光子晶體之光學傳輸與量子光學現象
Professor retired, Department of Photonics, National Chiao Tung University 交通大學光電系退休教授
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光子晶體之光學傳輸與量子光學現象
2021年3月2日 星期二
第四章 認識數位相機(二)
物體的顏色
物體的顏色既取決於物體在其環境中的物理性質,也取決於眼睛和大腦感知到的特徵。物理上,物體的顏色實際上可以說是光照到物體表面後,再離開其表面的光的顏色,這通常取決於入射照明的光譜和物體表面的反射特性,以及潛在地取決於照明和觀察的角度。一些物體不僅反射光,而且會透射光或發光,這些都貢獻了物體的顏色。觀看者對物體顏色的感知不僅取決於離開其表面的光的光譜,還取決於許多上下文的線索,因此可以大致獨立於照明光譜和視角等來辨別物體之間的顏色差異。這種效果稱為色彩恆定。例如,具有完全相同顏色的兩個物體,一個受光直接照射,另一個在陰影中,根據上下文的不同,人們會認為這兩個物體具有不同的反射率,我們的大腦將它們視為相同中性色階(相同反射率),導致解釋為不同的顏色;這種現象稱為「陰影幻覺」。
忽略感知效應,我們可以得出大略的光的物理本質如下:(參閱第二章)
- 到達不透明表面的光被「鏡面反射」,被散射(漫散射反射)或被吸收,或這些的某種組合。
- 不透明物體(往往具有粗糙的表面)不會有鏡面反射,顏色取決於它們最強烈散射的光波長(未被散射的光被吸收)。如果物體以大致相等的強度散射所有波長,則它們將顯示為白色。如果它們吸收所有波長,它們就會顯示為黑色。
- 不透明物體以不同的效率鏡面反射不同波長的光,看起來像是鏡子,上面塗有由這些差異確定的顏色。反射一部分入射光並吸收其餘部分的物體可能看起來是黑色的,但仍會微弱地反射。例子是塗有搪瓷或漆層的黑色物體。
- 透射光的物體是半透明的(散射透射光)或透明的(不散射透射光)。如果它們還以不同的方式吸收(或反射)各種波長的光,則它們看起來會帶有由該吸收(或反射率)的性質決定的顏色。
- 物體透過電子激發可能會發射光,而不僅僅是反射或透射光。
總而言之,物體的顏色視其表面特性是透射和發光特性的複雜結果,所有這些因素都會導致離開物體表面的光中的波長混合。然後,所感知的顏色進一步受到環境照明的影響,附近其他物體的顏色屬性以及眼睛和大腦感知到物體表面的其他特徵。
不論一天中的時間或天氣條件如何,人類都會將所有光源視為中性白色。這是因為我們的大腦具有內置的白平衡(White Balance, WB)控制。從技術上講,相機中白平衡控制的作用與人腦中白平衡控制的操作相同,即將所有光源記錄為中性白光。
但是,在很多情況下,您會從光線的色偏中受益。例如,人類對暖色和暖光(例如日出和日落時普遍存在的光)產生正面的反應。想像一下日落時沒有美麗的紅色光芒,那將是如何?違忽往常。這正是設置為自動白平衡時相機要達到的目標。
可以將白平衡用於創造性地增強或引入色偏,這與使用濾光片(例如81系列的「暖色」濾光片)幾乎相同的目的。我們將在後面詳細討論如何創造性地應用白平衡,和考慮將相機設置為自動白平衡模式無法獲得美觀的效果。
另外請注意,使用RAW檔拍攝後,可以輕鬆更改白平衡設置。 如果使用JPEG,拍照時相機設置生成的檔案,之後將無法輕鬆更改。如果您想自己手動設置白平衡,尼康數位相機(佳能也有類似的模式)提供選項可以讓您使用以下的測量和「手動預設」白平衡模式:
手動預設白平衡
1、照亮一個參照物。將一個中灰色或白色物體(隨身攜帶的一張灰卡、描圖紙或攝影雜誌)放置在用於拍攝最終相片的光線下。請注意,在測量白平衡時,曝光將自動增加 1 EV;在 M 模式下,請調整曝光使曝光指示器顯示 ± 0。
2、將白平衡設為Pre(手動預設)。按下WB按鍵並同時旋轉主指令撥盤,直至資訊顯示Pre。
3、選擇一個預設。按下WB鍵並同時旋轉副指令撥盤,直至資訊顯示所需白平衡預設 (d-1 至 d-6)。
4、選擇直接測量模式。短暫釋放L(U)按鍵,然後再次按下該按鍵直至控制面板和觀景器中的D開始閃爍。這些顯示將閃爍約 6 秒。
5、測量白平衡。在指示器停止閃爍之前,將相機對準參照物並使其填滿觀景器,然後完全按下快門釋放按鍵。相機將測量一個白平衡值並將其儲存在步驟3所選的預設中。此時,相機不會記錄相片;即使相機未清晰對焦,也可準確測量白平衡。
6、檢查效果。若相機可測量白平衡值,Good將在控制面板中閃爍約 6 秒,觀景器中則顯示閃爍的Gd。
若光線太暗或太亮,相機可能無法測量白平衡。閃爍的No Gd將出現在控制面板和觀景器中約6秒。半按快門釋放按鍵可返回步驟5並再次測量白平衡。
除此之外,您也可以使用手動設置 白平衡,來測量當時場景照明的色溫( ),並設置正確的白平衡。
手動設置 白平衡
1、設置手動白平衡選項為 。螢幕上應有一個色溫顯示,假設現在的色溫讀數為5500 。
2、照亮一個參照物。將一個中灰色或白色物體(隨身攜帶的一張灰卡、描圖紙或攝影雜誌)放置在用於拍攝最終相片的光線下。在 M 模式下,調整曝光使曝光指示器顯示 ± 0,拍攝一張照片。
3、檢視RGB和亮度直方圖。一般來說,G直方圖會與亮度直方圖幾乎相同,但是,如果現在的照明偏紅移,即實際色溫低於5500 。這時R直方圖的譜峰相對於亮度的直方圖偏右,而B直方圖的譜峰會偏左或與亮度的直方圖重疊。
4、調低色溫,例如4500 ,拍攝一張照片,再檢視直方圖,如果此時得R直方圖的譜峰相對於亮度的直方圖偏左,則表示照明的色溫介於4500 與5500 之間。
5、調高一點色溫,再重複4的步驟。當然,您可以用直方圖譜峰的相對移動來判斷如何加減色溫。
6、相反地,如果是B直方圖的譜峰會偏右,這表示實際色溫高於5500 ,請調高色溫,例如6500 ,拍攝一張照片再檢視直方圖,如果此時得B直方圖的譜峰相對於亮度的直方圖偏左,則表示照明的色溫介於6500 與5500 之間。
這種手動設置 白平衡的方式非常費時,除非經過長時間練習,否則還是建議使用「手動預設白平衡」的方式較有效率又省時。
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