误区 | EVA1的自动黑平衡和RED的黑平衡校准不是一回事

众所周知,在摄像机中,我们常需要做"调白"的操作,通过这个操作,我们能够准确的在不同的环境光中还原白色,以保证颜色的准确。

 

白平衡的原理是基于亮度方程(Y=0.299R+0.587G+0.114B),调白了之后,画面上的白色位置的红绿蓝三基色数值是相等的。

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电视原理中经典的亮度方程

 

但很多朋友不知道的是,其实对于一个摄像机,在白平衡之前,需要做黑平衡。在画面处于黑色时,理论上黑色位置的RGB都应该为零,但有时候,RGB的数值会漂移,造成RGB三个数值不等,这样,在应该显示为黑色的时候,会出现其它颜色的偏色。

 

在以前的时代,在温度变化大,或长时间没用摄像机时,这时会有比较明显的黑平衡漂移,但这个现象在现在的机子已经做得非常好了,虽说有的机子也有自动黑平衡(ABB)校准,但一般都不常用。如松下EVA1,就有ABB的操作选项。

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松下EVA1的自动黑平衡校准菜单

 

对于摄像机,只有黑平衡准确了,调整白平衡才有意义。

 

这是黑平衡的标准说法,也是教科书上对于黑平衡的解释。它的原理是通过测量实拍的黑色画面,最后调整RGB三个电路的分压来校准黑平衡。

 

但在实际的设备中,有些黑平衡,却不是这个意思。如我们在RED摄影机常见的,在Cal中,如果T/E出现红色,就意味着摄影机提示你应该校准"黑平衡"了。

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RED小武器的小监界面

 

这个黑平衡与刚才说说的黑平衡是二个概念,如果从数字信号处理而言,RED的黑平衡校准其实校准了二方面:Dark Frame和BIAS Frame,也就是暗场和偏压场。

 

那这如何理解呢?下面要先扯一扯数字成像的基本原理。我们现在的感光元件CCD或CMOS,理论都源自初中物理中说到的"光电效应",简单说即光照射到CCD或CMOS的靶面上后,产生电子,这个电子形成信号,再经过放大,采样,量化,编码等步骤,形成图像。

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光电效应原理

 

注意,图像的本质其实是来自于电子。

 

但是我们在初中又了解到,电子的活跃度,与温度也有关系,温度越高,电子越活跃。

 

那这里就会出现一个问题,即使我们盖上镜头盖,不接受任何光线照射到感光元件上,CCD或CMOS也不进行曝光不运作,它内部原有的电子,依然会由于温度的原因,自己在活跃,这个活跃度产生的信号,也能够被放大,形成图像,这就是固有的底噪,在数字信号处理上叫做偏压场。

 

而如果我们盖上镜头盖,不接受光线照射,开机拍摄一个黑的画面,也能够拍摄出一个带有一堆噪点的图像,这就是暗场,注意,它与曝光时间(快门)有关系,与ISO有关系,也与温度有关系。曝光时间越长,噪点越多,温度越高,电子的活跃度越大,噪点越多。暗场带来的噪点,一般多是热噪点。当然,我们在拍摄暗场的同时,实际上也拍摄了偏压场。

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受热噪影响比较大的暗场画面

 

这样,如果打开镜头盖,拍到的画面其实是照射到感光元件的光线,与暗场,与偏压场混在一起的画面。

 

这里就出现一个技术了,既然我们能够盖上镜头盖得到一个暗场+偏压场的画面,不盖镜头盖能够得到需要拍的场景+暗场+偏压场的画面,那我们是不是可以先拍一个暗场+偏压场的画面,然后在实际拍摄时减掉这个信号呢?这样就得到了更加纯净的实拍画面。

 

RED的黑平衡校准干的就是这个事。所以它会检测温度,温度如果太高,摄影机认为热噪点会带来明显的影响时,就会提示你说,应该做"黑平衡校准"了。所以你会盖上镜头盖,拍一堆"黑平衡校准"数据。

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RED的黑平衡校准数据(来源:RED特战队)

 

通过这个方法能很好的减小热噪和底噪,而且配合RED记录RAW文件的话,更能在后期得到更加干净的画面。

 

而且这个操作也能消除一些在高增益下出现的固定"坏点",因为在高增益下盖上镜头盖拍摄时,那些坏点也记录在暗场上,随后可以在实拍画面中减掉(实际上不一定能完全减掉)。

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画面中固定的坏点

 

除了RED,索尼的APR(自动瑕疵去除)实际上也是做的相同的事。它在校准时也会提示你将镜头盖盖上。很多人将它叫做"黑平衡校准",其实是有误区的,这个黑平衡的概念与RED相同,但与黑平衡的定义实际是二回事。大家在使用时,一定得弄清它们的不同。