определения цветовой температуры освещения все современные ви

деокамеры оснащены системой баланса бело го, которая может работать как в автоматиче ском, так и в ручном режиме. Соответственно,

появляются функции автоматической и ручной регулировки баланса белого.

Функции регулировки баланса белого осуще ствляют настройку камеры на чисто белый цвет при различных источниках освещения. После установки белого цвета система WB корректи рует вклад каждого из основных цветов в общий спектр освещения. А так как белый цвет является основной всех цветов, в случае, если регулировка выполнена правильно, возможна съемка сцен с натуральной цветностью практически при любых условияхосвещения.

Обычно датчик цветовой температуры пред ставляет собой систему, состоящую из двух фото чувствительных элементов, перед которыми рас положены красный и синий светофильтры. Таким

образом, на выходе датчика формируются два сигнала (R и В), характеризующие уровень крас ной и синей спектральных составляющих освеще ния снимаемой сцепы. Выбор данных спектраль ных составляющих цвета не случаен. Так как диапазоны длин волн этих составляющих нахо дятся па краях видимой части спектра, то это по зволяет оцепить характер всего спектра освеще ния снимаемой сцепы. Как следует рис. 1, каж дому источнику света соответствует свое распре деление энергии в спектре излучения. Измеряя отношение уровней спектральных составляющих на краях видимого диапазона длин волн, можно получить параметр twb, значение которого харак теризует спектр излучения (цветовую температу ру) данного источника света. Например, отноше ние R1 к В1 (рис. 1) определяет спектр излучения солнечного света, а отношение R2 к В2 – спектр из лучения лампы накаливания.

В некоторых камерах в качестве датчика цве товой температуры используется только один фо точувствительный элемент, воспринимающий свет в красном или инфракрасном диапазоне длин волн. Уровень синей спектральной состав ляющей измеряется по сигналу синего (В), фор мируемому на выходе матрицы ПЗС. В самых дешевых видеокамерах производители пошли по самому простому пути, а именно, датчик цвето вой температуры, как таковой, отсутствует вооб ще. Значение параметра twb получают из отноше ния сигналов R и В, формируемых па выходе матрицы ПЗС. Однако в этом случае система ав томатическогобалансабелогокорректноработает лишь в ограниченном диапазоне цветовых тем ператур.

Для обеспечения натуральной цветовой окра ски снимаемого изображения в наиболее часто встречающихся условиях освещения оптималь