白平衡的介绍

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  • 来源:光虎光电科技(天津)有限公司

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  • 发布时间:2022-08-08 04:16:09

在对从日出到日落的场景进行成像时,例如在不断变化的照明条件下进行成像时,获取准确的颜色特征是一项挑战。白平衡就是相机内部克服这一挑战的一个功能。

在不调整相机白平衡的情况下拍摄彩色图像时,所显示出来的颜色在很大程度上取决于照亮场景的光源。通过使用白平衡,可以排除不同光源的影响。基本所有彩色工业相机,都包含了自动白平衡(AWB),可以根据不断变化的照明条件来进行连续的调整。

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白色的定义

白平衡的整个目的是正确显示场景中的白色对象。因此,对白色有一个标准的定义实际上是非常方便的。

那么,如何定义白色呢?通常以标准光源D65来定义白光。换句话说,如果使用消色差光源,则通常将光源光谱来作为白色的定义。

对于相机而言,用RGB值来体现颜色是很方便的。因此,通过采用标准光源D65作为白色定义时,相机记录的数值应该分配为R=G=B=1(归一化)。绝大多数工业相机使用拜耳滤光片作为彩色相机的过滤器,其RGB值是有特定比率的。

白平衡之所以如此重要,是因为它可以保持图像中的色彩准确性并消除色偏。这是通过调整每个颜色通道的增益值来实现的,以考虑光源的色温以及每个通道灵敏度的变化。

纵观传感器的彩色量子效率(QE)曲线,很明显,每个通道需要不同的光量来产生相同的信号。通常,绿色通道最敏感,其次是红色通道,最后是蓝色通道,这意味着蓝色和红色通道需要比绿色通道更多的增益,以准确描绘反射等量的蓝色,绿色和红色光的灰色表面。但是,如果光源具有较高的色温,这意味着它会产生蓝白色光,则相机将需要应用较少的蓝色增益,因为光线中的蓝色更多。

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绝大多数相机都能够根据场景的当前照明执行白平衡。通过使用灰色世界算法来做到这一点。通过软件通过抓取视频帧,对其进行分析,调整颜色增益并重复直到图像中的颜色平衡(导致图像中相等数量的红色,蓝色和绿色)来完成。在执行色彩平衡之前,最好将中性目标(例如白纸或灰纸)放在相机前。为获得最佳效果,应调整图像曝光时间,以使场景不包含任何饱和像素(最大亮度下的值)。

白平衡的关键点是,无论使用何种方法,都必须确保适当的色彩再现。如果照明条件在成像过程中发生变化,也应重复此操作。自定义白平衡可以产生更好的结果,尤其是在光源的色温已知的情况下。但是,如上所述,内置算法在执行时通常表现良好。


【来源:光虎光学内部培训资料】

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