白平衡與灰卡

色彩是一門非常複雜的學問；並非只是單純的顏色的問題，應用上還會牽涉到高深的數學演算。我大概只能就我理解的基本概念來說明。艱澀一點的色彩問題，就有待向更專精的高手求教了。

色彩有所謂色彩模式(models)，RGB、CMY(K)、HSB、HLS，等等。而RGB－紅藍綠系統，可以看成是色彩加法系統的代表。這紅藍綠三色，又有色光三原色之稱，亦即指涉的是紅光、藍光、綠光，而非色筆或色料的紅藍綠。加法系統的意思，即飽和的紅、藍、綠光相加在一起，會變為白色的光。CMY－青洋紅黃剛好是減法系統的代表。青cyan、洋紅magenta、黃yellow，有色料或印刷三原色之稱。減法系統的意思，即這三原色是吸收掉絕大部分的顏色，只反射出某一單顏色，所以當這三原色相加一起時，就成了──黑色。

白平衡的基本原理即在於，預先「告知」攝錄機白色的演算程式，所以當我們用白色物品在光源照射下進行白平衡時，攝錄機就會依據感光片接收到的訊息，修正紅藍綠的演算比例，進而達到色彩校正的目的。而啟動白平衡的那一個動作，只是在告訴攝錄機──你看到的是白色。因此，白平衡並不一定非用白色來校準；可以用任何顏色去騙攝錄機，只是校正出來的顏色不會是正確的顏色(當然，故意設定影像色調又另當別論)。

灰卡，原本是用來搭配反射式測光表，提供攝影者設定曝光光圈值參考的工具。而由於影像技術進展至全數位處理，"灰卡"有了新的應用用途──白平衡。為什麼會有如此的轉變，概略的說明一下。

灰卡代表的標準是，介於黑(反光 0%)與白(反光100 %)中間值的灰(反光 18%，光線亮度變化是取對數值(log)，因而不是50%)。換言之，傳統的白平衡相當於以100 %的反射光進行(實際應用並非100%)。而訊號處理中有一種狀況──切割失真(clipping)，亦即訊號未達最大值時，已經瀕臨峰值限制，無法再保有峰值限制之上原本應有的訊息。

由於數位演算的特性，切割失真在影像處理上更容易發生。當以100 %反光的白卡進行白平衡時，紅藍綠的數值接近最大值，即使某一單色已發生切割，也不會明顯的顯現出來(顏色仍看起來是白色)，但對演算比例的校正已經造成相當的影響。因此，在數位影像處理時代，特別是數位單眼相機和數位暗房的應用上，已漸漸改由灰光取代白卡來進行白平衡。最主要的原因即在於，灰色是由相同比例的紅藍綠所組成(與白卡基本概念相同)，可是灰卡的紅藍綠數值居中比較不會形成切割，能提供較精確的白平衡校正。

有關色溫的理論與實際應用，大致上就說到這裡。但還有最後的一篇，也是最重要的一篇，從人類視覺知覺作用的觀點，來談色溫與白平衡在影視創作上的重要性。希望能盡快寫出來。

色溫的影像應用基本觀念

前面概述了色溫的基本觀念，現在就由色溫在影像相關的實務應用上，去了解什麼是色溫？

請先參考下面這張CIE xy 1931色域圖
(引用自英文維基"Color Temperature")。

在這張色域圖中，有一條黑色的弧線由右邊起始，延伸向左下角。隨著弧線兩旁顏色的變化，剛好可以視為「色溫」──黑體加熱後，隨著溫度增加，輻射出對應於可見光色相──的顏色變化。弧線上列出的數字，即為各段色溫的度數；由1500度K的橘色，逐步變為10000度K的青色。一般以紅黃色這一端稱之以低色溫，藍青色這一端稱之以高色溫。

色溫在影像相關的應用上，即提供一個標準基礎。以這個標準基礎定義出，在這個標準下的白色，其他顏色也就跟著各就各位了。但是很重要的一個觀念是，色溫的這個標準，不是絕對的，完全要看應用時的相關條件來定這個標準。例如，拍攝的光源是鎢絲燈泡(低色溫)。可以用3200度K為色溫標準，在這個標準下拍攝的白色，就會被記錄為較純正的白色。也可以用9300度K為色溫標準，在這個標準下拍攝的白色，就會被記錄為嚴重偏黃的白色。

換個方式來說，色溫在影像相關的應用上，就是控制影像的整體色調是正常、偏黃，或偏藍；與色溫本身的顏色變化無關。拍攝器材的色溫設定度數高於拍攝光源的色溫度數，畫面的色調即會偏黃，色溫度數差距越大，偏黃越嚴重。反之，拍攝器材的色溫設定度數低於拍攝光源的色溫度數，畫面的色調即會偏藍，色溫度數差距越大，偏藍越嚴重。可以參考下面圖示。

這是影像應用色溫的簡化示意圖
以中央白色為色溫標準－－白色定在6500度K

假設色溫標準定在9300度K(高色溫)
白色則會落在原本的高色溫區域

將兩張圖疊在一起，可以看出來
原本標準色溫的白色，此時變為偏黃

假設色溫標準定在3200度K (低色溫)
白色則會落在原本的低色溫區域

將兩張圖疊在一起，可以看出來
原本標準色溫的白色，此時變為偏藍

在膠卷攝影的年代，拍攝器材的色溫設定，取決於使用的底片色溫度數(日光片或燈光片)。電子攝影器材，除了沿用卷膠時代的兩段色溫為預設色溫，還提供了白平衡的設定功能。白平衡的設定，就是提供更為彈性的方式，針對不同的光源色溫，進行拍攝色溫標準的設定。

色溫 與 白平衡

色溫(Color Temperature)與白平衡(White Balance)是學習攝影(錄)時，必定會面臨的學習課題。然而，卻常常讓人困惑，弄不清楚是怎麼回事。接下來，就試著以我的理解做一說明。

"色溫"就其本義來說，應該是個物理名詞；概略來說就是指──溫度的顏色。是以黑體(Black Body)由絕對零度開始加熱後，隨著溫度的增加所輻射出的，相對應於可見光色相的顏色。由於絕對溫度(Thermodynamic temperature)是由愛爾蘭第一代開爾文男爵(William Thomson, 1st Baron of Kelvin)發明，因此色溫的單位符號同樣沿用"K"。

"色溫"除了可以讓人用較科學、較精確的方法，去定義、描述一個顏色外。其實在色溫的應用上，最重要的是可以提供一個色彩的參考標準。這個參考標準，就是在不同色溫度數下的'白'色。只要讓白色顯示(或記錄)為正確的白色，其他的色彩，基本上就能正確的顯示(或記錄)。

而色溫的概念為攝影(photography)所應用後，才讓"色溫"變成了攝影術語。人類進入彩色攝影後，必須要有統一的色彩參考標準，彼此之間才能有，客觀、有效率的溝通橋樑。或許是基於當時的光源技術，不是自然的日光，就是鎢絲燈泡，膠卷(film)採用了不同的兩種色溫標準：日光片(Daylight)－5600度K，燈光片(tungsten)－3200度K。

只要是在戶外日光下使用日光片拍攝，或在室內鎢絲燈照明下以燈光片拍攝，光源與膠卷(底片)的色溫標準一致，色彩就能正確地被記錄和顯示(當然這必須隱含，整個定影、顯影、沖片的流程也在標準下進行)。如果，光源色溫與膠卷色溫不一致，就需要在拍攝前先做好色彩校正的工作──選擇/使用正確系數的色彩校正濾鏡(膠卷時代，攝影師的功力之一)。

人類進入電子攝錄(Videography)後，運用的技術原理不同，"色溫"一詞也一變而為"白平衡"。但是在核心概念上，仍然和色溫息息相關。電子攝錄的色彩標準，不像膠卷那麼僵化只能預設兩種標準，反而是非常富於彈性可以對應種種的光源色溫。其所運用的方法，就是隨機校正攝錄機的白色標準，"白平衡"一詞或許由此而來。

然而，白平衡只能確保電子攝錄機的色彩記錄標準；色彩的顯示標準就在於顯示器材的色溫設定了。美國SMPTE的視訊顯示色溫標準定在6500度K，日本的視訊顯示色溫標準則定在9300度K。因此，即便拍攝時的白平衡是正確的，但顯示器材的色溫設定不正確，顯示器材所顯示的色彩仍然是不正確的。這一點稍後，將可以由色溫的影像運用實務來說明。

Time Code的問題

過去好長一段時間，在看HBO的時候，總不免會遇到漏掉一句字幕的情形。發生漏字幕的頻率並不固定，有的時候很快就發生一次，有的時候卻一個小時都不會遇到。依照過去工作上，檢查電影DVD字幕的經驗，這情形應該是製作字幕(俗稱上字幕、敲Time Code)採用得是Non-Drop Frame Time Code，而播放系統(或家用系統)是Drop Frame Time Code所造成的。

當美國在制定電視系統技術規格(NTSC)時，無意間為日後的影視製作留下了兩個煩人的問題。一個是電影轉換為視訊的3:2 pull-down問題，一個就是Time Code問題。

Time Code的重要性，從有人能以此寫書(Timecode A User's Guide, Third Edition)，一本要價84.95美金，即可看出。Time Code簡單來說，除了可以當作時間長度的參考，其真正核心的意義是在代表影片每一格畫面的門牌號碼(或代號)。如果以每格影片的代號來看Time Code：每秒30格畫面的美規視訊(NTSC, ATSC)系統，就是在秒單位以下，再以0~29來代表每一格畫面。例如00:50:25:29(時/分/秒/格)，可以當作第0時50分25秒29格畫面在整部影片中的位址，也可以當作是時間長度的參考──50分25秒29格長。

但是，實際運作上要是這麼單純，NTSC/ATSC Time Code，就不會有Non-Drop/Drop Frame的問題了。問題就出在美規視訊系統播送時，每秒實際上僅能達成29.97格畫面。這就好像潤年的問題一樣，只是視訊是短少，而太陽曆法是溢餘。每秒畫面短少0.03格，一分鐘就差了1.8格，一小時就差了108格(也就是3.6秒)。換言之，美規視訊在實際播送上，每小時節目是不足實際時間(clock time)3.6秒的。

為了讓製作/後製的時間長度，與播送(實際)時間長度一致，SMPTE Drop Frame Time Code於是誕生。它所運用的方法，就是去除每一分鐘第一秒的00和01兩格(代號)，但每整10分的那一分鐘保留00和01兩格代號(2x54，剛好等於108)。於是製作/後製的時間長度，和播送的時間長度就能一致了。

然而，製作/後製時，一般會因操作者的習慣，採用Non-Drop Frame Time Code。好比在製作字幕時，假使某一句字幕的出現Time Code落在00:11:01:01(Non-Drop Frame Time Code)上，則在Drop Frame的播放系統上，這句字幕就無法顯示出來，因為Drop Frame系統會跳過(忽略)00:11:01:01的01這一格。於是，字幕就無法顯示了。

曾經在9月初的時候，寫了一封email給HBO，告知台灣地區的這個現象，以及提出個人對於這個現象肇因的想法。或許是英文表達能力不佳,一直沒有接到回應。不過這一兩天大概看了幾段HBO的電影，還沒有再遇到前述的現象。等有吸引我看完整部影片的HBO電影時，就能瞧瞧HBO是不是已經修正問題了。