HellasCams - Automatic White Balance

« Επιστροφή στους Φακούς
« Επιστροφή στις Δικτυακές Κάμερες
« Επιστροφή στις Αναλογικές Κάμερες
« Επιστροφή στη Ρομποτική Κάμερα

Η εξισορρόπηση του λευκού

Οι περισσότερες δικτυακές αλλά και αναλογικές κάμερες επιτρέπουν τη χειροκίνητη εξισορρόπησης του λευκού και άλλες το κάνουν αυτόματα. Ας δούμε, λοιπόν, τι είναι εξισορρόπηση λευκού και με ποιον τρόπο επηρεάζει το αποτέλεσμα της απεικόνισης.

Ένα από τα αποτελέσματα της ψηφιακής λήψης είναι η ευκολία που παρέχει στον έλεγχο της απόδοσης των χρωμάτων ανάλογα με τον υπάρχοντα φωτισμό. Η παράμετρος από την οποία εξαρτάται αυτός ο έλεγχος ονομάζεται white balance και με αυτό τον όρο συναντάται στα μενού των ψηφιακών καμερών. Στα ελληνικά μεταφράζεται ως εξισορρόπηση λευκού, ισορροπία λευκού ή επιλογή λευκού.

Όπως θα δούμε αναλυτικά παρακάτω, κάθε πηγή φωτός χαρακτηρίζεται από το χρώμα που παράγει. Για να μπορέσουμε να ορίσουμε αριθμητικά την «ποιότητα» του χρώματος μιας φωτιστικής πηγής, χρησιμοποιούμε τον όρο της θερμοκρασίας χρώματος του φωτός. Αν γνωρίζουμε τη θερμοκρασία χρώματος του κυρίαρχου φωτισμού σε ένα θέμα λήψης, μπορούμε να πετύχουμε σωστότερη απόδοση χρωμάτων. Με τη χειροκίνητη λειτουργία της εξισορρόπησης του λευκού σε μια δικτυακή κάμερα επιλέγουμε τη θερμοκρασία χρώματος που ταιριάζει στην κάθε περίπτωση λήψης, η οποία για ευκολία εμφανίζεται με οικεία για τον άπειρο χρήστη ονόματα και πολύ σπάνια αριθμητικά.

Πριν δούμε συγκεκριμένα παραδείγματα ελέγχου της παραμέτρου σε μια ψηφιακή δικτυακή κάμερα, είναι απαραίτητο να αποκτήσουμε ένα θεωρητικό υπόβαθρο σχετικά με τη θερμοκρασία χρώματος και τη διαφορετική χρωματική ποιότητα των φωτιστικών πηγών.

Η θεωρία
Όταν θερμαίνουμε ένα κομμάτι σίδερο στη φωτιά, αυτό αρχικά κοκκινίζει. Αρχίζει δηλαδή να εκπέμπει φωτεινή ακτινοβολία στο μήκος κύματος του κόκκινου χρώματος. Στη συνέχεια, καθώς η θερμοκρασία του σίδερου ανεβαίνει, το φως που εκπέμπει από κόκκινο γίνεται πορτοκαλί, κίτρινο λευκό και τείνει προς τα μπλε. Βέβαια σε καμία περίπτωση το φως αυτό δεν είναι μονοχρωματικό, δηλαδή δεν αποτελείται από μια και μόνο συχνότητα, αλλά από συνδυασμό πολλών συχνοτήτων σε μια προκαθορισμένη αναλογία ή κατανομή – όπως είναι σωστότερο στα μαθηματικά. Σε γενικές γραμμές, όσο αυξάνει η θερμοκρασία ενός σώματος, όπως το σίδερο του παραδείγματός μας, τόσο περισσότερη ακτινοβολία εκπέμπει σε μικρά μήκη κύματος ή – το ίδιο ακριβώς – σε μεγαλύτερες συχνότητες. Ποιοτικά η όρασή μας το «μεταφράζει» αυτό σε πιο γαλάζιο φως ή, όπως συνηθίζουμε να λέμε, «πιο ψυχρό» [τώρα γιατί λέμε «ψυχρό» το φως που προέρχεται από θερμότερη πηγή είναι μια άλλη, παλιά ιστορία]. Ο αριθμητικός προσδιορισμός της κατανομής συχνοτήτων ή χρωμάτων μιας φωτεινής πηγής γίνεται με την βοήθεια ενός θεωρητικού σώματος, που ονομάζεται «μέλαν σώμα».

Ένα μέλαν σώμα δεν αντανακλά ακτινοβολία, αλλά την απορροφά και την εκπέμπει κατά ένα απόλυτα συγκεκριμένο τρόπο που εξαρτάται από την θερμοκρασία του και μόνο. Έτσι, όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία του τόσο πιο κοκκινωπό φως εκπέμπει και όσο μεγαλύτερη τόσο πιο γαλαζωπό. Το ανθρώπινο μάτι προσαρμόζεται αυτόματα στην κάθε πηγή φωτισμού, την οποία έπειτα από λίγο χρόνο θεωρεί «λευκό φως». Όμως, το φως ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως το βράδυ διαφέρει πολύ ως προς το χρωματικό περιεχόμενο από το φως του ήλιου ή από το φως ενός λαμπτήρα φθορισμού. Εμείς δεν το αντιλαμβανόμαστε άμεσα παρά μόνο σε απ’ ευθείας σύγκριση. Αλλά η εικόνα από χώρο με φωτισμό μιας λυχνίας διαφέρει πολύ σε χρωματική ισορροπία από κάποια άλλη που γίνεται στο φως του ήλιου.

Για να συνεννοούμαστε, λοιπόν, ορίζουμε τη χρωματική κατανομή μιας πηγής φωτισμού με μια... θερμοκρασία: τη θερμοκρασία που χρειάζεται να έχει ένα μέλαν σώμα για να εκπέμψει αυτό το φως. Αυτή η θερμοκρασία μετριέται σε Kelvin [Κ]. Το φως Ήλιου στην επιφάνεια της Γης είναι συχνοτικά ίδιο με το φως μέλανος σώματος σε θερμοκρασία 5.500Κ. Αντίστοιχα η θερμοκρασία χρώματος ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως είναι περίπου 3.200Κ. Μικρός αριθμός Kelvin δηλώνει μεγάλο μήκος κύματος ορατής ακτινοβολίας, δηλαδή τα «θερμά» χρώματα [κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, κ.λ.π.]. Όσο ο αριθμός Kelvin μεγαλώνει τόσο το μήκος κύματος μικραίνει και τα χρώματα που δηλώνει είναι «ψυχρά» [πράσινο, μπλε, κ.λ.π.].

Η κάθε φωτιστική πηγή χαρακτηρίζεται από τη θερμοκρασία του χρώματός της. Η θερμοκρασία χρώματος του φωτός που εκπέμπει ο ήλιος μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια της ημέρας και επηρεάζεται πολύ από τις καιρικές συνθήκες, την εποχή του χρόνου και τη γεωγραφική θέση. Σε συνθήκες καθαρού ουρανού και μηδενικής υγρασίας, το φως το ήλιου στο ξημέρωμα έχει ένα θερμό κοκκινοκίτρινο χρώμα και οι σκιές είναι μπλε. Καθώς ο ήλιος ανεβαίνει στον ουρανό, το φως γίνεται λευκότερο και το μεσημέρι φθάνει στην τιμή των 5.500Κ [γνωστή και ως Daylight]. Όσο χαμηλώνει προς τον ορίζοντα, το φως γίνεται σταδιακά θερμότερο και στη δύση παίρνει κόκκινες και πορτοκαλί αποχρώσεις. Η συμπεριφορά του ηλιακού φωτός είναι διαφορετική όταν υπάρχουν σύννεφα, τα οποία «ψυχραίνουν» το λευκό φως και ανεβάζουν πολύ τη θερμοκρασία χρώματος. Επιπλέον και οι τεχνητές φωτιστικές πηγές χαρακτηρίζονται από τη θερμοκρασία του χρώματος του φωτός που εκπέμπουν.

Οι λαμπήρες πυρακτώσεως τύπου tungsten εκπέμπουν θερμό φως με τιμή 3.200Κ ή 3.400Κ. Ένας κοινός λαμπτήρας 75-100W έχει συνήθως θερμοκρασία χρώματος 2.800Κ. Οι λυχνίες φθορισμού παράγουν φως με έντονη πράσινη απόχρωση και το κερί εκπέμπει «θερμό» φως στους 1.900Κ.

Όλες οι ψηφιακές κάμερες διαθέτουν την αυτόματη εξισορρόπηση του λευκού και οι περισσότερες και τη χειροκίνητη. σ.σ. επεξήγηση επιλογών βλ. πιο κάτω.

Η Πράξη
Για την σωστή απόδοση των χρωμάτων ενός χώρου λήψης με μια κάμερα θα πρέπει να γνωρίζουμε τη θερμοκρασία χρώματος του υπάρχοντος φωτισμού. Η φωτοευαίσθητη επιφάνεια μιας κάμερας, αντίθετα από το μάτι που προσαρμόζεται αυτόματα, διακρίνει τις διαφορετικές ποιότητες φωτός και καταγράφει το χρώμα που εκπέμπουν οι φωτιστικές πηγές. Έτσι, ένας αισθητήρας CCD προσαρμοσμένος στους 5.500Κ θα αποδώσει το φως μιας φωτιστικής πηγής με θερμοκρασία χρώματος 3.200Κ με πορτοκαλί απόχρωση. Για να μην γίνει αυτό μπορούμε να προσαρμόζουμε τον αισθητήρα σύμφωνα με την ποιότητα του φωτισμού, να ενεργοποιούμε δηλαδή τη λειτουργία του white balance, εξισορροπώντας το λευκό του θέματος. Η εξισορρόπηση του λευκού είναι η διαδικασία προσαρμογής της κάμερας στη θερμοκρασία χρώματος του υπάρχοντος φωτισμού στη σκηνή λήψης, ώστε να αποδοθεί σωστά το λευκό χρώμα και κατ’ επέκταση όλα τα χρώματα.
Στην ουσία, όταν μιλάμε για λευκό φως σε μια ψηφιακή κάμερα που ακολουθεί το πρότυπο RGB, εννοούμε ότι και οι τρεις χρωματικές συνιστώσες έχουν την ίδια μέγιστη τιμή τους [δηλαδή 255, 255, 255] και όλες οι αποχρώσεις του γκρι ομοίως ίσες συνιστώσες.

Όλες οι ψηφιακές κάμερες διαθέτουν την αυτόματη εξισορρόπηση του λευκού και οι περισσότερες και τη χειροκίνητη.

Στην αυτόματη εξισορρόπηση του λευκού η ψηφιακή κάμερα αντιλαμβάνεται μόνη της την τιμή της θερμοκρασίας χρώματος, αλλά το αποτέλεσμα δεν είναι πάντα το επιθυμητό, αφού ο υπολογισμός βασίζεται στο ανακλώμενο από το θέμα φως, το οποίο μπορεί να έχει – και έχει – τη δική του κατανομή χρωμάτων.

Η χειροκίνητη εξισορρόπηση είναι κατά κανόνα αποτελεσματικότερη. Οι επιλογές στη χειροκίνητη λειτουργία αναφέρονται με τυποποιημένα ονόματα, τα οποία αντιστοιχούν σε συγκεκριμένες θερμοκρασίες χρώματος. Για λόγους ευχρηστίας δεν αναφέρονται οι ακριβείς τιμές θερμοκρασίας. Όσο πιο πολλές επιλογές διαθέτει μια κάμερα τόσο πιο εύκολα μπορούμε να πλησιάσουμε στην άριστη αναπαραγωγή των χρωμάτων, αλλά θα πρέπει να κάνουμε πολλές δοκιμές με διαφορετικές ρυθμίσεις.

Οι κάτωθι εικόνες διαφέρουν μεταξύ τους μόνο στην εξισορρόπηση του λευκού, παράμετρος που επηρεάζει καθοριστικά το χρώμα της εικόνας.

Automatic Wide: αυτή η ρύθμιση προκαλεί στην κάμερα AXIS να ερευνήσει για λευκή πληροφορία στην εικόνα, χωρίς να θέτει όρια. Όλα τα άλλα χρώματα ρυθμίζονται αναλογικά. Αυτή η επιλογή αποδίδει φυσικά χρώματα για τα περισσότερα περιβάλλοντα.

Σημ. Σε περιβάλλοντα που δεν περιέχουν λευκή πληροφορία, τότε άλλο χρώμα καθορίζεται ως λευκό [π.χ. ένα κόκκινο αντικείμενο το οποίο καλύπτει ολόκληρη την εικόνα θα εμφανισθεί ως γκρι].

Indoor Light Bulbs [κοινοί λαμπτήρες]: σταθερή ρύθμιση χρώματος, ιδανικό για χώρο με τεχνητό φως, εκτός από φωτισμό φθορίου.

Indoor Fluorescent 2: σταθερή ρύθμιση χρώματος. Για λυχνίες φθορίου με θερμοκρασίες χρώματος 4.700Κ περίπου.

Outdoor: Γενική σταθερή ρύθμιση χρώματος η οποία είναι κατάλληλη για εφαρμογές σε εξωτερικούς χώρους με καλό φως ουρανού (θερμοκρασίες χρώματος 6.300Κ).
Σημ. Σε κάποιες περιστάσεις, η εξισορρόπηση λευκού δεν θα λειτουργεί αποτελεσματικά. Όταν το θέμα δεν περιέχει καθόλου λευκό χρώμα ή όταν το κυρίαρχο χρώμα είναι κάποιο άλλο από λευκό, μπορεί να εμφανισθούν προβλήματα.