Ισορροπία χρώματος

Στη Φωτογραφία και στην επεξεργασία εικόνας, η ισορροπία χρώματος είναι η συνολική ρύθμιση των εντάσεων που έχουν τα χρώματα (τυπικά τα κύρια χρώματα είναι το κόκκινο, πράσινο και μπλε). Ένας σημαντικός στόχος είναι ο έλεγχος των εντάσεων κάθε χρώματος ώστε η συνολική εικόνα να αποκτήσει ουδέτερα - σωστά (ισορροπημένα) χρώματα. Η ρύθμιση αυτή είναι γνωστή και ως ισορροπία λευκού ή ισορροπία γκρι ή ισορρόπηση ουδέτερων χρωμάτων . Κατά την ισορρόπηση χρώματος αλλάζει ο τρόπος που γίνεται η μίξη των χρωμάτων που δημιουργούν την τελική εικόνα. Αρκετές φορές η ρύθμιση χρώματος χρησιμοποιείται ώστε τα χρώματα να γίνουν αισθητικά ομορφότερα (παρόλο που δεν είναι ουδέτερα-ισορροπημένα).

Τα δεδομένα των εικόνων τα οποία λαμβάνονται από τους αισθητήρες των μηχανών (είτε από τα αναλογικά φιλμ είτε από τους ψηφιακούς αισθητήρες στην ψηφιακή φωτογραφία) - πρέπει να μετασχηματιστούν-προσαρμοστούν σε κατάλληλες τιμές για χρωματική αναπαραγωγή και εκτύπωση. Το ζήτημα της ισορροπίας χρώματος προκύπτει από το γεγονός ότι οι αισθητήρες των φωτογραφικών μηχανών (είτε με φιλμ είτε με ψηφιακούς αισθητήρες) δεν βλέπουν με τον ίδιο τρόπο τα χρώματα όπως το ανθρώπινο μάτι.

Η ισορροπία χρώματος είναι διάσημη σε εφαρμογές επεξεργασίας εικόνας όπου γίνονται ρυθμίσεις στα κανάλια χρώματος της εικόνας (κόκκινο, πράσινο και μπλε) . Όταν χρησιμοποιείται φωτογράφιση με αναλογική μηχανή με φιλμ, η ρύθμιση ισορροπίας χρώματος επιτυγχάνεται με την χρήση κατάλληλου χρωματικού φίλτρου μπροστά στο φακό της μηχανής .

Γενικά

Συνήθως η ρύθμιση ουδέτερων χρωμάτων ονομάζεται ισορρόπηση λευκού και η έκφραση ισορροπία χρώματος αναφέρεται στην ρύθμιση των χρωμάτων ώστε η συνολική εικόνα να έχει παρόμοια εμφάνιση με την εικόνα κατά τις συνθήκες της φωτογράφισης . Επίσης στην φωτογραφία είναι σημαντικό τα ουδέτερα χρώματα (γκρι και ουδέτερες αποχρώσεις αυτού όπως και το λευκό) να παρουσιαστούν με τον ίδιο τρόπο στην αναπαραγωγή/εκτύπωση της εικόνας. Η περίπτωση της ισορρόπησης των ουδέτερων χρωμάτων (ονομάζεται ως ισορρόπηση γκρι, ουδέτερη ισορρόπηση ή ισορρόπηση λευκού) είναι πολύ σημαντική κατά την ισορρόπηση χρώματων σε μια εικόνα.

Συνήθως, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί η φράση ισορροπία χρώματος για να ρυθμιστούν οι διαφορές μεταξύ του τρόπου που καταγράφει ο αισθητήρας της μηχανής και του τρόπου που αντιλαμβάνεται το ανθρώπινου ματι τα χρώματα. Η ισορροπία χρώματος αναφέρεται στην διόρθωση των διαφορών της φωτογραφίας σε διαφορετικές φωτιστικές συνθήκες περιβάλλοντος. Οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται στα προγράμματα επεξεργασίας εικόνας δεν διαχωρίζουν το είδος της διόρθωσης που κάνουν. Κάποιες εφαρμογές έχουν στόχο την ακριβή ισορρόπηση χρωμάτων με βάση τις αρχικές συνθήκες, άλλες εφαρμογές έχουν στόχο την ισορρόπηση χρωμάτων για να είναι η εικόνα αισθητικά ομορφότερη.

Εκτίμηση και προσαρμογή φωτιστικών συνθηκών
Οι περισσότερες ψηφιακές μηχανές έχουν ένα μηχανισμό κατά το οποίο επιλέγουν την κατάλληλη διόρθωση χρώματος βασιζόμενοι στις φωτιστικές συνθήκες κατά την διάρκεια της φωτογράφισης. Η επιλογή της κατάλληλης διόρθωσης χρώματος, μπορεί να γίνει είτε χειροκίνητα από τον φωτογράφο (χειροκίνητη επιλογή της φωτιστικής συνθήκης - ισορρόπησης λευκών) ή να γίνει αυτόματα στην μηχανή όταν έχει επιλεχθεί η λειτουργία αυτόματης ισορρόπησης λευκών (AWB: automatic white balance - λειτουργία). Ο αλγόριθμος ο οποίος  αυτόματα κάνει την γενική ισορρόπηση των λευκών είναι γνωστός ως αλγόριθμος προσαρμογής φωτιστικών συνθηκών (illuminant adaptation) ή αλγόριθμος χρωματικής προσαρμογής (chromatic adaptation).

Υπάρχουν διάφορες μεθοδολογίες για να επιτευχθεί ή ισορροπία χρώματος. Στις ψηφιακές μηχανές υπάρχει η δυνατότητα χειροκίνητης επιλογής των φωτιστικών συνθηκών που επικρατούν (επιλογή φυσικού φωτισμού κατά την διάρκεια μιας ηλιόλουστης μέρας, φωτισμός λαμπών πυράκτωσης ή φθορίου κλπ). Μια άλλη επιλογή είναι η χρήση μιας γκρι κάρτας ή ενός ουδέτερου αντικειμένου με το οποίο ο φωτογράφος ρυθμίζει χειροκίνητα την ισορροπία χρώματος. Σε αυτή την χειροκίνητη επιλογή ισορροπίας χρώματος ο φωτογράφος φωτογραφίζει την γκρι κάρτα ή το ουδέτερο αντικείμενο και την πληροφορίας με βάση την εικόνα αυτή γίνεται προσαρμοσμένη ρύθμιση.

Υπάρχει μεγάλη βιβλιογραφία για το πως μπορεί κάποιος να εκτιμήσει τις φωτιστικές συνθήκες της φωτογράφισης από τα δεδομένα της φωτογραφίας, ώστε να αξιοποιηθεί η πληροφορία αυτή αργότερα στην επεξεργασία της εικόνας. Τέτοια παραδείγματα μεθοδολογιών είναι η θεωρία Ρέτινεξ, αλγόριθμοι τεχνητής νοημοσύνης με νευρωνικά δίκτυα Brian Funt, Vlad Cardei, and Kobus Barnard, "Learning color constancy," in Proceedings of the Fourth IS&T/SID Color Imaging Conference, p 58-60 (1996). ή αλγόριθμοι με Μπεϊσιανές μεθόδους.

Ισορροπία χρώματος και παραμορφώσεις χρωμάτων
Η ισορροπία χρώματος δεν επηρεάζει μόνο τα ουδέτερα χρώματα (γκρι αποχρώσεις, λευκά) αλλά και τα υπόλοιπα χρώματα. Μια εικόνα η οποία δεν είναι διορθωμένη χρωματικά λέμε ότι έχει χρωματική απόκλιση (color cast). Σε μια εικόνα με χρωματική απόκλιση έχουμε στην εικόνα τα χρώματα αλλοιωμένα προς ένα χρώμα. John A C Yule, Principles of Color Reproduction. New York: Wiley, 1967. Η ισορροπία χρώματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση της χρωματικής απόκλισης.

Η ισορροπία χρώματος συσχετίζεται με το πως ο άνθρωπος αντιλαμβάνεται τα ίδια χρώματα κάτω από διαφορετικές φωτιστικές συνθήκες (π.χ. ο χρώμα ενός μήλου είναι πράσινο κατά την διάρκεια της ημέρας κάτω από το φως του ήλιου ή σε σκιά αλλά και στο ηλιοβασίλεμα όπου έχουμε κόκκινο-πορτοκαλί φωτισμό του ηλιοβασιλέματος). Η διαδικασία ισορροπίας του χρώματος γίνεται σε δύο βήματα: πρώτα υπολογίζονται οι φωτιστικές συνθήκες κάτω από τις οποίες η εικόνα λήφθηκε και κατόπιν τροποποιούνται τα κανάλια R, G, B (Red-κόκκινο, Green-πράσινο, Blue-μπλε) με την επιθυμητή διόρθωση. 

Ο Στέφεν Βιγγιάνο το 2004 δημοσίευσε μια επιστημονική μελέτη όπου 6 μέθοδοι ισορροπίας χρώματος συγκρίνονται. Τα αποτελέσματα της μελέτης δείχνουν ότι είναι καλύτερο να γίνεται η ισορροπία χρώματος την στιγμή που λαμβάνεται η εικόνα από τον αισθητήρα της μηχανής και όχι αργότερα στην οθόνη του ηλεκτρονικού υπολογιστή. Στην περίπτωση που κάποιος θέλει να κάνει ισορροπία χρώματος μετά την λήψη της εικόνας για βέλτιστα αποτελέσματα (λιγότερη παραμόρφωση των χρωμάτων) προτείνεται η χρησιμοποίηση του πηγαίου "raw" αρχείου που προήλθε από τον αισθητήρα της μηχανής. J A Stephen Viggiano, "Comparison of the accuracy of different white balancing options as quantified by their color constancy ." Sensors and Camera Systems for Scientific, Industrial, and Digital Photography Applications V: Proceedings of the SPIE, volume 5301. Bellingham, WA: SPIE: the International Society for Optical Engineering, p 323-333 (2004), retrieved online 2008-07-28.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

  Εκπαιδευτικό βίντεο 4:45 λεπτών (από το blog eartboard) με εφαρμογή τεχνικής διόρθωσης χρωματικής απόκλισης σε μια φωτογραφία χρησιμοποιώντας το λογισμικό Photoshop.
 Adjusting White Balance in GIMP  Άρθρο από το blog Blissfully Unrefined με οδηγίες για την ισορρόπηση χρώματος στο πρόγραμμα επεξεργασίας εικόνας Gimp.
 White Balance  - Εισαγωγή στην ισορροπία χρώματος από την ιστοσελίδα nikondigital.org.
 Understanding White Balance  - Άρθρο κατανόησης ισορροπίας χρώματς.
 Affine color balance with saturation, with code and on-line demonstration  - περιγραφή αλγόριθμου για την ισορροπία χρώματος.

 Παραπομπές 

Κατηγορία:Φωτογραφία
Κατηγορία:Χρώμα