Wie implementiert eine Kamera verschiedene Weißabgleichmodi?

Meine Kamera (Nikon D7100) verfügt über mehrere Modi für den Weißabgleich. Ich frage mich, was passiert, wenn ich verschiedene Optionen auswähle. Was macht es intern? Ändert sich die Intensität von Farbkomponenten, nachdem eine Aufnahme gemacht wurde? Oder ändert es die Empfindlichkeit der Farbkanäle des Bildsensors? Was passiert, wenn ich den automatischen Weißabgleich wähle? Wie wird entschieden, welche Einstellungen verwendet werden sollen?

Die Kamera kann die spektralen Empfindlichkeiten des Sensors nicht verändern, diese werden in den Chip eingebrannt.

Was tatsächlich passiert, hängt davon ab, in welchem ​​Format Ihre Dateien gespeichert werden. Wenn es sich um ein Raw-Dateiformat handelt, wird der Weißabgleich der Kamera in der Raw-Datei aufgezeichnet, damit ein Raw-Dateiverarbeiter diesen Weißabgleich erstellen kann.

Wenn Sie JPEG-Dateien schreiben, ist das etwas anders. Die Kamera kennt die Farbempfindlichkeiten des Sensors und kann anhand dieser Informationen berechnen, wie viel Änderung an jedem Pixel und in welcher Richtung erforderlich ist, abhängig vom in der Kamera gewählten Weißabgleich.

Beachten Sie, dass keine dieser Berechnungen in RGB-Werten durchgeführt wird, sondern vor dieser Berechnung unter Verwendung des CIEXYZ-Farbraums. Abhängig vom in der Kamera ausgewählten ICC-Profilcontainerraum werden dann die XYZ-Werte für jedes Pixel mit dem neuen Weißpunkt berechnet. Daher können die XYZ-Werte für dieselbe Farbe je nach Wahl von Adobe RGB oder sRGB zu unterschiedlichen RGB-Werten führen.

Andere Berechnungen werden durchgeführt, um das Sensorrauschen ( Dunkelbild-Subtraktion ) zu entfernen, und die Änderung des Weißpunkts erfolgt, nachdem viele Farbwiedergabealgorithmen ausgeführt wurden, um die linearen RGB-Werte in szenenbezogenes RGB zu ändern, und dann in die Ausgabe, auf die sie geschrieben werden Farbraum korrigieren.

Der automatische Weißabgleich betrachtet die vorherrschende Farbe in den hellsten Bereichen der Szene und verwendet diese als Grundlage für das, was Weiß sein muss. Ähnlich wie bei unserem visuellen System wird die chromatische Anpassung verwendet, jedoch auf viel einfachere Weise. Es gibt einen Abschnitt des XYZ-Farbraums, der als Spektrallokus bezeichnet wird. Siehe unten

Der Weißpunkt wird also entlang dieser bekannten Linie angepasst, basierend darauf, was der Sensor als stärksten Weißwert aufnimmt. In vielen Bildern gibt es keinen klaren Weißpunkt. Die Kamera verwendet diese Linie, um zu entscheiden, wo der Weißpunkt platziert werden soll. Dabei wird festgelegt, welcher Teil des Spektralorts den hellsten Pixeln am nächsten liegt.

Kein Modus ändert, wie der Sensor auf Licht reagiert oder wie er gelesen wird . Aus diesem Grund haben die WB-Einstellungen keine Auswirkungen auf RAW-Dateien, mit zwei Ausnahmen: der eingebetteten Miniaturansicht, die in der Regel eine JPEG-Datei ist, und den im EXIF ​​aufgezeichneten WB-Parametern.

Die Weißabgleichmodi lassen sich in 3 Kategorien unterteilen:

• Automatisch: Die Kamera liest die Szene an mehreren Punkten und verwendet eine Formel, um die Farbtemperatur des Lichts zu erraten .
• Voreinstellung (einschließlich Kelvin): Eine Farbtemperatur ist fest codiert.
• Angepasst: Die Kamera misst reflektiert das Licht von einem Objekt , das ist angeblich die Farbtemperatur weiß sein zu wissen.

In all diesen Fällen werden RAW-Daten auf die gleiche Weise vom Sensor gelesen und während der Konvertierung in den eingestellten Farbraum (normalerweise sRBG, manchmal aber auch AdobeRGB) wendet der Prozessor eine Farbtransformation an, um Bildfarben zu erzeugen, die das Bild auslöschen gemessener Weißabgleich.

Der Weißabgleich erfolgt durch Einstellen des Empfindlichkeitsverhältnisses zwischen den Farben. Es gibt keine tatsächlichen Auswirkungen auf den Sensor (weshalb der Weißabgleich bei RAW-Aufnahmen keine besondere Rolle spielt).

Wenn Sie auf einem vollkommen neutralen Bild die gleiche Menge an rotem, grünem und blauem Licht hätten, würden Sie etwa 0,8, 0,8, 0,8 für Rot, Grün und Blau erhalten, wenn Sie 80% Grau hätten. Wenn Sie andererseits den Weißabgleich etwas empfindlicher für Blau eingestellt haben, wird stattdessen 0,8 für Blau multipliziert, und Sie erhalten möglicherweise 0,8, 8, 9 für Rot, Grün und Blau , obwohl der Sensor tatsächlich .8, .8, .8 sagt.

Unterschiedliche Voreinstellungen entsprechen unterschiedlichen Multiplikatoren für die Empfindlichkeit der verschiedenen Farbkomponenten, und die vom Sensor tatsächlich erfassten Werte werden mit diesen Voreinstellungen multipliziert, um die endgültige Farbe des weißabgeglichenen JPEG-Bildes zu erhalten.