白平衡原理以及实现

色温与白平衡

从字面上理解，白平衡的意思是白色的平衡。白平衡是描述显示器中红、绿、蓝三基色混合生成后白色精确度的一项指标，可以解决色彩还原和色调处理的一系列问题。

色温，就是定量的以开尔文温度（K）来表示色彩。它是开尔文通过黑体这一理想光源，在不同温度下，所发出光线的颜色特性来定义的。

开尔文温度和摄氏度之间的关系：
零下273.15摄氏度被称为绝对零度，就是0K。然后温度每上升一摄氏度，也就是上升1K。

将一个黑体加热之后，随着温度的升高，黑体会先发出红色，然后越来越亮，变成黄光，在变成白光，直至蓝光。

• 红色是暖色，色温低。
• 蓝色是冷色，色温高。

白平衡就涉及到了一个相对颜色的问题，比如一张纯白色的白纸，在白炽灯下拍出来颜色是白色的。但是在烛光下拍出来就是偏暖色，在晴朗的蓝天拍出来就偏冷色。那么这张纸到底是什么颜色？、

白平衡的初始技能就是将在不同环境色温中的白色物体都还原成真的白色。

看下图：
- 当前设置的K偏低，说明当前环境偏暖，相机需要添加冷色。
- 当前设置的K偏高，说明当前环境偏冷，相机需要添加暖色。

所以这就是为什么K从低升高的过程中，图像慢慢变暖。

自动白平衡的工作原理

摄像机内部有三个CCD电子耦合元件，他们分别感受蓝色、绿色、红色的光线，在预置情况下这三个感光电路电子放大比例是相同的，为1：1：1的关系，白平衡的调整就是根据被调校的景物改变了这种比例关系。

比如被调校景物（你认为的白色）的蓝、绿、红色光的比例关系是2：1：1（蓝光比例多，色温偏高），那么白平衡调整后的比例关系为1：2：2，调整后的电路放大比例中明显蓝的比例减少，增加了绿和红的比例，这样被调校景物通过白平衡调整电路到所拍摄的影像，蓝、绿、红的比例才会相同。

RAW图像与白平衡

有一种图像的格式叫做RAW图像，相比于普通的jpg，png，bmp图像，RAW图像可以在拍摄完成之后，无损的调整图像的白平衡。

白平衡是相机机内处理的结果。说白了就是相机自己的后期。所以如果你拍摄RAW照片的话，可以在电脑中重新定义白平衡，重新调节。理论上是没有画质损失的(尽管实际可能有，但是也非常小，可忽略)。

这是因为普通的jpg、png和bmp图像所显示的数据只有256的级别。
即其表现的宽容度不够。在普通的手机摄影中，我们经常可以发现这样的问题：
当你的测光对准了很亮的地方的时候，暗的细节就变成了黑色。

比如一个场景的灰度是1000K~6000K，但是你的色彩只能表现总共2000K的宽容。那么，剩下的不能表现的，要么为黑色，要么为白色。至于黑色有多黑，白色有多白，色彩空间并不能表示出完整的信息。

Raw作为一种格式，记录着传感器的原始数据，一般这些数据要比256大。

所以RAW的图像可以后期调整白平衡。

调节白平衡

白平衡本质上是调节两个参数：色温和色调，色温调节蓝-黄偏色，色调调节绿-品红偏色。通过调节两个参数，来设置白点的位置，从而得到正确的色彩转换。