光、色温、白平衡和监视器的调整

张建华

中央电视台

一、引言

随着高清和4K超高清电视节目的深入普及，高清和超高清电视节目制作时代的来临，对电视节目技术质量要求也上升一个新的高度。从前期拍摄到后期制作都有一个鲜明的特点：不断提高节目制作质量，满足人们视觉感受，让人们享受到电视技术飞速发展布带来的视觉盛宴。在影视节目制作过程中监视器的任务就是将摄像机拍摄的图像重新还原，它的工作原理同摄像机是一脉相承的，摄像机的工作是把光信号转换成电信号，而监视器的工作就是把电信号再还原成光信号，实现电光转换。把前期摄像机拍摄的图像逼真、准确的呈现在屏幕上，监视器白平衡的调整是必不可少的重要调整内容。

二、监视器的白平衡同光和色温是相互依赖密不可分的

我们知道摄像机有白平衡调整，也知道白平衡调整的重要性。其实监视器同样有白平衡和白平衡调整的问题，而且同样至关重要。那么我们有必要弄清楚什么是白平衡，白平衡和色温之间的关系以及色温与光线之间的关系。下面我们就梳理一下有关光、色温、白平衡的概念和基础知识，理清它们之间相互依存的关系，帮助我们更好地理解和认识光、色温和白平衡，掌握三者之间内在的必然联系，更好的在影视制作中灵活、正确的运用。

1.光的概念

光是指能引起视觉的电磁波，是自然界的一种物理现象。光和色是并存的，色彩是光的一种表现形式。不同波长的光所反射的强度是不同的，不同波长的光可以引起人眼不同的颜色视觉，因此不同的光源便有不同的颜色。色彩是物体反射光线到人们眼内产生的知觉，而受光体则根据对光的吸收和反射能力呈现千差万别的颜色。因此，测量物体所反射的波长分布，便可以确定该物体是什么颜色。眼睛只需以不同强度和比例的红、绿、蓝三色组合起来，便能产生任何色彩的知觉，因而红、绿、蓝三种颜色可以说是人眼的三基色。利用三基色的色光相加叠合，人们基本上能够模拟自然界中出现的各种色彩，这就是著名的光学三基色原理。屏幕显像和摄像机摄像就是这种混色方法的具体应用。

2.色温的概念

所谓色温（Color Temperature），就是定量地以开尔文温度表示的色彩。具体测定的标准是基于将一标准黑体（例如铂）加热，将热量无损的转化为电磁波所发出来的波长。由于人眼具有独特的适应性，使我们有时候不易发现色温的变化。比如在钨丝灯下呆久了，并不会觉得钨丝灯下的白纸偏红，如果突然把日光灯改为钨丝灯照明，就会觉察到白纸的颜色偏红了，但这种感觉也只能够持续一会儿，人眼同样可以适应。摄像机的C CD并不能像人眼那样具有适应性，所以如果摄像机的色彩调整同景物照明的色温不一致就会发生偏色，因此必须让摄像机能像人眼一样适应环境光线（色温）的变化。那么白平衡的概念就应运而生，所以就引出了（自动）白平衡的理念。

3.白平衡的概念

白平衡英文名称为White Balance。白平衡可以理解为在任意色温条件下，摄像机所拍摄的标准白色经过电路计算红、绿、蓝三原色的比例，使之成像后仍然为标准白色，因为这种调节标准常常以白色为基准，故称白平衡。白平衡是针对不同色温条件，通过调整摄像机内部的色彩电路使拍摄出来的影像抵消偏色，更接近人眼的视觉习惯。平时观看不同光源下的白色物体时，我们没有异样的感觉，认为这就是白色的，即使看起来是黄色，但我们也明白是光源的干扰，实际上这个东西依旧是白色，这是因为大脑自动的纠正了光线的偏差，人眼之所以把一些白色物体看成白色的是由于人的大脑可以侦测并且消除像上述色彩（色温）的改变带来的影响，人眼可以进行自我适应。但摄像机无法分辨当前环境的光线，为了达到白色物体的真实还原，对摄像机输出的信号进行一定修正的过程就叫做白平衡的调整。摄像机进行的白平衡调整，实际上就是对机器进行拍摄环境的基础色温的定位。由于人眼已经对不同光线下的物体的彩色还原有了适应性。因此必须根据不同的光线条件调节色彩（色温）设置，以使图像颜色还原正常。

4.白平衡的调整原理

白平衡的调整是用来调监视器色温的，我们是以D65白色（就是以色温为6500时的白色定义为基准白色）为基准白色调整。校准白平衡（色温），需要专业的设备颜色分析仪（白平衡仪）进行正确的调整。白平衡调整是以绿路为基准（绿路不动），调整蓝路和红路的偏置和增益的实现白平衡。偏置（暗平衡）调整主要是针对暗部区域的白平衡；而增益（亮平衡）调整主要是针对亮部的白平衡。在这个调整的过程，我们先要调黑的部分，通过偏置调整调到相应的XY值，然后再调亮的部分，亮的部分同样要调到相应的X Y值，由于偏置和增益相互影响，因此需要反复多次调整，最终达到标准。

三、监视器的调整

专业监视器是电视台和影视制作公司最常用的图像显示设备，在电视节目制作和播出过程中广泛用于监看图像内容和图像质量，它为节目制作者提供最精确的色彩再现和最精准的图像定位。它不仅是一种工具，更是一种仪器，它的好坏将直接影响到影视工作者对图像的主观评价，因此监视器一定要时刻处于最佳的工作状态，准确地反应图像的质量，以保证再现色彩、层次、亮度以及拍摄图像时的用光、调色、白平衡等各种复杂情况下的图像真实还原，客观地反映图像的本质，为电视节目制作图像质量的监看、评测提供忠实、可靠的依据。

在日常工作中根据对图像质量的测评结果，还可以准确判断对系统中相应的电视设备进行维护、调整、保养的必要性。在理想状态下我们要求视频制作、播出乃至电视台的整个系统中的监视器始终工作在标准状态：在不同的监视器中监看同一幅图像，色彩还原精准、图像层次清晰、画面亮度一致，图像显示的要素一样，即所有的监视器的亮度、对比度、色饱和度和色调一致并满足要求符合标准。我们希望监视器指标完全相同、显示的图像完全一致，但实际工作中无法实现和满足上述理想状态的要求。一方面监视器是由显示器件（显像管、等离子、液晶、发光管等）、驱动电路、视频处理电路、控制电路、电源电路等硬件组成，由于各种元器件参数的离散性，监视器之间都或多或少存在着的细微差异，即使是高端的同一品牌、同一型号、同一批次的产品，也不可避免的会有细微的差别，只是这种误差率会严格控制在很小的范围；另一方面监视器随着使用时间的推移、环境的不同，会出现因元器件不同程度的老化引起的参数变化，造成性能下降，而这些变化都会引起电气指标漂移、整机性能变差。这就要求我们不断地、适时地对监视器进行电气指标的调整，以纠正上述变化引起的偏差，使之达到或接近标准指标、恢复到良好、正确的工作状态。endprint

监视器主要用于图像素材的采集、剪接、后期的图像调色，生成等节目制作环节，还用于电视台节目播出的画面质量评测、信号质量检查。

1.对监视器的要求

·精准的彩色还原。

·监视器不做任何的信号改变。

·多个监视器同时工作的场合，要求稳定一致。

随着时间推移，监视器元器件老化的快慢程度不同步，就会使监视器的指标（亮度、色度、对比度、色温）发生偏差，最终会影响图像的亮度，颜色发生变化，还原图像的精度会下降，一致性也会变差。这种情况下我们无法判断哪个画面是真实的。

我们需要具有精确的色彩还原、精准的画面显示和稳定一致的监视器。

2.监视器调整前的准备

测量工具必须具备：高标准，高性能，高精确性。测量基准的高稳定性是作为参考基准所必须的要求。

一般影视工作者虽然经常接触监视器，但是大多数的人缺乏对亮度、对比度和色度（饱和度）的调整的常识。现在我们就探讨一下如何调整色度、亮度和对比度这三个旋钮，使监视器呈现给我们的图像色彩艳丽画面适中、层次分明细节清晰、曝光准确亮度透明。为了调整图像和颜色，我们首先要使用符合国际标准的彩条信号（SMPTE彩条/三电平信号/有人物的图像信号）。

图7显示出在调整亮度和对比度的时候，不同信号的真正影响。

a.亮度信号的调整

亮度调整是让我们作黑电平调整，我们调整亮度电平时，信号是在垂直方向整体移动。亮度调整不正确，可能在亮的区域或比较暗的区域，信号发生混叠，失去细节、层次模糊。为了正确调整亮度的信号，需要输入SMPTE彩条信号或三电平信号（PLUGE）来调整亮度，SMPTE信号中包含三电平亮度信号，三电平是指-3%黑、0%黑、+3%灰三个台阶电平。SMPTE彩条信号见图8。

调整前我们首先观察三电平信号显示是否正确，如果我们能看到一个0%的黑色电平条，就证明黑电平偏高了；实际调整时要使3%黑跟0%黑两个竖条都处于相对一样亮度状态，使人眼无法分辨3%黑跟0%黑条的区别，但这时必须要能看到+3%的灰条，这时亮度信号处于正确位置。特殊情况下的特殊设置除外。

（2）对比度调整

对比度调整是使我们将图像亮度层次拉开。我们把对比度放大或缩小，暗部的基点是不动的，只是变化图像的增益，使层次更分明清晰。对于对比度来说，实际上没有一个相应的严格标准，我们可以根据环境以及感觉调到一个合适的电平。但是，高亮度可能会使相应的清晰度下降。每一个厂家有一个相应预置的对比度值，Sony的BVM-D24预置对比度值是100 IRE对应100cd/m2烛光的亮度。

一般情况下对比度调整在最大值的70 80%比较适宜。调高图像亮度，图像的解析力降低。根据个人观测图像的习性，在此范围内可以调整到最满意的工作状态。特殊情况的特殊要求和使用除外。

（3）色度信号的调整

大家从彩条图像中可以看到红（R）、绿（G）、蓝（B）每一路信号的图形（波形）和幅度，从红（R）、绿（G）、蓝（B）的波形看，它们周期不同但其幅度是一样的，三种信号都是分布在四个彩色条里，红（R）、绿（G）分别只有两个和一个波形周期，其中蓝信号分布最分散，有四个完整的波形周期，分别分布在白、青、紫、蓝四个彩色条里。在标准的75%彩条里，红（R）、绿（G）、蓝（B）信号幅度一致，但蓝（B）信号的波形周期最多，因此监视器上一般都有一个只看蓝色的按键（blue only），用于调整色度使用。我们按下按键（blue only）以后，只有蓝色的信号在荧幕上显示出来，因此我们只需要调整色度旋钮，使蓝（B）信号四个彩条相应区域的亮度一致，色饱和度就调整合适了。用这种方法，可以使监视器能比较方便、准确地重放出原始的颜色。原理图见图9。

例）BVM-D24E1WE 100 IRE=100 cd/m2

（4）白平衡调整

设备准备：CA100白平衡仪或相应设备，信号发生器TSG131（或TPG20）

调整前检查信号（发生器）连接正确，白平衡仪设置正确。

白平衡（色温）调整：监视器开机预热30分钟以上，将白平衡仪探头对准屏幕。白平衡调整是以绿路为基准，调整红路（RED）和蓝路（BULE）与绿路（GREAN）的比例使之达到正确的红、绿、蓝的配比，实现白平衡。白平衡包括偏置（暗平衡）调整和增益（亮平衡）调整两部分，暗平衡是调整蓝路和红路的截止点（CUT OFF对应点即三电平中的0电平）使之向绿路靠拢并逐渐与绿路截止点重合实现暗部白平衡；亮平衡的调整是通过调整蓝路和红路的放大率（增益），使蓝路和红路的斜率与绿路斜率（增益）一致，达到亮部的白平衡。原理图见图10。

暗平衡和亮平衡在调整时会互相影响，因此要反复多次调整、校正才能最后实现理想的白平衡效果。暗平衡调整时对比度旋钮不动，将亮度调至最小，调整蓝路和红路的偏置点（CUT OFF），应首先调蓝路（蓝路会影响红路），再调红路，反复调整蓝、红路的数值，使白平衡仪显示的X Y的数值符合标准：X=0.313 Y=0.329；然后调亮平衡，对比度旋钮依然不动，将亮度调至最大，分别调整蓝路和红路的增益（斜率），和暗平衡一样先调蓝路增益（蓝路影响红路），再调红路增益，蓝、红两路反复调整，最后使白平衡仪显示的X Y数值符合标准值：X=0.313Y=0.329。然后再检查偏置（暗平衡）是否标准，数据偏离需要再调整，直至符合规范；然后再检查亮平衡是否符合标准，若有误差，再次调整直至标准。暗平衡、亮平衡需要反复检查、调整、确认，直到达到要求符合标准，最后输入彩条和人物、景物等色彩丰富的图像，确认调整效果。至此白平衡调整结束。

四.结论

随着对图像信号质量要求越来越高，监视器调整也显得越来越重要了。监视器的工作原理基本上可以看成摄像机工作的逆过程，因此摄像机电路上进行的很多设置、处理和调整在监视器上同样都有，只是对应的反向处理。广播电视设备日常的维护保养除重点对摄像机、录像设备进行维护、调整和保养外，监视器的维护、调整和保养同样至关重要，必须做好光、色温、白平衡和监视器的调整。endprint