聊聊攝影中的色彩管理（2）——白平衡究竟是個什麼玩意兒（上）

我相信絕大多數的攝影師或者攝影愛好者都知道相機的「白平衡」怎麼設置，大多數情況下我們只要設置「全自動白平衡」，然後在拍攝的時候盡量拍一些白色物體。但是，大家有沒有思考過這樣一個問題：為什麼我們要設「白平衡」，為啥不是「黃平衡」，不是「藍平衡」，還是別的顏色，卻偏偏是「白平衡」？

在開始講這個問題之前，我們來簡單解釋一下人眼是如何分辨出顏色的，人眼的視網膜上存在著兩種能對光產生感應的桿體細胞和椎體細胞，說的形象點就是兩種「感測器」，其中桿體「感測器」給我們提供弱光環境下的視覺，椎體」感測器」分別感應光線中的「長波」，「中波」，「短波」。

回到我們前面的一篇文章中講到的光的波長在我們的視覺反應中是以「顏色」體現的，並且按照波長順序長波到短波依次是「赤橙黃綠青藍紫」。那麼，人眼的三種椎體細胞感應「長波」「中波」「短波」實際上就是「赤橙黃綠青藍紫」這七種顏色被劃成了三種顏色，這就是我們常說的「RGB」——紅、綠、藍

寫到這裡，大家應該明白兩個我們的常識的由來：

1。為啥我們要叫「RGB」，而不是「GBR」，也不是「BRG」，就是因為這三種顏色就是挨著光的波長的順序排列的；

2。我們的電視機，顯示器，為啥都要以RGB三種顏色作為基礎色，就是因為我們的眼睛就以這三種「顏色」的「感測器」來感受「顏色」的。

所以，我們的照相機的那塊底，模擬的就是我們的這三種椎體細胞來認出「色彩」的，所以我們可以看到有些感光晶元的資料中會提到RGB三個顏色是用單獨的通道來採集。

我們再來看一張圖：

可以發現當「紅」「綠」「藍」以1比1比1的比例混合到一起的時候，顏色應該是白色，也就是說我們肉眼在看「白色」物體的時候，這三種椎體「感測器」反饋給大腦的這三種顏色強度應該是一樣的。

引申到我們的數碼相機，我們怎麼確定我們相機的色彩能夠還原我們人眼看到的色彩？想像一下如果我們要我們的數碼相機把我們視覺系統能辨識的色彩一一對上號，那得多大的運算量？所以，我們找了一個基準，就像很多屏幕校色要找白點一樣，我們相機也找了「白」點。既然RGB包含了光譜中的「長波」，「中波」，「短波」，那麼三個顏色疊加是不是代表了全光譜？這就解釋了「白平衡」為啥是「白」「平衡」，因為「白」，意味著「全光譜」，數碼相機的「白平衡」就是要調整「紅」「綠」「藍」三種感測器的信號比例，從而確保感光晶元能夠「看到」全光譜。

接下來我們再深入一下，大家相機的白平衡設置裡面，一般都有下面這張圖中所示的設置：

大家可以發現，所有的選項，都含有一個帶K單位「色溫」值，那麼這個色溫又是什麼呢？

什麼是色溫？

色溫，即使是英語原文也是colour temperature，但它不是「色彩」的「溫度」，而是「光源」的「溫度」，色溫的定義是，完全由原子釋放出來的熱能產生的光子隨著熱能的變化而產生的顏色變化，單位是K。我們對這個概念簡單一些解釋就是，溫度越高，能量越高，波長越短，光源的顏色應該越偏藍偏紫——藍光，色溫高；能量越低，波長越長，光源的顏色應該偏黃偏紅——黃光，色溫低。

寫到這裡，問題就來了：我們直觀的感受跟這個色溫完全相反嘛，我們看到藍天白雲的時候往往比較涼爽，看到艷陽高照的時候往往比較熱。

這就是對色溫的誤解：首先，色溫是指光源的溫度，而我們肉眼看到的不一定是光源的顏色，也就未必感受到光源的溫度；其次，色溫是針對完全由物體本身依靠熱能釋放出來的光子的光源，這種光源稱為「絕對黑體輻射體」，（見附錄，光源的分類）但是這只是目前無法證實存在這樣的物體的假說，太陽可能是這樣一個黑體，但是我們肉眼看到的太陽光已經經過大氣的作用，我們看到的「太陽光」已經不能作為一個純粹靠物體溫度的而發光的光源了。即使我們可以跑到太陽邊上測量溫度，也不可能把它溫度降下來然後再看看顏色是否發生變化。所以，「絕對黑體輻射體」目前並不存在，只能說是「假說」，但是人們已經利用溫度和顏色的這種關係，解決了很多實際問題，比如我們鍊鋼時候對鋼水的溫度控制，就是通過鋼水的顏色來確定的。所以，色彩和溫度確實存在關聯，但在攝影上，色溫，我們只能用來表示 光源的外觀顏色，跟溫度沒有關係。

為了佐證色溫跟溫度無關，我們來一一分析幾種常見的「白平衡」選項

1.日光，5200k，實際上往往是在正午的時候，太陽直射的時候，這個實際上看地區，地球上不同地方不同季節的正午日光色溫有偏差，百度上說5200到5500的樣子，比如前幾天我在上海就測出來正午約5100k；

2.陰影，7000k，這個時候是沒有日光直接照射的情況下使用，當然光源還是日光，是反射的日光，色溫也發生了變化；

3.陰天，6000k，這個是在雲層比較多的情況下，這個時候看上去已經是白色的光了，光源還是日光，但是不是直射了，所以色溫也發生了很明顯的變化。

4.鎢絲燈，3200k，以前的電燈泡和現在的浴霸都是鎢絲燈，但這個數值不準確，我測過一個是2600k，拍電影電視的時候也有的燈是鎢絲燈，色溫有見過2500k的，3200k的；鎢絲燈和日光一樣，主要是鎢絲髮熱產生的光，但又不能完全認為是絕對黑體；

5.白色熒光燈，4000k，家裡以前用的日光燈管就是一種「白色熒光燈」，但是這種燈管的色溫是不確定的，暖白的，冷白的都有，色溫可以從2700到7200，所以這個選項基本是殘廢的，而且現在家裡面大多用的是節能燈，節能燈的色溫大約在5200k以上，所以如果你家裡用節能燈然後設成這個拍肯定偏色，熒光燈的發光原理就幾乎跟溫度沒有關係了，是利用特殊氣體通過電荷激發釋放出光子，然後經過熒光塗層吸收改變波長從而產生「顏色」的；

6.閃光燈，這個色溫其實也說不好，以前很多影室閃光燈在5500左右，而且有的燈會隨著輸出功率的改變而改變，但實際上很多現在新的閃光燈有了6000以上，還是要看具體的燈，比如佳能的機頂燈約6800，當然，靠譜點的廠商會標註該款閃光燈的色溫範圍；閃光燈的發光原理是在特殊密閉氣體管里瞬間升壓放電從而產生高能光子，類似閃電，這也跟「絕對黑體」不是同一種光源；

寫到這裡，我們有必要講一下

「光源」的基本分類：

第一：「絕對黑體輻射體」，理論上存在的一種隨著黑體的溫度變化而變化的發光體；比如太陽，鎢絲燈，蠟燭，這些在沒有其他條件干擾下，都可以認為是一種近似的「絕對黑體輻射體」光源；

第二：日光，日光我們在這裡定義為太陽和大氣層共同作用下的結果，之所以獨立作為一種光源是因為我們的一切理論都是基於「日光」的，我們的視覺系統從原始人到現代人，都是在「日光」的環境下進化的；

第三：電子放電氣體燈管，比如熒光燈，氙氣燈，閃光燈。利用電荷激活密閉氣體的原子從而釋放光子，而熒光燈還會通過熒光塗層改變光子波長，從而改變顏色；

第四：LED（發光二極體），發光二極體由多層P型半導體和N型半導體組成，PN之間的中間層在通電後發生一端出現過量電子，一端出現少量電子，一端多餘的電子發生流動以光子的形式釋放出來。LED的亮度跟電流強度有關，可以發出從紫外線到紅外線各種光譜的光線，還可以通過熒光塗層改變顏色，而且發光效率高，節能環保，是現在乃至未來發展潛力很大的光源；

第五：電視機和顯示器，這當然也是一種光源，只不過這種光源一般不會用在攝影上，不做贅述。

（其中，鎢絲燈，氙氣燈，閃光燈還有LED都是目前攝影攝像上廣泛使用的人造光源，在未來的內容中，我們將具體講述這些光源。）明白了光源的分類，我們可以發現即使是這些白平衡設置裡面標配的選項中發光原理跟溫度沒有關係，這一點已經很明確的揭示了相機中色溫表示的只是是光源的外觀顏色，而相機白平衡的選項設置為光源，是因為光線照到白色的物體上，我們要確保相機的感光晶元「看到」的這個白色物體仍舊是白色的，就要告訴它，光源的顏色。

明白了這些，我們可以給白平衡下一個相對比較精準的定義：

就是用白色作為基準點，調整感光晶元內部的「紅」「綠」「藍」的信號比例確保在特定光源下照射的白色物體在感光晶元上生成的圖片中白色物體仍舊是白色的。

所以調整白平衡實際上應該有三個步驟，第一，確認光源的顏色，第二，找到在該光源照射條件下的白色物體，第三，在相機上選擇合適的選項調整，直到讓白色物體在拍下的畫面中也是白色。——這也是「色彩管理」必須要強調的三個基本元素：「光源」「物體」「觀察者」，只要你在進行色彩管理，或者你要把握好作品的色彩，我們必須牢牢的把握住這三個元素。缺一不可。

那麼，大家都知道，白紙是白的，白瓷磚也是白的，白牆也是白的，可是放在一起，未必都是一樣白，那麼怎麼才算白？

我們是不是找到了合適的白，調好了白平衡，我們拍的顏色就準確了呢？

我們有的相機菜單中白平衡設置裡面還有個「白平衡偏移」，這個我們又該如何去設置？或者說我們如何利用好這個功能呢？

我們下回分解！