ホワイトバランスとは正確には何ですか？
「ホワイト」はカラーバランス/ホワイトバランスがありません。光源にはカラーバランスがあります。カメラのセンサーによって収集された光の増幅は、白がカラーバランスを持っているので、何かを見たり再現したりするために必要です。十分なスペクトルを持つ色温度/ホワイトバランスの光は、写真で白く見えるようにすることができます。また、その光の下で撮影した画像の赤、緑、青のチャネルの増幅を調整することで、オレンジ、青、赤、または他の色に見せることもできます。写真の3つのカラーチャネルの合計チャネル増幅をホワイトバランスと呼びます。
異なる光源は、異なる色温度と色合いで光を放射します。可視スペクトルのほとんどまたはすべてを含む光を放出する「白色光」光源でさえ、通常、ほとんどの光はさまざまな色温度に集中しています。これらの光源が「黒体放射体」として知られているものである場合、それらが放出する光は、ケルビン温度で測定される温度によって決定されます。たとえば、星の表面にある輝くガスは、黒体放射体です。ですから、ほとんどの金属は、加熱されて光り始めて溶け始め、十分に熱せられれば最終的に蒸気に変わります。黒体ラジエーターから特定の色を生成する温度のスケールは、ケルビン度で表され、片側が青から反対側がアンバーに移動するカラーホイールの1つの軸です。これは私たちが参照するものです色温度。
ただし、色温度は360°カラーホイールの1つの軸にすぎません。ホワイトバランスとは、カラーホイール全体を含みます。黒体ラジエーターではない光源は、色温度軸に沿って見つからない色の光を放出する可能性があります。このような光は、色温度軸に沿った最も近い色よりもマゼンタが多くなるか、緑色になることがあります。これを緑と呼ぶこともあります←→マゼンタ軸の色合いまたは色調。光源のドミナントカラーを完全に表現するには、青←→アンバー色温度軸に沿って位置を定義するだけでなく、緑←→マゼンタ色合い軸に沿ってその位置を定義する必要があります。青←→アンバー軸。（光源を適切に説明するために色温度のみを使用する場合、それはその光源の色合いがニュートラルであるためです。つまり、色温度軸上にあり、緑やマゼンタに偏ることはありません。）ほとんどの自然光源色温度軸に沿って光を放出します。
ただし、その光の最も支配的な成分である青←→アンバーと緑←→マゼンタの量を定義したとき、光源からの光の性質についてはまだ十分に説明していません。
光源は、特定の波長を中心に光を放射するだけでなく（私たちの目/脳が特定の色として解釈する）、他の光源よりも広い範囲の波長/色の光を放射する光源もあります。たとえば、タングステン電球は約3000Kを中心とする光を放射します。しかし、可視光の波長のほぼすべての範囲の量が、タングステン電球からの光に含まれています。それはちょうどタングステン電球によって放たれる光がおよそ3000Kで範囲によって支配されるということです。一方、ナトリウム蒸気ライトは、約2500Kで非常に狭い光スペクトルを放射します。しかし、高圧ナトリウム蒸気ライトは、可視スペクトルの一部の非常に広いセグメントではまったく光を放出しません。彼らが発する光のほとんどすべてが2500Kに非常に近い。可視光と呼ばれる波長範囲のより限定されたスペクトルを放出する光源は、照明するオブジェクトの正確な色を取得するためにホワイトバランスの補正を行おうとするとさらに問題になります。光源が青色光をまったく放射していない場合、青色のオブジェクトが反射する光はまったくありません。増幅する青信号がない場合、青チャネルをどれだけ増幅してもかまいません。青は表示されません（青チャネルでのカメラの読み取りノイズによって引き起こされる偽の青以外）。
カメラによって収集された生の情報と最終的に目的の写真との間で行う調整は、何かが白く見えるようにするものであり、それ自体が色温度ではありません。赤、緑、青の相対的な強度を調整する補正フィルターです。赤、緑、青の値が、白またはニュートラルグレーで表示したいオブジェクトの値と等しくなるように、画像の青のコンポーネント。特定の乗数セットに色温度番号（5500K）またはホワイトバランス名（冷蛍光）を割り当てます。これは、その色温度を中心とした光の下で撮影された写真を補正するために必要な適切なものであるためです。色合い。使用されているライトが非常に青い場合、非常にオレンジ色のフィルターを適用して、ライトの青い色合いを修正する必要があります。そのため、RAW処理アプリのスライダーを10000Kまで移動すると、10000Kライトは非常に青色になりますが、黄色のライトの下で撮影されたものはオレンジに見えます。そのため、生処理アプリのスライダーを2500Kまで移動すると、2500Kライトは非常に暖かくなりますが、黄色のライトで撮影したものは非常にクールに見えます。
ここでも、特定の色温度設定で、特定のオブジェクトを白く見せるために、カラーホイールの青←→黄色軸にほぼ垂直に走る緑←→マゼンタ軸設定を変更する必要がある場合があります。これは、すべての光源が、黒体ラジエーターの温度（ケルビン単位）によって定義される色温度の連続体に正確に沿って光を放出するわけではないためです。たとえば、多くの小さなナイトクラブで舞台照明に現在使用されているLED照明は、黒体のラジエーターがどの温度で放出するよりもマゼンタの色合いがはるかに強い場合があります。一方、典型的な古いスタイルの蛍光灯は、黒いボディが放射するよりもはるかに緑がかった色合いを放射します。
撮影した写真の色温度設定を変更しても、写真を撮影したときに存在していた光の色は変更されません。むしろ、他の2つのRGBチャネルと比較して、各RGBチャネルの増幅量を変更します。
ホワイトバランスの設定は、特定の色温度と色合いの光の下で撮影した写真に適用することが適切である、赤、緑、青のチャンネルのための乗数のセットです。これは、写真内のさまざまなオブジェクトの色に影響しますが、それらのオブジェクトにはホワイトバランスがないため、「ホワイトバランス」は変わりません。それらを照らしていたライトにはホワイトバランスがあります。
2700Kの光の下で白いオブジェクトを撮影する場合、写真で白く見えるように、そのオブジェクトに2700Kの色温度設定を適用する必要があります。同じオブジェクトを8000Kを中心とする光の下で撮影する場合、写真でオブジェクトが白く見えるように、8000Kの色温度設定を適用する必要があります。5000Kライトに適したRGB乗数（つまり、色温度設定）を2700K照明下で撮影された最初の画像に適用すると、5000Kに適したRGB乗数を8000Kの下で撮影された2番目の画像に適用すると、白いオブジェクトは黄色/オレンジに見えます白いオブジェクトを照明すると、青く見えます。
ホワイトバランスという用語は、これらのさまざまなタイプの光源の下で撮影された写真の色かぶりを修正する方法を説明するためにも使用されます。
さまざまな光源がさまざまな色温度とホワイトバランスで光を発すると言ったときのことを覚えていますか？これは、彼らが照らすものの色に影響を与えます。それは私たちの目と脳がそれらを見る色に影響を与えます。私たちのカメラがそれらを見る色にも影響します。私たちのカメラは私たちの目と脳が色を作成する方法を模倣するように設計されていますが、まったく同じことを行うわけではありません。
私たちの目と脳のシステムは、さまざまな光源に特に非常に優れています。特に、明け方から自然界で見られる光源です（黒体放射体を覚えていますか？）。それらはまた、そのような自然の光源を厳密に模倣する、私たちが発明した人工光源とかなりうまく機能します。私たちの脳は光源の違いを補うことができ、ほとんどのオブジェクトはさまざまな種類の光源の下で同じ色であると認識しています。
ただし、カメラは、キャプチャした画像の赤、緑、青のチャネルに与えるバイアスを調整する必要があります。カメラに指示しない限り、「日光」、「日陰」、「蛍光灯」、「タングステン」などの設定を介して、光源の色は、その中の手がかりに基づいて「推測された推測」を行うために必要ですシーン。シーンの最も明るい部分がニュートラル/白ではない場合など、シーンが予想される手掛かりを提供しない場合、カメラはしばしばそれを誤解する可能性があります。別の方法でカメラをだますことが多い別のシナリオは、ほとんどのフレームが均一な明るさであり、カメラが純粋な白と純粋な黒の中間の明るさとして露出しようとする場合です。
では、これはどのように機能するのでしょうか？
窓のない完全に暗い部屋があるとします。その部屋には3つの別々の光源があります。1つは純粋な青色光を放出し、1つは純粋な緑色光を放出し、1つは純粋な赤色光を放出します。さあ、手に4枚のカードを置いてその部屋に入ります：純粋な青、純粋な緑、純粋な赤、そして純粋な白いカード
- 青色のライトのみがオンの場合、ライトはありません。赤と緑のカードが反射する正しい色なので、それらは黒く見えます。青いカードと白いカードはどちらも青い光だけを反射し、同じように青く見えます。そのような光の下で写真を撮った場合、結果の写真で青いカードと白いカードを区別する方法はありません。
- 緑のライトのみがオンの場合、赤と青のカードが反射するための正しい色がないため、カードは黒く見えます。緑のカードと白のカードはどちらも緑の光だけを反射し、同じように緑に見えます。そのような光の下で写真を撮った場合、結果の写真でグリーンカードとホワイトカードを区別する方法はありません。
- 赤のライトだけが点灯している場合、青と緑のカードが反射する正しい色がないため、黒に見えます。赤いカードと白いカードはどちらも赤い光だけを反射し、同じように見えます。そのような光の下で写真を撮った場合、結果の写真で赤いカードと白いカードを区別する方法はありません。
- 赤と緑のライトが両方とも点灯している場合、青のカードが反射する正しい色のライトは存在しないため、黒に見えます。赤いカードは赤く見えます。グリーンカードはグリーンに見えます。ただし、白いカードは、赤と緑の両方の光を組み合わせたものであり、黄色に見えます。このような光の下で写真を撮った場合、赤、緑、白のカードを区別できますが、青色の光がまったくない場合でも、赤の増幅を変えるだけでは白のカードを白く見せることはできません。写真の緑、青、青のチャンネル。
- 赤と青のライトが両方とも点灯している場合、緑のカードが反射する正しい色のライトは存在しないため、黒に見えます。赤いカードは赤く見えます。青いカードは青く見えます。しかし、白いカードは、それが反射している赤と青の両方の光の組み合わせであり、紫/マゼンタに見えます。そのような光の下で写真を撮った場合、赤、青、白のカードを区別できますが、緑の光がまったくない場合でも、赤、緑、青の増幅を変えるだけでは白を生成することはできません。写真の青いチャンネル。
- 緑と青のライトが両方とも点灯している場合、赤のカードが反射するのに適切な色のライトがないため、黒に見えます。グリーンカードはグリーンに見えます。青いカードは青く見えます。ただし、白いカードは、反射する緑色と青色の両方の光を組み合わせたもので、水色のように見えます。このような光の下で写真を撮った場合、緑、青、白のカードを区別できますが、赤の光がまったくない場合でも、赤、緑、青の増幅率を変えるだけでは白を生成することはできません。写真の青いチャンネル。
ここで、3つの光源がそれぞれ加減抵抗器にあり、明るさを個別に変えることができると想像してください。青色のライトを20％に、緑色のライトを60％に、赤色のライトを100％にオンにすると、非常に暖かい色合いのタングステン電球からのライトに非常によく似たライトが得られます。そのような光の下で4枚のカードの写真を撮ると、それらはすべて異なる色に見えますが、色は赤にシフトします。ただし、以前との主な違いは、作業するために、少なくとも各色のライトがいくらかあることです。 カメラの各カラーチャネルの増幅を調整して、赤色光が20％、緑色光が33％、青色光が100％でのみ増幅されるようにすると、各色が白と同じ明るさで巻き上げられます。カードとそれは白く見えます。
この方法を使用することの大きな欠点は、3つのライトすべてが100％に調整され、3つのカラーチャネルすべてが100％に増幅された場合、どのカラーも20％よりも明るくならないことです。後処理で写真をさらに500％増幅して、100％RGBライトの100％RGB増幅のように見せると、カメラの読み取りノイズも500％増幅されます。そのため、写真を公開する前に、照明を必要な場所にできるだけ近づけることが常に望ましいです。
センサーのRGBフォトサイトの生データは、ホワイトバランスでモデル化された光の分布を使用してピクセルRGB値にどの程度正確に変換されますか？
覚えておくべきことは、Bayerマスクのフィルターは絶対的なものではないということです。人間の網膜の3種類の錐体も同様です！
いくつかの赤色光は、緑、青のフィルターを通して取得します！いくつかの緑のライトが赤と青のフィルターを通して取得します！いくつかの青色光は、緑と赤のフィルターを通して取得します！それはちょうどことだより緑、青よりも赤の光が赤フィルタを通して取得します。赤や青よりも多くの緑の光が緑のフィルターを通過します。より多くの赤や緑より青の光は、青色のフィルターを通して取得します。しかし、バイエルフィルターを通過して各ピクセルウェルに到達するすべての光子（発振する光の波長に関係なく）は、そのピクセルを正常に下降させる他のすべてのフォトンと同じようにカウントされます。センサーからの生データは単一のモノクロ輝度値です 各ピクセルウェル（より適切にはセンスと呼ばれます）。
ほぼ同じように、網膜のすべての錐体は、可視光のすべての波長に対してある程度の反応を示します。緑と赤のオーバーラップが、カメラよりも目に非常に近いというだけです。
センサーの小さなパッチの赤、青、緑のチャネルがそれぞれ同じ数のフォトンを収集する場合、なぜこれが等しいRGB値のピクセルで表されないのですか？
カメラが常に同じ重み付けを使用できないのは、さまざまな光源の色が異なるためです。私たちの目と脳は通常、さまざまな光源の色温度とホワイトバランスのこれらの変動を補正します。私たちのカメラはもう少しガイダンスが必要です。カメラが「自動WB」に設定されている場合、カメラはシーンで収集した情報を使用して正しい設定を推測します。最も基本的なカメラは通常、写真の中で最も明るいものを白と想定してこれを行います。最近のカメラは、ほとんどの場合、正しく推測する機能が非常に高度になっています。ただし、特定のシナリオでは、適切に解釈することが依然として困難です。したがって、カメラはまた、ユーザーに色温度とホワイトバランスを手動で設定する能力を与えます。
光源に応じて値を歪めることによってこれを「修正」するのはなぜですか？
さまざまな光源からの光が白いオブジェクトで反射する場合、反射光には、同じ白いオブジェクトで反射する他のさまざまな光源からの光と比較して、同じ量の赤、緑、青が含まれないためです。写真に写っている物体の色は、光がセンサーに当たったときに、すでに撮影したシーンを照らしている光源の色に基づいて「歪んで」います。我々は行うホワイトバランス補正を不完全な光源によって引き起こされる「歪んだ」色に対抗します。
ホワイトバランスを正しく選べば、光源が真っ白に見えませんか？これは、一般に光源が明らかに真っ白に見えないという事実とは矛盾しています。
所定の光源の「正しい」WBは、R、G、およびBチャネルの増幅であり、光源内の各チャネルの強さにほぼ逆数です。光源の赤が多い場合は、青のチャネルをさらに増幅します。光源の青が多い場合、赤のチャネルをさらに増幅します。
オブジェクトの色を正確に表現するのではなく、私の視覚の影響を受ける色合いを画像に含めたい場合、どのホワイトバランス構成でこれを実現できますか？
それは、光源と、光源が照らしているオブジェクトの色に依存します。開始するのに適した場所は、光源の温度と約5200K（「昼光」）の間の色温度軸に沿った方法の約1/3です。
カラーキャストを変更しない一種のグローバルな「ニュートラル」設定はありますか？
いいえ。あなたの目と脳は常に、異なる光源に対して何らかの方法で調整します。ホワイトバランスを変更しない限り、カメラは調整しません。カメラをオートホワイトバランスに設定している場合、カメラマンではなくカメラが調整方法を「選択」します。
たとえば、白い物体は、赤いセーフティライトがオンになっている暗い部屋では白く表示されません。私の写真でもそれらを白く見せたくありません。
照明のスペクトルが非常に限られている場合、彩度の調整は通常、ホワイトバランスの調整よりも知覚される色に大きな影響を与えます。画像に赤い光しかない場合は、緑と青を増幅しても、それほど変化しません。
参考文献
特にマゼンタの緑軸に沿った適切なホワイトバランスが写真の色（およびその他）にどのように影響するかについての極端な例については、青/赤の光を消して写真の焦点がぼやけているように見えるこの回答を参照してください （いくつかの例の画像は回答に含まれています）
ホワイトバランスを修正し、RAWから変換するときに選択的なカラー調整を使用すると、カメラで実行するよりも最終結果を大幅に改善できます。ホッケーの写真にたくさんのノイズが見られます。何が悪いのですか？ （生ファイルの処理に使用される設定のスクリーンショットを含む例が含まれています）
カメラ内の色温度（または多くのカメラではAWBを使用している場合でも）を超えてホワイトバランスの微調整を設定する方法の詳細については、以下を参照してください：被写体の紫の舞台照明をキャンセルする方法は？ （いくつかのサンプル画像が回答に含まれています）
ホワイトバランスのターゲット照明の色温度はいくつですか？
カメラのホワイトバランスとは何ですか？いつどこでWBを使用すればよいですか？
「ホワイトバランス」の意味は？
暖かい物体が青くなるほど、高いホワイトバランス温度が赤くなるのはなぜですか？
RAWファイルは1ピクセルあたり3色を保存しますか、それとも1色のみですか？
私の白い写真に青い色合いがあるのはなぜですか？
自動ホワイトバランスとカスタムホワイトバランスの違いは何ですか？
デジタルカメラでカラーフィルターを使用する理由はありますか？
夜の街並みに適したホワイトバランスを見つけるにはどうすればよいですか？
