?前面文章，介紹了人眼感知的物體顏色取決于光源的光譜組成與物體表面的光譜反射特性之間的相互作用。

? ? 人類視覺的顏色感知是生物機制與認知智能協同作用的結果，人眼視網膜上的視錐細胞檢測光的顏色，視桿細胞分析光的亮度，再共同轉化為神經信號傳遞至大腦，大腦結合環境光照條件并依照過往生活經驗，綜合判斷物體的顏色屬性。

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• 從顏色恒常性到白平衡

??介紹白平衡前，先介紹一下顏色恒常性，日本京都立命館大學的心理學教授北岡明佳曾發布了一張使用藍色濾鏡拍攝的草莓的圖片，在網上引起了熱議。

? ? 圖中到底有沒有紅色？我們通過取色器工具提取照片中草莓區域的顏色，并繪制到了旁邊的白板上，發現照片中完全沒有紅色，都只有不同程度的灰色，然而人眼卻感知到紅色，這就是人類視覺的顏色恒常性。

? ? 事實上人類視覺并非直接感知光線波長，而是大腦基于進化、經驗和環境構建的"最佳猜測"。這種顏色恒常性能力讓我們能適應不同光照條件，準確識別物體顏色，圖中是人觀察不同光源下的西紅柿的示例。

然而CMOS/CCD等傳感器，僅能被動記錄入射光線的強度信息，無法像人類視覺系統那樣主動區分物體固有色和環境光色偏，從而導致出現色溫偏差。即同一物體在不同光源照射下，受光源色溫的影響，呈現的顏色是不同的。低色溫光源下，白色物體偏紅，高色溫光源下，白色物體偏藍。

? ? 為實現顏色恒常性，攝像機需要白平衡技術。所謂白平衡(White Balance），簡單地說就是去除環境光的影響 ，還原物體真實的顏色，把不同色溫下的顏色調整正確。

?白平衡與色溫

? ? 色溫是白平衡中繞不開的一個概念，這里引入CIE色度圖中的黑體軌跡介紹色溫。色溫 (Color Temperature) 表示光源光色的尺度，單位為K。在CIE色度圖上，黑體軌跡是一條從右下角到左上角的曲線，表示黑體在不同溫度下輻射的顏色。黑體軌跡上的每個點都對應一個特定的溫度，這個溫度就是色溫（單位為K）。

? ? 將標準黑體從絕對零度開始加熱，溫度逐漸升高，光度亦隨之改變，黑體呈現出由紅變化為橙紅、黃、黃白、白、藍白、藍的過程。這里可以使用打鐵時的現象解釋黑體軌跡。

朝陽夕陽：光線偏紅，色溫較低，約1800K~3000K，給人以溫暖的感覺。?

白熾燈：色溫約2800K~3500K，接近于自然光，光線偏黃。?

正午的太陽：色溫約5000K~6500K，光線接近中性白色。?

陰天：色溫約6500K~8000K，光線偏藍。?

晴天陰影處：色溫最高，約12000K~16000K，光線非常藍。

• 白平衡的應用

?白平衡的調整方向與光源色溫相反，色溫是是描述光源顏色的物理量，白平衡是相機或算法通過調整色彩參數，抵消光源色溫的影響，使白色物體在不同光照下仍顯示為白色。ISP算法需要精準匹配色溫進行校正。攝影師可以通過白平衡有意識地創作出帶有主觀色調的片子，烘托藝術氣氛。

? ? 當白平衡值小于色溫時，畫面色調偏冷(藍調)。當白平衡值等于色溫，色彩校正完全匹配，畫面色調中性。當白平衡值大于色溫，畫面色調偏暖(黃調)。

• 白平衡的方法

? ??預設白平衡，通過色溫計測量環境色溫，以實現白平衡。

? ??手動白平衡，通過拍攝18%的灰色色卡，再估計出 紅、綠、藍色偏色的比例并做相應的調整，以實現白平衡。

? ??自動白平衡，模擬人類視覺的校正機制，以顏色恒常性理論為核心。目前有灰度世界法、完美反射法、灰度世界完美反射結合法、模糊控制法、動態白點法、色溫估算法、機器學習法等。

1、灰度世界法

2、完美反射法

參考鏈接：

https://www.digitaltrends.com/photography/non-red-strawberries/

https://www.sohu.com/a/128378558_119038

https://photographypro.com/white-balance/

https://www.eecs.yorku.ca/~mbrown.html

https://www.digitalcameraworld.com/photography/photo-technique/harness-the-wb-settings-on-your-camera-to-get-pure-whites-or-get-creative-by-giving-your-photo-an-unnatural-hue

Automatic White Balance algorithm Video Engineering Activity