Что такое "баланс белого"?

  • Автор темы Автор темы sabos
  • Дата начала Дата начала
Статус
Закрыто для дальнейших ответов.

sabos

Участник
Топикстартер
Сообщения
1 909
Реакции
286

Не по теме:
Хорошие люди попросили меня FAQ написать. Решил прежде обкатать запев среди специалистов. Может заодно вопросиков накоплю - у меня всегда с этим плохо, когда все просто и понятно :-).

Чтобы объяснить, почему мы постоянно сталкиваемся с трудностями при установке этого непонятного значения, почему наши фотоаппараты постоянно капризничают, наши RAW-конвертеры выдают чепуху, а наши красивые закаты выглядят на экране грязными "серо-буро-малиновыми" кляксами - предлагаю сперва определится с тем, как мы, человеки, видим "баланс белого".

Когда эволюция создавала у человека цветное зрение, она столкнулась с проблемой нестабильного освещения. В те времена источников освещения было немного - солнечный свет, лунный и немного звезды, изредка пожары. Ночью цветное зрение увы не заработало, так что можно было упростить проблему только до солнечного света. Само солнце - очень стабильный источник, однако на пути солнечных лучей к нам есть непостоянный цветной фильтр - атмосфера. А там мало того, что есть облака и грозовые тучи, сами солнечные лучи попадают в атмосферу под разным углом в зависимости от сезона и от времени суток. Из-за этого меняет свой цвет не только небо, даже солнце приобретает характерную окраску - вы её хорошо видите утром и вечером.
Для любопытных (по материалам Зверевой «В мире солнечного света»):

Находящиеся в атмосфере Земли молекулы газов, из которых состоит воздух, рассеивают солнечные лучи. Английский физик Джон Релей открыл закон, согласно которому чем лучи короче, тем больше они рассеиваются. Фиолетовые лучи рассеиваются в 16 раз сильнее красных. Поэтому при прохождении через атмосферу рассеиваются в основном лучи короткой (синей) части спектра, мы видим небо голубым (голубой рассеянный свет). "А почему не фиолетовым?" - спросит внимательный читатель. Дело в том, что у нас чувствительность в фиолетовой области резко снижается. Если бы мы фиолет видели так же хорошо, как пчелы, небо казалось бы нам фиолетовым.

Релеевское рассеяние называют молекулярным, но существует еще и аэрозольное рассеивание, в котором участвуют не молекулы газов, а взвешенные в воздухе капельки воды, кристаллики льда, пылевые частицы. Капельки воды почти одинаково рассеивают лучи различного цвета, поэтому облака видятся нам белыми.

Чтобы увидеть самое красивое голубое небо, нужно попасть в горы. А еще лучше - на экватор. Толщина атмосферы, через которую проходит солнечный луч, там самая маленькая, потому что солнце находится в зените, и лучи падают отвесно. С удалением от зенита увеличивается толща воздуха, участвующая в рассеянии, а соответственно и число крупных частиц на пути луча. Аэрозольное рассеивание «съедает» голубизну неба. Чтобы полюбоваться синим небом, можно подняться в горы на 4-5 км. Чем выше мы поднимаемся, тем тоньше слой воздуха над точкой наблюдения, тем синее небо.

Небо не всегда бывает голубым. Утром и вечером, когда солнце поднимается или опускается из-за горизонта, нашему восхищенному взору предстает красочное зрелище. Нижняя часть неба окрашивается в красный цвет, который немного выше сменяется оранжевым и золотисто-желтым. В прозрачном холодном арктическом воздухе в верхней части сияния зари появляются зеленые тона. Как же образуется заря? Когда солнце опускается к горизонту, его лучи проделывают в атмосфере земли путь, который в несколько раз длиннее того, что они проходили в полдень. Лучи, идущие ближе всего к земле, проходят через самые плотные слои атмосферы и (за счет рассеяния) теряют значительную часть синих лучей - приобретают красную окраску. Лучи, идущие выше, будут ослаблены меньше и окрасятся в оранжевый цвет, а еще более высокие лучи – в желтый.
Из-за непостоянства нашего освещения мы очень рискуем. Ведь цвет ягод, которые мы собираемся съесть, зависит не только от их сорта - но и от освещения, под которым мы эти ягоды рассматриваем. Если освещение нестабильно - мы можем сильно промахнуться, и вместо аппетитной ягоды сожрать жуткий яд. Как выживать?
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

очень стабильный источник, однако на их пути
... Стабилиный источник света, ... на его пути..."
Или света пока упускаем?
Если бы мы фиолет так же хорошо
Что мы фиолет?

Да и вообще... Данная цитата таки перебор. Стоит её пересказать собственными словами не особо углубляясь.

Вообще я пока не понял об чём спичь?
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

Sabos...
Нужно донести банальные вещи:
1) Точка белого зависит от цветовой температуры в первую очередь и спектра освещения во вторую.
2) Привести примеры типичных ситуаций...
а) Дневной свет
б) лампы накаливания
в) люминисцентные лампы
г) (как экстримальный случай), подводная съёмка.

Думаю, что на данном уровне будет достаточно...
Потом можно разгребать глубже. Но начинать с очевидных и явно наблюдаемых вещей... В общем не с того начал(и).
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

В сети на эту тему огромное количество howto-чепухи с "банальными вещами". Все эти "дневной свет, лампы накаливания, люминисцентные" - забиты у тебя в фотоаппарат. Я не пишу к твоему аппарату памятку по нажатию на кнопочки (если ты родную не прочитал - мою и подавно). Я пытаюсь пояснить, почему howto-чепуха не работает. Почему кнопочки не помогают. Почему "мы постоянно сталкиваемся с трудностями при установке этого непонятного значения, почему наши фотоаппараты постоянно капризничают, наши RAW-конвертеры выдают чепуху, а наши красивые закаты выглядят на экране грязными "серо-буро-малиновыми" кляксами".
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

Ну... Тогда толкаем мысль дальше.
Пока информация стремится к нулю.

Просто тривиальные и знакомые ситуации наиболее предсказательны.
Это как прочитать Корнеги и понять "А я же это всё и сам знал, но не понимал".
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?


Не по теме:
Продолжаем интригу :-)

Для решения проблемы выживания для нас, человеков (и не только для human sapiens) природа разработала специальный механизм - механизм компенсации нестабильного света. Зрение имеет способность вычислять поправку на изменяющиеся условия освещения. И делает это моментально - увидеть нескомпенсированное изображение мы не успеваем. Механизм этот очень ловкий и непростой, ему не нужно делать замеры эталонных шкал, ему даже не нужно видеть сам источник освещения - по косвенным данным зрение способно восстановить цвет нашей ягоды до привычного аппетитной вида, спелая малина даже в экваториальных условиях будет того же "спелого малинового" цвета, что и под небом северной Швеции. Несмотря на то, что энергии в наших детекторах цвета (с точки зрения физики) изменились в несколько раз.

А может ли фотоаппарат восстановить цвет нашей ягоды до привычного аппетитной вида?
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

Если ягода неизвестна, то нет и косвенных источников информации.
Видимо, "вбухав" в электронную начинку хотя бы часть того, что содержится в нашей памяти и задав соответствующую обработку поступившей информации, можно чуть приблизиться к правде.

Ещё про ягоду. Вечер на северном болоте. Турист с юга. Впервые летним вечером (жёлтое освещение) видит спелую морошку. Наверняка "увидит" её белой ягодой.
Я, зная, как она должна выглядеть, буду видеть её жёлтой.
Хотя здесь получается некий обман, нет?
Турист скажет - белая. Я - жёлтая. Кто прав-то?
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

sabos сказал(а):

Не по теме:
Продолжаем интригу :-)

...

А может ли фотоаппарат восстановить цвет нашей ягоды до привычного аппетитной вида?

Не по теме:
Ерзая от нетерпения...

Конечно может, вон сколько аппетитных изображений в Интеренете, в рекламе. :)
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

Если ягода неизвестна, то нет и косвенных источников информации.
Не торопитесь. Зрение умеет собирать очень много видов косвенной информации, и обмануть его непросто (но можно - этим пользуются все известные маги и фокусники). Вполне возможно, что зрение нашего туриста-южанина вычислит вечернее освещение по цвету мхов, камней, пней, лба и шеи своего напарника-северянина. И скажет: "ягода желтая".

А может ли наш фотоаппарат так восстановить цвет нашей ягоды?

Вопрос о том, как устроен такой точный механизм распознавания, что сконструировала эволюция, уже более 100 лет не дает покоя ученым и инженерам color science. Попробую рассказать ход их мысли.

Мы должны решить противоречивую задачу - с одной стороны система должна противостоять переменному освещению, т.е. разные спектральные "читать" одинаково. С другой - не потерять свои цветоразличительные способности, т.е. уметь разные спектральные "читать" по-разному. Парадокс?

Нет. Если вспомнить, что зрение - это не один большой пиксел на весь глаз. Там множество сенсоров, и они могут функционировать по-разному. Мы уже договорились, что одна из функций зрения - вычислять освещение, или как еще говорят discounting-the-illuminant ("обесцвечивать").

Для любопытных:
Сами по себе предметы цвет не меняют. Точнее, не меняют свой спектральный коэффициент отражения. Спектральная характеристика вещества определяется его молекулами - их конструкцией, их связями. Определяется настолько жестко, что спектрометрию даже называют fingerprint - "отпечатком пальца" материала. И даже в криминальных делах принимают, как доказательство. Поменять спектральную - значит изменить молекулу, изменить химический состав. Если ягода подгнила - спектральная там изменится.
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

Что в наблюдаемой сцене является информацией, которую мы можем использовать, чтобы вывести оценку хроматичности источника освещения?

Скажу сразу, в науке о цвете и в цветной технике (особенно в технике) нет единого решения это важного вопроса. Используются разные гипотезы о механизме баланса белого, которые я не берусь подробно описывать, лишь вкратце упомяну:

Статистические методы.
Огромный простор для деятельности. О самых простых (например - усредненный цвет всех пикселей в сцене является нейтральным), до весьма сложных, например оценка гистограммы - она должна вид логарифмически нормального распределения и равные процентили по нашим трем каналам дают нейтраль (на соответствующем уровне яркости).

Статистика - мощная математика, она может многое объяснить. Но я сторонник моделей "пофизичнее". Попробуем обратится к физиологии.

В 1902 году (von Kries) было сделано предположение - каждая колбочка (человеческий сенсор) может динамически адаптироваться под освещение, причем адаптироваться независимо от остальных. На основе этого предположения родилось несколько теорий хроматической адаптации. Одна из самых известных - Retinex-теория (сочетание двух терминов retina+cortex), была предложена в 1971 Лендом. Принцип её можно упрощенно описать так:

В сетчатке есть область (центр внимания), в которой ищутся максимальные ответы от всех трех типов колбочек (это обычно или сам источник света, или самый белый объект сцены), затем все колбочковые ответы нормируются на текущее значение опознанного "белого" Lmax, Mmax, Smax.

Для практиков:
Многие цветокорректоры интуитивно пользуются этим принципом, удаляя так паразитную засветку (remove cast) в изображениях. К сожалению, наши популярные инструменты не позволяют нам делать такое "удаление" в координатах зрительной системы (в cone fundamental space), поэтому при этой операции возникают некоторые погрешности. Одно лечим - второе калечим.​
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

sabos сказал(а):
В сетчатке есть область (центр внимания), в которой ищутся максимальные ответы от всех трех типов колбочек (это обычно или сам источник света, или самый белый объект сцены), затем все колбочковые ответы нормируются на текущее значение опознанного "белого" Lmax, Mmax, Smax.
И помогает нам в этом, наверное, та самая горизонтальная сеть клеток.
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

ch_alex сказал(а):
И помогает нам в этом, наверное, та самая горизонтальная сеть клеток.
На этот вопрос наши физиологи увы, точного ответа не дают. Латеральное торможение нейронов ("горизонтальная сеть клеток") не различает типы колбочек, "давит" их все одинаково. Что позволяет объяснить нелинейность (степенную функцию) колбочкового ответа.

Ленд предполагал, что поиск максимальных ответов от всех трех типов колбочек идет в cortex (в коре головного мозга) механизмом double-opponent cells (because they compute both color opponency and spatial opponency). Но не предложил механизма, по которому вычисленные данные возвращаются обратно в retina (в колбочки).

Впрочем, не будем забегать вперед. Я вообще не уверен, что в этом научпопе дам критику Retinex-теории. Волюнтаристски дам понятие коэффициента неполноты для фон-Кризовских коэффициентов - и хватит "науки". Сам видишь - люди ждут описания большой зеленой кнопки "сделать шИдевр". :-)
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

Всем привет.
Здравствуй, Саша.

sabos сказал(а):
Что в наблюдаемой сцене является информацией, которую мы можем использовать, чтобы вывести оценку хроматичности источника освещения?
Скажу сразу, в науке о цвете и в цветной технике (особенно в технике) нет единого решения это важного вопроса. Используются разные гипотезы о механизме баланса белого, которые я не берусь подробно описывать, лишь вкратце упомяну:
На мой взгляд, в рамках существующих теорий не только объяснить что-то, но и самому понять не возможно. По сути, говоря про "баланс белого" надо рассказать все про адаптацию, но сначала это нужно понять самому, а как-то я не вижу ни одного человека на нашей планете, который бы понимал как оно работает.
Начинать надо с того, что каждый отдельный сенсор является устройством для сравнения стимулов, а не устройством для их измерения, что сам сравниваемый стимул является и частью адаптации. И т. д. У меня есть незаконченый материал, сейчас подправлю и выложу...

С уважением, Андрей Френкель.

P.S. Да! Поменьше надо говорить о когнититвном факторе. Он, конечно, имеет место быть, но совсем не так часто и не в такой степени, как об этом принято говорить.
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

Привет.
Andrey Frenkel сказал(а):
На мой взгляд, в рамках существующих теорий не только объяснить что-то, но и самому понять не возможно.
Пытаемся :-).

У меня предложение. Давай наши с тобой поиски перенесем в "Колориметрия и наука об изображениях". В новую тему, или в старую.

Здесь много болтунов, замусорят ("зафлудят") тему.
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

sabos сказал(а):
Конечно, но приходится выходить за рамки. :)
sabos сказал(а):
Давай наши с тобой поиски перенесем в "Колориметрия и наука об изображениях". В новую тему, или в старую./QUOTE]

Ок! Можно и в старую.
 
Ответ: Retinex theory of visual colour constancy или модели хромадаптации

Да, много воды утекло... А сколько мыслей передумано... :)

Материал очень сырой. То что я еще даже не решил, что же именно я пишу и для кого, что слова еще не те, а картинок просто нет, не так так страшно. Плохо, что не написана первая часть, в которой должно излагаться, что такое зрение и что такое изображение.

Цвет - это только небольшое дополнение к зрению, "приятная дополнительная опция". Монохромат ориентируется в окружающем мире лишь немного хуже трихромата, а вообще-то, достаточно быстро привыкаешь к восприятию негативных изображений, да и, вообще, к любым изображениям, лишь бы только изменения стимулов оставались на своих местах.

Однако, тезисы в аттаче.

С уважением, Андрей Френкель.
 

Вложения

Ответ: Что такое "баланс белого"?

Насчет основной функции зрения - как распознавания, я, помнится, еще года три назад "громил" "абсолютные цвета" и "колориметристов" :-). Приятно, что наши представления здесь начали сходиться.

Насчет "4. Сенсорная адаптация – основа «хроматической», «световой» и (до уровня включения палочек) «темновой» адаптации. Все это один и тот же механизм" - это все я у Ленда и McCann'a уже читал, и даже пытался обсудить.
Не спорю, часть ответов там есть, но лишь часть.

Полную критику Retinex устраивать пока не готов, лишь напомню - теория не только не назвала физиологических механизмов (хотя предсказала механизм double-opponent cells), но она не в состоянии объяснить много важных визуальных явлений, типа одновременного контраста или нелинейности при хроматической адаптации.
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

Всем привет.
Привет, Саша
sabos сказал(а):
Насчет основной функции зрения - как распознавания, я, помнится, еще года три назад "громил" "абсолютные цвета" и "колориметристов" :-). Приятно, что наши представления здесь начали сходиться.
Громил, громил. Только не слишком обосновывал.

sabos сказал(а):
Насчет "Все это один и тот же механизм" - это все я у Ленда и McCann'a уже читал[/url].
Не спорю, часть ответов там есть, но лишь часть.
У Лэнда в теории одни сплошные дырки, на мой взгляд, у него неверные посылки. Построить понимание цветового зрения на его теории невозможно.

sabos сказал(а):
она не в состоянии объяснить много важных визуальных явлений, типа одновременного контраста или нелинейности при хроматической адаптации.
Обрати внимание, в предлагаемой логике все это объясняется "на раз". Равно как и многие "эффекты". Перестают они быть эффектами, все становится просто и ясно.

С уважением, Андрей Френкель.
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

sabos сказал(а):
Насчет "4. Сенсорная адаптация ... это все я у Ленда ...читал
Что-то я не помню у Лэнда про независимую адаптацию каждого сенсора. Напомни, пожалуйста. А.Ф.
 
Ответ: Что такое "баланс белого"?

В вышеизложенной логике, вроде бы, не трудно понять и про "баланс белого".

Как было сказано, зрение не интересуют абсолютные значения стимула: сенсор сразу фиксирует разницу или соотношение (или некую их комбинацию) между стимулом и адаптацией. Матрица же фиксирует именно абсолютные значения, и чтобы получить потребные соотношение используются коэффициенты «баланса белого». То что для учета адаптации используются характеристики освещения – оправдано, т.к. если усреднить спектральные коэффициенты отражения всех поверхностей в сцене, то во многих случаях получится прямая параллельная оси абсцисс, т.е. СКО будет эквивалентен таковому у идеальной серой поверхности. Соответственно, адаптация будет определяться только спектральным распределением источника освещения.

Но уже в предположении о «среднесерости» часто заложены большие ошибки, кроме того оперируют вовсе не значениями l, m, s, а хрен знает чем, ни о какой линейности (критерий Лютера-Эйвса) речи не идет, адекватной мат. модели процесса нет и т.д., и т.п. . Потому и получается вкривь и вкось.


С уважением, Андрей Френкель.
 
Статус
Закрыто для дальнейших ответов.