白平衡的工作原理、作用与YUV、YCbCr的联系与区别

   白平衡是一个很抽象的概念：最通俗的理解就是让白色所成的像依然为白色，如果白是白，那其他景物的影像就会接近人眼的色彩视觉习惯。调整白平衡的过程叫做白平衡调整，白平衡调整在前期设备上一般有三种方式：预置白平衡、手动白平衡调整和自动跟踪白平衡调整。通常按照白平衡调整的程序，推动白平衡的调整开关，白平衡调整电路开始工作，自动完成调校工作，并记录调校结果。如果掌握了白平衡的工作原理，那么使用起来会更加有的放矢，得心应手。

  白平衡的工作原理：摄像机内部有三个CCD电子耦合元件，他们分别感受蓝色、绿色、红色的光线，在预置情况下这三个感光电路电子放大比例是相同的，为1：1：1的关系，白平衡的调整就是根据被调校的景物改变了这种比例关系。比如被调校景物的蓝、绿、红色光的比例关系是2：1：1（蓝光比例多，色温偏高），那么白平衡调整后的比例关系为1：2：2，调整后的电路放大比例中明显蓝的比例减少，增加了绿和红的比例，这样被调校景物通过白平衡调整电路到所拍摄的影像，蓝、绿、红的比例才会相同。也就是说如果被调校的白色偏一点蓝，那么白平衡调整就改变正常的比例关系减弱蓝电路的放大，同时增加绿和红的比例，使所成影像依然为白色。

 例子：如果您使用过没有白平衡的数码相机，您会发现荧光灯的光人眼看起来是白色的，但用数码相机拍摄出来却有点偏绿。同样，如果是在白炽灯下，拍出图像的色彩就会明显偏红。人类的眼睛之所以把它们都看成白色的，是因为人眼进行了修正。如果能够使相机拍摄出的图像色彩和人眼所看到的色彩完全一样就好了。但是，由于CCD传感器本身没有这种功能，因此就有必要对它输出的信号进行一定的修正，这种修正就叫做白平衡。所以白平衡控制就是通过图像调整，使在各种光线条件下拍摄出的照片色彩和人眼所看到的景物色彩完全相同。 
简单地说白平衡就是无论环境光线如何，仍然把"白"定义为"白"的一种功能。颜色实质上就是对光线的解释，在正常光线下看起来是白颜色的东西在较暗的光线下看起来可能就不是白色，还有荧光灯下的"白"也是"非白"。对于这一切如果能调整白平衡，则在所得到的照片中就能正确地以"白"为基色来还原其他颜色。现在大多数的商用级数码相机均提供白平衡调节功能。正如前面提到的白平衡与周围光线密切相关，因而，启动白平衡功能时闪光灯的使用就要受到限制，否则环境光的变化会使得白平衡失效或干扰正常的白平衡。 

 2.那么什么是“白平衡”呢？这必须先说明什么是白色，物体反射出的光彩颜色视光源的色彩而定，人类的眼睛之所以把一些物体看成白色的是因为人的大脑可以侦测并且更正像这样的色彩改变，因此不论在阳光、阴霾的天气、室内或荧光下，人们所看到的白色物体颜色依旧。人眼可以进行自我适应，但是数码摄像机就不具有这么智能的功能了，这是由于CCD感光元件本身没有这种适应功能，为了贴近人的视觉标准，数码摄像机就必须模仿人类大脑并根据光线来调整色彩，也就是需要自动或手动调整白平衡来达到令人满意的色彩，数码摄像机的白平衡感测器一般位于镜头的下面，可以自动的感知周围环境，从而调整色彩的平衡，这一对数码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。
掌握白平衡的调节，就可以拍摄出真实的色彩画面。市场上出售的所有数码摄像机都具有了自动调整白平衡功能，使用起来比较方便。某些型号的数码摄像机同时还具有手动白平衡调整，手动调整的精确程度要胜过自动调整，而且一般还都配备了一些预置好的模式，例如阴天、晴天、荧光灯等，可以根据使用环境来进行调整，相对来说方便一些。 由于不同的光照条件的光谱特性不同，拍出的照片常常会偏色，例如，在日光灯下会偏蓝、在白炽灯下会偏黄等。为了消除或减轻这种色偏，数码相机和摄像机可根据不同的光线条件调节色彩设置，以使照片颜色尽量不失真，使颜色还原正常。因为这种调节常常以白色为基准，故称白平衡。[1]

白平衡调整是摄像的基本功，更是一个重要的创作手段。在清楚了原理之后，活学活用才会应用自如，在实践中不断摸索一定会有所收获。[1]

详解：色温范围

    相机的色温范围，决定于你所使用的白平衡设置。下表中左侧的数值单位是开尔文（Kelvin）






    预设？就是白平衡菜单中那些带有小图标的选项吗？

    是的。不同的相机所提供的预设数量也不一样，但是大部分单反相机都会提供以下预设：白炽灯（灯泡图标）、日光（太阳图标）、阴影（小房子图标）、多云（云朵图标）以及闪光灯（闪电图标）。有时候还会有一个或多个荧光灯白平衡预设（发光灯管图标）。

每一种预设，都会对其相应的光线作出白平衡校正。比如说，白炽灯白平衡设置会消除预定数量的暖调光线，来让画面的色彩平衡趋向于中性；而阴影白平衡设置则会消除晴天阴影中特有的冷调。



其在旋转白平衡的模式后可以微调色温的值。

混合光源

    在很多场景中，光线的色温并不是单一的，而是由不同色温的光线混合而成，比如日光与阴影。在这种情况下，你可以使用自动白平衡，或者选择与主导光线一致的白平衡预设。以RAW格式拍摄，这样在后期处理的过程中，你可以创建不同白平衡设置的多个图像版本，并且将它们进行合成。






    这里使用了日光白平衡设置，其效果就是，阳光照射的一侧色彩还原是准确的。而阴影覆盖的一侧画面则会偏蓝。





    在这张照片中，白平衡设置为阴影，所以图片右侧的色彩还原是准确的，而另一侧偏暖。相比之下，左图更自然一些。
2.YUV与YCbCr关系与联系

yuv色彩模型来源于rgb模型，该模型的特点是将亮度和色度分离开，从而适合于图像处理领域。

YCbCr模型来源于yuv模型，应用于数字视频，ITU-R BT.601 recommendation

通过上面的比较可以确定，我们在h.264,mpeg等编码标准中用的yuv其实是YcbCr，大家不要被名称搞混淆了。

为了使用人的视角特性以降低数据量，通常把RGB空间表示的彩色图像变换到其他彩色空间。目前采用的彩色空间变换有三种：YIQ, YUV和YCrCb。每一种彩色空间都产生一种亮度分量信号和两种色度分量信号，而每一种变换使用的参数都是为了适应某种类型的显示设备。其中，YIQ适用于NTSC彩色电视制式，YUV适用于PAL和SECAM彩色电视制式，而YCrCb适用于计算机用的显示器。

YUV不是那几个英文单词的组合词，而是符号，Y表示亮度，UV用来表示色差，U、V是构成彩色的两个分量。

YUV的优点：

1、YUV表示法的重要性是它的亮度信号(Y)和色度信号(U、V)是相互独立的 。

2、YUV表示法的另一个优点是可以利用人眼的特性来降低数字彩色图像所需要的存储容量。

YCbCr其中Y是指亮度分量，Cb指蓝色色度分量，而Cr指红色色度分量。

YCbCr 则是在世界数字组织视频标准研制过程中作为ITU - R BT1601 建议的一部分, 其实是YUV经过缩放和偏移的翻版。其中Y与YUV 中的Y含义一致, Cb , Cr 同样都指色彩, 只是在表示方法上不同而已。在YUV 家族中, YCbCr 是在计算机系统中应用最多的成员, 其应用领域很广泛,JPEG、MPEG均采用此格式。一般人们所讲的YUV大多是指YCbCr。YCbCr
有许多取样格式, 如4∶4∶4 , 4∶2∶2 , 4∶1∶1 和4∶2∶0。