Balance de color - Color balance

La mitad izquierda muestra la foto como salió de la cámara digital. La mitad derecha muestra la foto ajustada para hacer una superficie gris neutra con la misma luz.

En fotografía y procesamiento de imágenes , el balance de color es el ajuste global de las intensidades de los colores (típicamente colores primarios rojo, verde y azul ). Un objetivo importante de este ajuste es renderizar colores específicos, particularmente colores neutros, correctamente. Por lo tanto, el método general a veces se denomina balance de grises , balance neutro o balance de blancos . El balance de color cambia la mezcla general de colores en una imagen y se usa para la corrección de color . Las versiones generalizadas de balance de color se utilizan para corregir colores distintos de los neutros o para cambiarlos deliberadamente para lograr un efecto.

Los datos de imagen adquiridos por sensores, ya sean de película o sensores de imagen electrónicos , deben transformarse de los valores adquiridos a nuevos valores que sean apropiados para la reproducción o visualización del color. Varios aspectos del proceso de adquisición y visualización hacen que dicha corrección de color sea esencial, incluido que los sensores de adquisición no coinciden con los sensores del ojo humano, que se deben tener en cuenta las propiedades del medio de visualización y que las condiciones de visualización ambientales de la adquisición difieren de las condiciones de visualización de la pantalla.

Las operaciones de balance de color en aplicaciones populares de edición de imágenes generalmente operan directamente en los valores de píxeles de los canales rojo, verde y azul , sin respetar ningún modelo de reproducción o detección de color. En la fotografía de película, el equilibrio de color se logra normalmente mediante el uso de filtros de corrección de color sobre las luces o la lente de la cámara.

Equilibrio de color generalizado

Ejemplo de equilibrio de color

A veces, el ajuste para mantener los neutrales neutrales se llama balance de blancos , y la frase balance de color se refiere al ajuste que además hace que otros colores en una imagen mostrada parezcan tener la misma apariencia general que los colores en una escena original. Es particularmente importante que los colores neutros (gris, neutro, blanco) de una escena parezcan neutrales en la reproducción.

Equilibrio psicológico de color

Los humanos se relacionan con los tonos de piel de manera más crítica que con otros colores. Los árboles, la hierba y el cielo pueden estar apagados sin preocupación, pero si los tonos de la piel humana están "apagados", el sujeto humano puede parecer enfermo o muerto. Para abordar este problema crítico del equilibrio del color, los primarios tricolores en sí están formulados para no equilibrarse como un verdadero color neutro. El propósito de este desequilibrio primario de color es reproducir con mayor fidelidad los tonos de piel en todo el rango de brillo.

Estimación y adaptación de iluminante

Una fotografía de paisaje marino en Clifton Beach , South Arm , Tasmania , Australia. El balance de blancos se ha ajustado hacia el lado cálido para lograr un efecto creativo.

Fotografía de un ColorChecker como toma de referencia para ajustes de balance de color.

Dos fotos de un edificio de gran altura tomadas con un minuto de diferencia entre sí con una cámara básica de apuntar y disparar. La foto de la izquierda muestra un balance de color "normal", más preciso, mientras que el lado derecho muestra un balance de color "vívido", efectos en la cámara y sin postproducción además del fondo negro.

Comparación de versiones de color (crudo, natural, balance de blancos) del Monte Sharp (Aeolis Mons) en Marte

Una imagen con balance de blancos del Monte Sharp (Aeolis Mons) en Marte

La mayoría de las cámaras digitales tienen medios para seleccionar la corrección de color según el tipo de iluminación de la escena, utilizando la selección de iluminación manual, el balance de blancos automático o el balance de blancos personalizado. Los algoritmos para estos procesos realizan una adaptación cromática generalizada .

Existen muchos métodos para equilibrar el color. Establecer un botón en una cámara es una forma de que el usuario indique al procesador la naturaleza de la iluminación de la escena. Otra opción en algunas cámaras es un botón que se puede presionar cuando la cámara apunta a una tarjeta gris u otro objeto de color neutro. Esto captura una imagen de la luz ambiental, lo que permite que una cámara digital establezca el balance de color correcto para esa luz.

Existe una gran cantidad de literatura sobre cómo se puede estimar la iluminación ambiental a partir de los datos de la cámara y luego usar esta información para transformar los datos de la imagen. Se han propuesto una variedad de algoritmos y se ha debatido la calidad de estos. Unos pocos ejemplos y el examen de las referencias en ellos llevarán al lector a muchos otros. Algunos ejemplos son Retinex , una red neuronal artificial o un método bayesiano .

Colores cromáticos

El equilibrio de color de una imagen afecta no solo a los neutros, sino también a otros colores. Se dice que una imagen que no tiene equilibrio de color tiene una tonalidad de color, ya que todo en la imagen parece haber cambiado hacia un color. El equilibrio de color se puede pensar en términos de eliminar este tono de color.

El balance de color también está relacionado con la constancia del color . Los algoritmos y las técnicas que se utilizan para lograr la constancia del color también se utilizan con frecuencia para el equilibrio del color. La constancia del color, a su vez, está relacionada con la adaptación cromática . Conceptualmente, el balance de color consta de dos pasos: primero, determinar el iluminante bajo el cual se capturó una imagen; y segundo, escalar los componentes (por ejemplo, R, G y B) de la imagen o transformar de otro modo los componentes para que se ajusten al iluminante de visualización.

Viggiano descubrió que el balance de blancos en el modelo de color RGB nativo de la cámara tendía a producir menos inconstancia de color (es decir, menos distorsión de los colores) que en el monitor RGB para más de 4000 conjuntos hipotéticos de sensibilidades de la cámara. Esta diferencia generalmente asciende a un factor de más de dos a favor de la cámara RGB. Esto significa que es ventajoso obtener el equilibrio de color justo en el momento en que se captura una imagen, en lugar de editarla más tarde en un monitor. Si se debe equilibrar el color más tarde, equilibrar los datos de la imagen sin procesar tenderá a producir menos distorsión de los colores cromáticos que equilibrar en el monitor RGB.

Matemáticas del equilibrio de color

El balance de color a veces se realiza en una imagen de tres componentes (por ejemplo, RGB ) usando una matriz de 3x3 . Este tipo de transformación es apropiado si la imagen se capturó utilizando el ajuste de balance de blancos incorrecto en una cámara digital o mediante un filtro de color.

Monitor de escala R, G y B

En principio, uno quiere escalar todas las luminancias relativas en una imagen para que los objetos que se cree que son neutrales lo parezcan. Si, por ejemplo, se creía que una superficie con era un objeto blanco, y si 255 es el recuento que corresponde al blanco, se podrían multiplicar todos los valores rojos por 255/240. Hacer lo mismo con el verde y el azul daría como resultado, al menos en teoría, una imagen de color equilibrado. En este tipo de transformación, la matriz de 3x3 es una matriz diagonal . ${\ Displaystyle R = 240}$

${\ Displaystyle \ left [{\ begin {array} {c} R \\ G \\ B \ end {array}} \ right] = \ left [{\ begin {array} {ccc} 255 / R '_ { w} & 0 & 0 \\ 0 & 255 / G '_ {w} & 0 \\ 0 & 0 & 255 / B' _ {w} \ end {array}} \ right] \ left [{\ begin {array} {c} R '\\ G '\\ B' \ end {matriz}} \ derecha]}$

donde , y son los componentes de color rojo, verde y azul equilibrados de un píxel en la imagen; , y son los componentes rojo, verde y azul de la imagen antes del equilibrio de color, y , y son los componentes rojo, verde y azul de un píxel que se cree que es una superficie blanca en la imagen antes del equilibrio de color. Esta es una escala simple de los canales rojo, verde y azul, y es por eso que las herramientas de balance de color en Photoshop y GIMP tienen una herramienta de cuentagotas blanca. Se ha demostrado que realizar el balance de blancos en el conjunto de fósforo asumido por sRGB tiende a producir grandes errores en los colores cromáticos, aunque puede hacer que las superficies neutras sean perfectamente neutrales. ${\ Displaystyle R}$${\ Displaystyle G}$${\ Displaystyle B}$${\ displaystyle R '}$${\ Displaystyle G '}$${\ Displaystyle B '}$${\ Displaystyle R '_ {w}}$${\ Displaystyle G '_ {w}}$${\ Displaystyle B '_ {w}}$

Escala X, Y, Z

Si la imagen se puede transformar en valores triestímulos CIE XYZ , el equilibrio de color se puede realizar allí. Esto se ha denominado una transformación de "von Kries equivocado". Aunque se ha demostrado que ofrece resultados generalmente peores que el equilibrio en el monitor RGB, aquí se menciona como un puente hacia otras cosas. Matemáticamente, se calcula:

${\ Displaystyle \ left [{\ begin {array} {c} X \\ Y \\ Z \ end {array}} \ right] = \ left [{\ begin {array} {ccc} X_ {w} / X '_ {w} & 0 & 0 \\ 0 & Y_ {w} / Y' _ {w} & 0 \\ 0 & 0 & Z_ {w} / Z '_ {w} \ end {array}} \ right] \ left [{\ begin {array } {c} X '\\ Y' \\ Z '\ end {matriz}} \ right]}$

donde , , y son los valores triestímulo del color-equilibrada; , Y son los valores triestímulo del iluminante de visión (el punto blanco a la que la imagen está siendo transformado para ajustarse a); , Y son los valores triestímulo de un objeto cree que son blanco en la imagen un-color de equilibrado, y , y son los valores triestímulo de un píxel de la imagen un-color de equilibrado. Si los valores de triestímulo de las primarias del monitor están en una matriz de modo que: ${\ Displaystyle X}$${\ Displaystyle Y}$${\ Displaystyle Z}$${\ Displaystyle X_ {w}}$${\ Displaystyle Y_ {w}}$${\ Displaystyle Z_ {w}}$${\ Displaystyle X '_ {w}}$${\ Displaystyle Y '_ {w}}$${\ Displaystyle Z '_ {w}}$${\ Displaystyle X '}$${\ Displaystyle Y '}$${\ Displaystyle Z '}$${\ Displaystyle \ mathbf {P}}$

${\ Displaystyle \ left [{\ begin {array} {c} X \\ Y \\ Z \ end {array}} \ right] = \ mathbf {P} \ left [{\ begin {array} {c} L_ {R} \\ L_ {G} \\ L_ {B} \ end {array}} \ right]}$

donde , , y son la ONU gamma corregida monitor RGB, se pueden usar: ${\ Displaystyle L_ {R}}$${\ Displaystyle L_ {G}}$${\ Displaystyle L_ {B}}$

${\ Displaystyle \ left [{\ begin {array} {c} L_ {R} \\ L_ {G} \\ L_ {B} \ end {array}} \ right] = \ mathbf {P ^ {- 1} } \ left [{\ begin {array} {ccc} X_ {w} / X '_ {w} & 0 & 0 \\ 0 & Y_ {w} / Y' _ {w} & 0 \\ 0 & 0 & Z_ {w} / Z '_ { w} \ end {matriz}} \ right] \ mathbf {P} \ left [{\ begin {matriz} {c} L_ {R '} \\ L_ {G'} \\ L_ {B '} \ end { matriz}} \ derecha]}$

El método de von Kries

Johannes von Kries , cuya teoría de bastones y tres tipos de conos sensibles al color en la retina ha sobrevivido como la explicación dominante de la sensación de color durante más de 100 años, motivó el método de conversión del color al espacio de color LMS , que representa los estímulos efectivos para el Tipos de conos de longitud de onda larga, media y corta que se modelan para adaptarse de forma independiente. Una matriz de 3x3 convierte RGB o XYZ a LMS, y luego los tres valores primarios de LMS se escalan para equilibrar el neutro; el color se puede volver a convertir al espacio de color final deseado :

${\ Displaystyle \ left [{\ begin {array} {c} L \\ M \\ S \ end {array}} \ right] = \ left [{\ begin {array} {ccc} 1 / L '_ { w} & 0 & 0 \\ 0 & 1 / M '_ {w} & 0 \\ 0 & 0 & 1 / S' _ {w} \ end {array}} \ right] \ left [{\ begin {array} {c} L '\\ M '\\ S' \ end {matriz}} \ derecha]}$

donde , , y son los valores triestímulo LMS cono de color-equilibrada; , Y son los valores triestímulo de un objeto cree que son blanco en la imagen un-color de equilibrado, y , y son los valores triestímulo de un píxel de la imagen un-color de equilibrado. ${\ Displaystyle L}$${\ Displaystyle M}$${\ Displaystyle S}$${\ Displaystyle L '_ {w}}$${\ Displaystyle M '_ {w}}$${\ Displaystyle S '_ {w}}$${\ Displaystyle L '}$${\ Displaystyle M '}$${\ Displaystyle S '}$

Von Kries no especificó las matrices para convertir al espacio LMS, pero pueden derivarse de las funciones de concordancia de color CIE y las funciones de concordancia de color LMS cuando se especifican estas últimas; Las matrices también se pueden encontrar en libros de referencia.

Cámara de escala RGB

Según la medida de Viggiano, y utilizando su modelo de sensibilidades espectrales de la cámara gaussiana, la mayoría de los espacios RGB de la cámara funcionaron mejor que los monitores RGB o XYZ. Si se conocen los valores RGB sin procesar de la cámara, se puede usar la matriz diagonal de 3x3:

${\ Displaystyle \ left [{\ begin {array} {c} R \\ G \\ B \ end {array}} \ right] = \ left [{\ begin {array} {ccc} 255 / R '_ { w} & 0 & 0 \\ 0 & 255 / G '_ {w} & 0 \\ 0 & 0 & 255 / B' _ {w} \ end {array}} \ right] \ left [{\ begin {array} {c} R '\\ G '\\ B' \ end {matriz}} \ derecha]}$

y luego conviértalo a un espacio RGB funcional como sRGB o Adobe RGB después de equilibrar.

Espacios de adaptación cromática preferidos

Las comparaciones de imágenes equilibradas por transformaciones diagonales en varios espacios RGB diferentes han identificado varios de estos espacios que funcionan mejor que otros, y mejor que los espacios de cámara o monitor, para la adaptación cromática, según lo medido por varios modelos de apariencia de color ; los sistemas que se desempeñaron estadísticamente tan bien como los mejores en la mayoría de los equipos de prueba de imágenes utilizados fueron los espacios "Sharp", "Bradford", "CMCCAT" y "ROMM".

Adaptación general del iluminante

La mejor matriz de color para adaptarse a un cambio de iluminante no es necesariamente una matriz diagonal en un espacio de color fijo. Se sabe desde hace mucho tiempo que si el espacio de los iluminantes puede describirse como un modelo lineal con N términos básicos, la transformación de color adecuada será la suma ponderada de N transformaciones lineales fijas, no necesariamente diagonalizable de manera consistente.

Ejemplos de

Luz neutra

Luz calida

Luz fría

Comparación de los colores resultantes tomados por la cámara digital para diferentes calidades de luz (temperatura de color): Neutro, Cálido y Frío.

Marco: como disparo

Entorno: Nublado

Marco: tungsteno

Ejemplo de diferentes ajustes de balance de blancos en una cámara digital para luz neutra.

Ver también

• Reparto de color
• Temperatura del color
• Corrección gamma
• punto blanco

Referencias

enlaces externos

• Balance de blancos - Introducción en nikondigital.org
• photoskop: Lecciones de fotografía interactiva - Balance de blancos interactivo
• Comprensión del balance de blancos - Tutorial
• Equilibrio de color afín con saturación, con código y demostración en línea
• Obtener el balance de blancos adecuado para colores neutros - Tutorial de fotografía