ABC fotografii cyfrowej balans bieli

Roman Goc 2 grudnia 2006

warsztat

• Facebook

• Twitter

• Google+

Dzisiaj rozpoczynamy nowy cykl poradnikowy na stronach Fotopolis.pl. Seria artykułów ABC Fotografii cyfrowej przeznaczona będzie dla początkujących użytkowników aparatów cyfrowych, którzy chcą poznać i efektywnie użytkować ich najważniejsze funkcje. W pierwszej części cyklu wyjaśnimy czym jest i jak działa funkcja balansu bieli w aparatach cyfrowych.

Balans bieli, to jedno z najtrudniejszych pojęć w fotografii cyfrowej. Człowiek, a raczej oko ludzkie, widzi dowolny kolor, np. żółty jako żółty, niezależnie od tego czy ogląda go w świetle słabej żarówki czy w słoneczny dzień. Aparat fotograficzny nie ma takiej zdolności adaptacji do rodzaju oświetlenia i rejestruje kolory zależnie od natężenia i koloru światła padającego na fotografowane obiekty. Konstruktorom aparatów zależy na tym, by odtwarzane kolory były jak najbardziej zbliżone do tego, co widzi człowiek - by wyglądały na zdjęciu naturalnie. I tu wkracza funkcja balans bieli (zwany także równoważeniem bieli).

Aparat fotograficzny, a raczej jego oprogramowanie, musi zostać "poinformowane" o tym, jaki jest kolor i jasność światła padającego na fotografowaną scenę. Od tego bowiem zależą kolory i jasności uzyskane na zdjęciu. Tymczasem aparat fotograficzny cyfrowy (analogowy także) mierzy i analizuje jedynie światło odbite od fotografowanych przedmiotów, które wpada do niego przez obiektyw. Analiza tego światła wpadającego do aparatu musi dać informacje o tym jakie jest natężenie światła padającego na obiekty fotografowane.

różne źródła światła dają na zdjęciu różne kolory

Każdy aparat cyfrowy, od najprostszego po najbardziej zaawansowany ma opcję AWB, co jest skrótem od Auto White Balans, czyli automatyczne ustawianie balansu bieli. Ustawienie balansu bieli na AWB (auto) pozwala na robienie zdjęć w szybko zmieniających się warunkach oświetlenia. Dla początkującego fotoamatora to powinno wystarczyć, ale jeżeli chcemy robić zdjęcia lepsze niż przeciętne, to trzeba dobrze postudiować zagadnienie balansu bieli.

Automatyczny balans bieli
Włączamy aparat, kierujemy go w stronę obiektów, które chcemy fotografować i naciskamy spust migawki. Każdy użytkownik aparatów cyfrowych wie, że moment wykonania zdjęcia jest opóźniony w stosunku do momentu naciśnięcia spustu migawki. Coraz nowsze i lepsze aparaty mają to opóźnienie coraz mniejsze. Dlatego, że posiadają coraz szybciej działające procesory obliczające i ustawiające parametry dla wykonania zdjęcia. Jednak opóźnienie występuje i jest nie do uniknięcia. To opóźnienie to czas potrzebny procesorowi na ustawienie, między innymi, właściwego balansu bieli, czyli na określenie rodzaju i jasności światła oświetlającego scenę widzianą przez aparat.

Procedura tego ustawiania balansu bieli w typowych aparatach kompaktowych jest następująca. Na matrycy rejestrowany jest obraz, który ma być za chwilę zapisany jako zdjęcie. Odpowiedni program (analogiczny do komputerowego) zapisany w pamięci procesora aparatu analizuje ten obraz. Wyszukuje najjaśniejszy obszar i uznaje, że jest to odwzorowanie obiektu białego. Na tej podstawie program wylicza kolor i intensywność światła padającego na fotografowaną scenę. Ta informacja zostanie potem wykorzystana do odtworzenia kolorów wszystkich obiektów, które zostaną zarejestrowane na matrycy aparatu. Niestety, w niektórych sytuacjach, ustawienie automatycznego balansu bieli może zawieść. Dlatego producenci przewidzieli możliwość ręcznego ustawienia balansu bieli przez fotografa.

W lustrzankach cyfrowych ustawianie automatycznego balansu bieli odbywa się na podobnej zasadzie, jednak znacznie szybciej niż w aparatach kompaktowych - cały proces praktycznie nie opóźnia wykonania zdjęcia. Dzieje się tak dlatego, że konstrukcja aparatu lustrzankowego pozwala na pomiar balansu bieli za pomocą dodatkowego układu światłoczułego, innego niż zasadnicza matryca aparatu służąca do rejestracji zdjęć.

Ustawienia własne balansu bieli
Każdy, nawet najprostszy, aparat cyfrowy daje użytkownikowi możliwość "informowania" aparatu o kolorze i jasności światła padającego na fotografowane obiekty. W tanich kompaktach mamy do wyboru kilka podstawowych rodzajów oświetlenia. Zależnie od producenta aparatu mogą się one różnie nazywać ale zazwyczaj są to:

• światło słoneczne,

• dzień pochmurny,

• żarówka,

• lampa jarzeniowa,

• lampa błyskowa.

Ustawienie w aparacie którejś z tych opcji oznacza wprowadzenie do oprogramowania aparatu informacji, jaki rodzaj światła pada na fotografowaną scenę. Informacja ta jest wykorzystana przez procesor aparatu w trakcie przetwarzania obrazu zarejestrowanego na matrycy w kolorowy obraz przeznaczony do oglądania na monitorze i do zapisania na karcie pamięci.

przycisk WB (white balance) na korpusie cyfrowej lustrzanki Nikon D200 umożliwia szybki wybór trybu balansu bieli, jednak większość aparatów kompaktowych wymaga skorzystania w tym celu z menu

Najważniejszym elementem tego przetwarzania jest odtwarzanie kolorów, zwane demozaikowaniem. Dla realizacji tego etapu konieczna jest informacja o rodzaju oświetlenia w którym wykonano zdjęcie. Złe ustawienie opcji Balans bieli/White Balance może dać w efekcie zdjęcie o całkowicie nienaturalnych kolorach - innych niż rejestrowana scena miała w rzeczywistości widziana ludzkim okiem.

Dla ilustracji wpływu ustawienia balansu bieli na odtwarzane kolory prezentujemy 4 zdjęcia klocków DUPLO. Wszystkie zrobione w lekko pochmurny, listopadowy dzień, około godziny 15. Pod każdym z nich podane jest zastosowane ustawienie balansu bieli. Na zdjęciu nie ma żadnego obszaru białego lub szarego, stąd ustawienie auto nie zdołało zapewnić poprawnego odwzorowania kolorów. Najpoprawniej, wg oceny autora, kolory zostały odwzorowane przy ustawieniu dzień pochmurny, czyli zgodnie z faktycznym oświetleniem.

auto

światło słoneczne

dzień pochmurny

żarówka

Nieco bardziej zaawansowane ustawianie balansu bieli to ustawianie według wzorca.

Balans bieli według wzorca
Kompaktowe aparaty cyfrowe średniej klasy mają opcję ustawiania balansu bieli zwaną według wzorca. W warunkach, w których ma zostać wykonane zdjęcie, podstawiamy przed obiektyw przedmiot, którego kolor uznajemy za biały (lub neutralnie szary) i naciskamy odpowiedni przycisk aparatu (albo przechodzimy procedurę opisaną w instrukcji obsługi aparatu.) Kolor podstawionego przedmiotu zostanie zarejestrowany przez aparat jako biały (lub neutralny) a wszystkie inne kolory pojawiające się przed obiektywem w trakcie fotografowania będą oceniane w stosunku do tego uznanego, z woli fotografa, wzorca. Ta opcja balansu bieli pozwala także na uzyskiwanie różnych efektów kolorystycznych. Możemy bowiem jako wzorzec koloru białego podsunąć kartkę dowolnego koloru, co może dać na zdjęciu kolory zupełnie różne od rzeczywistych kolorów fotografowanych przedmiotów. W ten sposób można uzyskiwać ciekawe efekty kolorystyczne na zdjęciach.

Fotograficzny aparat cyfrowy ma tę zaletę, że robienie nim dziesiątek, czy setek zdjęć doświadczalnych nic nas nie kosztuje, poza czasem i ewentualnym miejscem na dysku komputera. Możemy więc do woli eksperymentować z wszystkimi jego parametrami.

Różnorodność oświetlenia, z jakim możemy spotkać się na co dzień, jest jednak tak duża, że opisane dotychczas metody "cechowania" kolorów mogą nie wystarczyć zaawansowanemu fotografowi. Dlatego cyfrowe aparaty fotograficzne wysokiej klasy mają opcję ustawiania temperatury źródła światła, które oświetla fotografowaną scenę.

Temperatura źródła światła
Każdy może wykonać w domu bardzo proste ale pouczające doświadczenie ilustrujące pojęcie temperatury źródła światła. Wieczorem, przy zgaszonym świetle, nad palnikiem gazowym przytrzymujemy odpowiednio długi (aby się nie oparzyć) i dość gruby drut żelazny. Co jakiś czas wyjmujemy go znad płomienia i oceniamy jego kolor.

Początkowo jest ciemno czerwony, po trochę dłuższym ogrzewaniu jest już jasno czerwony, a jeżeli potrzymamy jeszcze dłużej zaczyna świecić białym kolorem. Wiemy, że im dłużej grzejemy, tym wyższą temperaturę ma nasz drut. Oczywiście do pewnej granicy, czyli do temperatury płomienia, w którym go ogrzewamy.

Wniosek z tego doświadczenia jest prosty. Temperatura źródła światła określa kolor emitowanego światła. Temperaturę w tym przypadku mierzymy w skali Kelvina. Skala Kelvina to skala temperatur, w której zero na skali Celsjusza (zamarzanie wody) odpowiada 273,15 K. Jednostką jest kelvin (nie mówimy stopień Kelvina, tylko kelvin) i jest on równy stopniowi Celsjusza. Mamy więc jedynie przesunięcie wszystkich wartości o te 273,15 jednostek, co nie ma specjalnego znaczenia dla naszych rozważań.

Pomijając teoretyczne uzasadnienia, nieistotne dla fotografa, poszczególnym źródłom światła występującym w przyrodzie przypisane są następujące temperatury.

Źródło oświetlenia	Temperatura
Świeca	1000 K do 1500 K
Światło o wschodzie/zachodzie słońca	2000 K do 3000 K
Żarówka (100 W do 200 W)	2500 K do 2900 K
Światło w słoneczny dzień	5000 K do 6000 K
Światło słoneczne w bezchmurny dzień	6000 K do 7500 K
Światło słoneczne w bezchmurny dzień, w górach	10000 K do 12000 K
Błyskawica	15000 K do 22000 K

przykład różnych barw światła - czerwonawe zabarwienie światła świecy i niebieskie światło dzienne w głębi

Liczby podane w tabeli są przybliżonymi wartościami. W praktyce fotograficznej ustawiamy kolor źródła światła taki, by obraz oglądany na monitorze wyglądał jak najbardziej naturalnie, co oczywiście jest pojęciem subiektywnym. Możliwość ustawienia temperatury koloru światła padającego na fotografowane obiekty stwarza zaawansowanemu fotoamatorowi ogromne pole do popisu, jeżeli chodzi o kompozycję kolorów zdjęcia.

Balans bieli dla plików RAW
Warto podkreślić, że korekta zdjęcia zależna od ustawienia balansu bieli dokonywana jest na etapie obróbki danych zarejestrowanych bezpośrednio z matrycy. Czyli surowe pliki RAW nie mają zapisanego balansu bieli. Niestety, większość aparatów kompaktowych nie ma możliwości zapisu pliku RAW, a zapisuje jedynie plik po wszelkich korektach dokonanych przez oprogramowanie aparatu w formacie JPEG. Do pliku zapisanego jako JPEG lub TIFF nie można już wprowadzić innego balansu bieli, niż był ustawiony w aparacie.

Jeżeli jednak aparat pozwala na zapisywanie plików RAW, to umożliwia to wielokrotne powtarzanie odtwarzania kolorów - już poza aparatem z różnymi ustawieniami balansu bieli. To tak jak byśmy mieli możliwość wielokrotnego wywoływania filmu (z aparatu analogowego) za każdym razem w innych warunkach czy innym wywoływaczem.

W przyszłym tygodniu, w drugiej części naszego cyklu opiszemy systemy stabilizacji drgań w aparatach cyfrowych.

Autor jest profesorem na Wydziale Fizyki Uniwersytetu im. A. Mickiewicza.

• autor: Roman Goc

---