淺談色溫及其在數(shù)碼攝影中運(yùn)用

李平，古城

（四川省瀘州醫(yī)學(xué)院電教中心，瀘州 646000）

1 引言

我們都知道，傳統(tǒng)攝影用的彩色感光材料有日光型和燈光型兩種形號(hào)，前者是用于白天或閃光光源下拍攝；后者是用于室內(nèi)白熾燈下拍攝，用錯(cuò)了會(huì)出現(xiàn)照片色彩失真等問(wèn)題。而進(jìn)入數(shù)碼攝影時(shí)代，數(shù)碼相機(jī)上有白平衡設(shè)置選項(xiàng)，如果選錯(cuò)了，光源與相機(jī)白平衡設(shè)置不匹配，同樣會(huì)出現(xiàn)圖像色彩失真現(xiàn)象。其實(shí)，無(wú)論是傳統(tǒng)彩色膠卷的色溫類(lèi)型還是數(shù)碼相機(jī)上的白平衡調(diào)整都涉及到一個(gè)物理學(xué)上的概念——“色溫”。為此，我們將在本文中詳細(xì)為讀者解答色溫原理，色溫與攝影的關(guān)系，以及色溫在數(shù)碼攝影中的運(yùn)用等。

2 色溫的基本概念

我們知道，不同的光源發(fā)出光的色調(diào)是不同的。而不同光的色調(diào)是用色溫來(lái)描述的，色溫是一個(gè)物理概念，是用來(lái)描述光源光譜成分的物理單位，并用英文字母K表示。

物理學(xué)中光源色溫的定義是：光源的光色成分是以溫度來(lái)表示的一種絕對(duì)值。亦即物理學(xué)上所謂的完全“黑體”，經(jīng)燃燒后所能發(fā)出的色光之絕對(duì)溫度。例如，碳或鐵在火中燃燒時(shí)，其溫度會(huì)逐漸升高，隨之會(huì)從一個(gè)絕對(duì)黑體變成一個(gè)逐漸發(fā)亮的物體，而且其發(fā)出的色光會(huì)隨著溫度的升高而出現(xiàn)下列順序的色光變化：黑色→紅色→橙色→黃色→白色→青色，上述色光中黑色溫度最低，青色光溫度最高，白色光溫度適中。白色光中的色光成分比例近似于日光，因此又稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)色溫。色溫的單位以“K”表示，如圖1。

3 色溫與色光變化的關(guān)系

說(shuō)到“色溫度”我們必須從牛頓發(fā)現(xiàn)的色光三原色原理說(shuō)起。牛頓用三棱鏡的折射原理發(fā)現(xiàn)了平常我們所看到的白光是由紅、綠、藍(lán)3種基本色光成分等量混合而成，如圖2中間的白色所示；而三種基本色光以外的其它色光，如黃光、橙光和紫光等，又是由紅、綠、藍(lán)3種原色光，以不同比例混合而成的混合光。如品紅色光是由紅與藍(lán)兩種原色光等量混合而成，黃色光是由紅與綠兩種原色光等量混合而成；而青色光是由綠與藍(lán)兩種原色光等量混合而成，圖2中三角形色光所示。三原色光以不同比例混合將得到自然界所有的色光。為此，我們將自然界的三色光原理和疊加效果概括為以下四點(diǎn)：

（1）自然界的色彩是由三原色為基本色構(gòu)成的，三原色按不同的比例相混合可以合成出自然界中的任何顏色。

（2）藍(lán)、綠、紅這三種原色是互相獨(dú)立的，它們中的任何一種顏色都不能用另外兩種顏色混合得到。

（3）三種原色的混合比例決定色相。

（4）混合色光的亮度等于各原色光的亮度之和。

圖2 三色光原理示意圖

4 色溫與數(shù)碼攝影的關(guān)系

數(shù)碼彩色攝影時(shí)，必須做到光源色溫型與感光芯片CCD的色溫模式保持平衡，才能最終保證景物色彩得到真實(shí)再現(xiàn)。否則，拍攝的數(shù)碼圖像就會(huì)產(chǎn)生偏色現(xiàn)像。所以，數(shù)碼相機(jī)的操作菜單中都有白平衡模式菜單選項(xiàng)，以幫助攝影者根據(jù)光源色溫類(lèi)型調(diào)整數(shù)碼相機(jī)的白平衡模式，拍攝得到色彩真實(shí)的圖像。

作為一個(gè)攝影愛(ài)好者，應(yīng)當(dāng)了解并熟悉常見(jiàn)攝影光源的色溫值，才能正確選用數(shù)碼相機(jī)中白平衡模式。常見(jiàn)攝影光源分為自然光和人工光兩大類(lèi)。自然光因時(shí)間（早晨、中午、傍晚）不同，或天氣變化（陰天、晴天），其色溫也在不斷變化；人工光因燈泡的種類(lèi)，功率的大小，電壓的高低不同，色溫變化也很大。下面就把常見(jiàn)自然光和人工光源的色溫值與數(shù)碼相機(jī)白平衡菜單模式的對(duì)應(yīng)關(guān)系例于附表，供攝影時(shí)參考。

附表 數(shù)碼相機(jī)白平衡菜單模式與色溫的對(duì)應(yīng)關(guān)系

5 白平衡與數(shù)碼攝影

“白平衡”是指，當(dāng)色光三原色（紅、綠、藍(lán)）在感光材料上達(dá)到平衡時(shí)，所拍攝的圖像才能獲得真實(shí)的色彩，即不是偏色失真的圖像。白平衡再直白地說(shuō)就是，“不管在任何光源（紅光還是綠光）下，都能將白色物體還原為白色”。

而三原色光在感光材料上達(dá)到平衡是指：數(shù)碼照相機(jī)上的感光芯片CCD（CMOS）有無(wú)數(shù)的感光單元，這些感光單上分別覆蓋有紅、綠、藍(lán)三種濾光片，并且分別承擔(dān)著感受紅、綠、藍(lán)三種原色光的任務(wù)。因此，在數(shù)碼相機(jī)的感光芯片上具有紅、綠、藍(lán)三種感光單元，如圖3所示。只要景物反射的紅、綠、藍(lán)三種色光光能，在感光芯片的三種感光單元上按真實(shí)的比率采取，就能得到色彩還原真實(shí)的彩色數(shù)碼圖像。但是，由于日光和燈光中三原色光之間的含量（比例）差異很大，為了補(bǔ)償日光和燈光在三原色光比例上的的差別，可以在數(shù)碼照相機(jī)上調(diào)整感光芯片中三種感光單元的電頻強(qiáng)度 （即調(diào)整三種感光單元的感光速度ISO），在感光芯片上達(dá)到三種感光單元電流強(qiáng)弱的平衡，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)碼圖像色彩的真實(shí)還原。例如：日光中三原色光含量均勻，因此，感光芯片上的三種感光單元的感光速度基本相同；而燈光中藍(lán)光少，紅光多，因此，當(dāng)我們將白平衡調(diào)至“白熾燈”選項(xiàng)時(shí)，感光芯片中的感藍(lán)光單元感光度提高，感紅光單元感光度降低，進(jìn)而從電流量上扶藍(lán)抑紅，達(dá)到在感光芯片上的三種感光單元的電流量趨于均衡，最終保證了數(shù)碼照相機(jī)在燈光照明下也能拍攝出色彩真實(shí)的圖像。而感光芯片上的三種感光單元最終又是怎樣將三種原色光混合形成色彩豐富的真實(shí)彩色圖像呢？這最終要依靠后面的“模/數(shù)”轉(zhuǎn)換和軟件運(yùn)算來(lái)完成。

圖3 感光芯片CCD上的紅、綠、藍(lán)三種感光單元示意圖

數(shù)碼照相機(jī)的白平衡改變，是由影像傳感器與“模/數(shù)”轉(zhuǎn)換芯片中的物理電頻改變來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，數(shù)碼相機(jī)的白平衡（色溫平衡）是可以在機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)改變的。例如，在數(shù)碼照相機(jī)上可以用菜單命令，任意選擇和改變數(shù)碼相機(jī)的白平衡設(shè)置，以適應(yīng)不同光源條件下景物的色溫變化。由此可以看出，數(shù)碼照相機(jī)在攝影的方便性上大大超越了傳統(tǒng)攝影。

無(wú)論是消費(fèi)級(jí)還專(zhuān)業(yè)級(jí)數(shù)碼相機(jī)，都有多種白平衡模式可供選擇。不同的光源，色溫不同，這時(shí)，數(shù)碼相機(jī)必須選擇與拍攝現(xiàn)埸光源相同的白平衡模式，才能使所拍數(shù)碼照片保持與景物一致的真實(shí)色彩。

6 白平衡設(shè)置

數(shù)碼相機(jī)的白平衡設(shè)置包括：自動(dòng)白平衡，預(yù)設(shè)白平衡，自定義白平衡和包圍白平衡四種。

6.1 自動(dòng)白平衡

是數(shù)碼照相機(jī)最基本的白平衡模式，能自動(dòng)檢測(cè)自然光在一天中的色溫變化，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)微調(diào)相機(jī)白平衡，以適應(yīng)自然光源的色溫改變。在光線充足的戶外，使用該模式一般都能取得不錯(cuò)的效果。但在光線色溫超出自動(dòng)控制范圍和某些光線復(fù)雜的場(chǎng)合，其準(zhǔn)確性不是太高，拍攝圖像的色彩可能明顯偏色失真。這時(shí)可視拍攝現(xiàn)場(chǎng)的光線情況，選擇相應(yīng)的預(yù)設(shè)白平衡進(jìn)行拍攝。

6.2 預(yù)設(shè)白平衡

預(yù)設(shè)白平衡一般在數(shù)碼相機(jī)的菜單命令中設(shè)置，主要有：日光、陰天、鎢絲燈、熒光燈和閃光燈模式等。設(shè)置時(shí)可依據(jù)對(duì)攝影光源性質(zhì)的客觀判斷，選擇相應(yīng)的白平衡命令。如你在室內(nèi)用鎢絲燈作照明光源，則可選擇“鎢絲燈”選項(xiàng)，使用效果既方便效果又好。

6.3 自定義白平衡

自定義白平衡是精確調(diào)整數(shù)碼相機(jī)白平衡的一種模式，用戶可以按照自已的意志直接調(diào)控?cái)?shù)碼相機(jī)的色溫值，使之與光源色溫準(zhǔn)確地匹配，使所拍圖像得到最準(zhǔn)確的色彩還原。一般只有在光源非常復(fù)雜的情況下（如：混合光源，室內(nèi)，早晚的自然光等），或拍攝重要題材，如：廣告，文物，室內(nèi)人像時(shí)，才使用該模式。

數(shù)碼相機(jī)自定義白平衡的方法如下：

我們可以在鏡頭前放張白紙，通過(guò)屏幕查看，讓白色填滿整個(gè)畫(huà)面，然后按住自定義白平衡鈕1～2秒鐘，系統(tǒng)提示“完畢”即可。（注：不同的機(jī)器調(diào)整方法不同，應(yīng)參閱說(shuō)明書(shū)。）最后可打開(kāi)顯示屏觀察畫(huà)面色彩效果，不滿意可重新調(diào)定，直至滿意。調(diào)整時(shí)要注意白紙與被攝體受光方向要一致，不能在畫(huà)面中出現(xiàn)陰影和背景，如光線發(fā)生變化，要按上述方法重新設(shè)定白平衡。

6.4 自定義色溫

高檔數(shù)碼相機(jī)還可以直接在相機(jī)上自行修改色溫值，機(jī)型不同，改變級(jí)差有變化，一般在1K～100K之間。使用時(shí)需先用色溫表測(cè)定光源色溫值，再在相機(jī)上設(shè)定色溫值，并與之一致。如果沒(méi)有色溫表，只要知道光源的標(biāo)準(zhǔn)色溫值也行。這種方法適合于專(zhuān)業(yè)人像和商業(yè)攝影師使用，可獲得最準(zhǔn)確的色彩平衡。

數(shù)碼相機(jī)自定義白平衡的方法如下：

以尼康D200為例。打開(kāi)白平衡菜單，再打開(kāi)選擇色溫菜單，進(jìn)入選擇色溫頁(yè)面，按動(dòng)方向鍵便可根據(jù)實(shí)測(cè)光原色溫值選擇相對(duì)應(yīng)的色溫值并確認(rèn)便設(shè)置完成。

6.5 包圍白平衡

有的數(shù)碼相機(jī)還有包圍白平衡。利用白平衡包圍模式，一次拍攝能得到幾張色溫不同的圖像，只要從中選出色彩表現(xiàn)最滿意的一張便可，普通或?qū)I(yè)攝影者在遇到光源較為復(fù)雜的表況時(shí)，可在預(yù)設(shè)白平衡基礎(chǔ)上選用包圍白平衡，以代替設(shè)置更為復(fù)雜的自定義白平衡。

前面介紹的都是通過(guò)調(diào)整數(shù)碼相機(jī)白平衡，達(dá)到真實(shí)還原被攝景物色彩的目的。不過(guò)有時(shí)候，利用數(shù)碼相機(jī)的白平衡的巨大誤差，也可以制造出一些夸張的特殊色調(diào)效果，如：晚霞和晨曦時(shí)分的色溫很低，我們?nèi)绻室鈱灼胶庠O(shè)置為色溫很高的自然光白平衡，則可使晚霞和晨曦時(shí)分的景物偏暖色調(diào)，從而獲得更美的色調(diào)效果；又如：在晴天拍戶外人像，用陰天白平衡，會(huì)使膚色紅潤(rùn)而漂亮；而用熒光燈白平衡拍藍(lán)天，會(huì)使藍(lán)天更加飽和。此外，用彩色紙手動(dòng)調(diào)整白平衡也能讓圖像偏色，如：要想得到偏橙紅的圖像，可用淡藍(lán)色紙調(diào)整白平衡；而用黃色紙能使圖像偏藍(lán)。

數(shù)碼相機(jī)所拍圖像即使有明顯偏色，也可以在后期通過(guò)軟件加以糾正。但是，后期調(diào)整會(huì)對(duì)圖像質(zhì)量造成較大損失。作為專(zhuān)業(yè)攝影工作者，應(yīng)該在拍攝時(shí)在數(shù)碼相機(jī)上精確地設(shè)定白平衡，以減少后期調(diào)整所帶來(lái)的圖像色彩和影調(diào)的損失。

圖4 數(shù)碼照相機(jī)的白平衡功能和白平衡菜單命令