White Balance

กล้องถ่ายภาพดิจิทัลเกือบทั้งหมดจะสามารถทำ white balance ได้ โดยกล้องที่มีคุณภาพดี จะมีฟังก์ชันให้ผู้ใช้ปรับเลือกได้หลายแบบ บทความนี้จะกล่าวถึงหลักการ และการใช้งาน white balance อย่างถูกต้อง เพื่อให้ได้ภาพที่มีสีออกมาถูกต้องตามที่ควรจะเป็นมากที่สุด

ทำไมต้องทำ White balance?

เนื่องจากมนุษย์เรามีความสามารถในการปรับการรับรู้สีตามสภาพแสงที่เปลี่ยนไปเช่นถ้าเรามองกระดาษขาวภายใต้แสงแดด เราจะเห็นว่ากระดาษนั้นเป็นสีขาว พอเราย้ายมามองกระดาษขาวแผ่นเดียวกันในร่มตอนแรกเราอาจเห็นว่ากระดาษนั้นสีต่าง ไปจากในแสงแดดเพราะสีของแสงได้เปลี่ยนไป แต่สักสองสามนาทีหลังจากนั้น ตาและสมองของเราจะ ปรับการรับรู้ให้สัมพันธ์กับสภาพแสงในการมองเห็นขณะนั้นๆ ซึ่งส่งผลให้เราเห็นกระดาษแผ่นนั้นเป็นสีขาว ปรากฏการณ์นี่้ จะเรียกว่า chromatic adpatation แต่เนื่องจากในกล้องถ่ายภาพดิจิทัลซึ่งมี CCD เป็นตัวรับแสง(เปรียบได้กับเรตินาในตา)ไม่สามารถปรับเปลี่ยนความไวแสงสีต่างๆ ได้เหมือนตา เมื่อเราถ่ายภาพกระดาษขาวภายใต้ daylight สมมุติว่าได้ค่า RGB จากกล้องเป็น R255,B255,G255(ถ้าค่า RGB ของพิกเซลใดๆ มีค่าเท่ากัน พิกเซลนั้นจะเป็นสีขาวดำ, achromatic) แต่หากเราถ่ายภาพกระดาษขาวแผ่นเดียวกันนี้ด้วยไฟทังสเตนจะได้ค่า R255 B180 G200 แสดงว่าภาพกระดาษขาวที่ได้จะอมแดงๆ ส้มๆ เพื่อให้ภาพกระดาษขาวกลายเป็นสีขาวดต้องอาศัยซอฟแวร์มาช่วย ทำให้ค่า RGB ของสีขาวที่มาจากแหล่งกำเนิดแสงที่มีสีต่างกันให้มีค่าเท่าๆ กัน การกระทำดังกล่าวจะเรียกว่าการปรับ white balance โดยการปรับ white balance นั้นไม่ได้ทำเฉพาะกับพิกเซลที่เป็นส่วนประกอบของสีขาวในภาพเท่านั้นแต่ทำกับทุกพิกเซลของภาพ

ตัวอย่างการทำ white balance

โดยทั่วไปกล้องจะทำ automatic white balance(Auto WB) ให้อยู่แล้ว อย่างไรก็ดีการปรับดังกล่าวจะมีขีดจำกัด คือแก้ได้เพียงบางระดับเท่านั้น สังเกตจากสามภาพด้านล่าง เป็นการถ่ายภาพด้วย Auto WB จากกล้อง Canon Powershot G1 ภาพใต้สภาพแสงต่างๆ กัน ภาพซ้ายสุดเป็น daylight(6500K) ภาพกลางเป็น coolwhite(4800K) และภาพขวาสุดเป็น tunsten(illuminant A,2856K)

จะเห็นได้ว่าภาพ color chart ที่ถ่ายภายใต้แสง daylight และ coolwhite ให้สีที่ถูกต้อง แต่ภาพภายใต้ไฟ ทังสเตนมีสีเพี้ยนไปทางสีแดงค่อนข้างมาก เพื่อให้เห็นชัดเจนย่ิงขึ้นถึงการทำงานของของ Auto WB ให้ลองเปรียบเทียบ สามภาพด้านล่างกับสามภาพด้านบน ภาพด้านล่างนี้ถ่ายโดยกล้องตัวเดียวกัน แต่ตั้ง WB เป็น daylight ที่กล้อง

เราจะเห็นว่าภาพที่ซ้ายสุดที่ถ่ายภายใต้แสงไฟ daylight ให้สีที่ถูกต้อง ภาพที่ถ่ายภายใต้แสงไฟ coolwhite จะมีสีเพี้ยนไปทางสีแดงเล็กน้อย และภาพที่ถ่ายภายใต้แสงไฟทังสเตนจะมีสีเพี้ยนมาก และเพี้ยนไปมากกว่าภาพที่ถ่ายด้วย Auto WB นี่ย่อมแสดงว่า การทำงานของ Auto WB ได้ช่วย แก้สีให้ภาพมีสีที่ถูกต้องมากยิ่งขึ้น แต่มีข้อจำกัด โดยทั่วๆ ไป Auto WB จะทำงานได้ดีอยู่ในช่วง 4800-7500 K หากแหล่งกำเนิดแสงมีอุณหภูมิสีมากหรือ น้อยไปกว่านี้ กล้องก็จะปรับแก้สีให้ได้ไม่หมด ในกล้องที่มีคุณภาพระดับมืออาชีพหรือกึ่งมืออาชีพจะมีฟังก์ชันให้ผู้ใช้สามารถปรับ WB ด้วยตนเอง(เรียกว่า Custom WB) โดยการสั่งให้กล้องปรับตั้งค่า WB ที่ส่วนที่เป็นสีขาวดำ โดนการปรับตั้งที่สีขาวจะสะดวกที่สุด เนื่องจากหากแหล่งกำเนิดแสงมีสีเพี้ยนไปแล้ว ค่า RGB ที่สีขาวจะต่างกันมากที่สุด ภาพข้างล่างแสดง การเปรียบเทียบเมื่อปรับตั้ง custom WB ที่สีขาวของภาพภายใต้แสง daylight coolwhite และทังสเตน ตามลำดับ

จากภาพด้านบนจะเห็นว่าภาพในส่วนที่เป็นแถบสีเทา สีมีความถูกต้องมากย่ิงขึ้นกว่าการปรับแบบ Auto WB อย่างไรก็ตามจะเห็นว่าส่วนที่ เป็นสีส้มและแดง ของภาพจากไฟทัสเตนยังมีการผลิดสีที่ไม่ดีนัก ทั้งนี้เป็นข้อจำกัดระหว่างสีของวัตถุและสีของแหล่งกำเนิดแสง และเป็นส่วนที่ไม่สามารถแก้ไขได้หมด นอกจากการปรับตั้ง custom WB ที่สีขาวแล้ว ผู้ใช้อาจปรับตั้งที่ส่วนที่เป็นสีเทาหรือดำก็ได้ แต่ความคลาดเคลื่อนอาจมีมากกว่าสีขาว ภาพข้างล่างแสดง การเปรียบเทียบเมื่อปรับตั้ง custom WB ที่สีขาว (ภาพซ้าย) สีเทาแถบที่สามจากซ้าย (ภาพกลาง) และที่สีดำ (ภาพขวา)

เนื่องจาก color chart ได้ถูกสร้างมาอย่างดีในเรื่องสี ดังนั้นการทำ custom WB ที่ส่วนขาว เทา หรือดำ ก็ควรจะได้ภาพที่มีสีเหมือนกัน แต่เมื่อพิจาณาจากภาพกลางที่ทำ WB ที่สีเทาจะเห็นว่าภาพมีสีเพี้ยนไปทางสีฟ้า สาเหตุของการเพี้ยนดังกล่าวเกิดจากวัตถุที่เป็นเป้าสำหรับ การทำ WB นั้นมีสีอื่นมาปนเปื้อน ถ้าสังเกตจากภาพแรกด้านซ้ายมือให้ดีจะเห็นว่า สีเทาของแถบที่สามนั้นมีสีแดงปนเปื้อนจากการสะท้อนแสงของฐานวาง เมื่อสีเทาไม่เป็นสีเทาซะแล้ว หากเราไปตั้ง WB ที่นี่ ย่อมทำให้สีทั้งหมดของภาพผิดเพี้ยนไปด้วย

ดังนั้นการปรับตั้ง WB ที่ดีที่สุดยังคงเป็นการปรับตั้งแบบ custom WB แต่ก็มีข้อควรระวังคือวัตถุที่จะมาเป็นเป้าของการตั้ง WB นั้นควรเป็น วัตถุที่เป็นสีขาวดำที่แท้จริง