紫外摄影成像中的白平衡  

紫外摄影成像中的白平衡  

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将数字系统相机转换为“全光谱”的UV 成像中,白平衡与两个不同的方面相关:

  • UV 图像的白平衡。
  • 使用与 UV 图像相同的相机记录的 VIS 图像的白平衡。

紫外线图像记录了被摄体反射(或更罕见地透射)的近紫外线量。如果镜头和紫外线滤光片在足够的紫外线范围内(大约 365 到 400 纳米)透射,紫外线图像还会记录几种不同的紫外线假色。为了记录带有拜耳传感器的典型全光谱转换数码相机能够记录的整个紫外伪色色域,镜头和滤光片都必须通过大约 320 到 400 nm 波段的足够量的紫外光。

通常需要记录同一对象的 UV 图像和 VIS 图像,而不会改变视角和图像放大倍数。最好通过对两个图像使用相同的、安装在三脚架上的相机和镜头来完成,只需交换滤镜即可。

使用全光谱转换相机记录 VIS 图像至少需要使用 UV-cut 和 IR-cut 过滤器。然而,像 B+W 486 和 Baader UV/IR Cut 过滤器(以及用于天文学的 L 过滤器)这样的 UV 和 IR 截止滤光器,尽管可以切断 750 纳米以上和 400 纳米以下的辐射,但不能恢复原始, 相机的原生白平衡。原因是,在几乎所有系统相机中,内置的 IR 截止滤光器在 750 nm 处没有锐利的截止,而是更渐进的截止,这也减少了到达传感器的红色辐射量。这使内置过滤器具有独特的青色,而上述过滤器中没有这种颜色。与较短波长相比,红色区域中的逐渐截止对于补偿红色区域中硅传感器的更高灵敏度是必要的。

事实上,典型的硅结光检测器的灵敏度在 980-1,000 nm 左右达到峰值,并从 950 nm 到 380 nm 大致线性降低。它在 380 nm 以下下降得更慢,但这种影响在很大程度上被建立在传感器表面顶部的拜耳滤色器对紫外线的急剧吸收所掩盖。硅结光检测器的固有灵敏度在 1,000 nm 以上的波长处也急剧下降。

白平衡实验

对于这些实验,我使用了转换为全光谱的Sony A7 II和CoastalOpt 60 mm Apo,用于 UV 图像,以及安装在镜头前的Baader U 2″ 滤光片。我用作 UV 和 VIS 的光源Bowens 1500 Pro摄影棚闪光灯,带无涂层原装 Bowens 氙灯管和管罩。对于 UV 图像,我使用上述镜头和滤镜在阳光下设置了自定义白平衡,并将其用于闪光摄影。对于大多数 VIS 图像,我使用相机的内置闪光灯白平衡。

除非文中另有说明,所有图片均为直接从相机中取出的 JPG,裁剪但未以其他方式进行后期处理。

主题是Malva cf。sylvestris花,约12毫米宽。这朵花是洋红色/紫罗兰色,在阳光下看到的中央区域发白。

拍摄同一朵花的系列照片的一个常见问题是植物永远不会静止不动,而是不断移动和转动。这些运动太慢而无法直接注意到,但在 10-20 分钟间隔拍摄的图像中很明显。在下面的图像中,我拍摄了一个比需要更大的主题区域,在每张照片之前重新对焦,并在后期处理中裁剪了照片以使花朵居中。结果,花的背景在图片之间发生了一些变化。在会议期间,镜头光圈也发生了几次变化。

这些实验的结果虽然对所使用的相机、镜头和滤镜有效,但仅表明人们对不同设备的预期。例如,用于实验的镜头最有可能影响结果。虽然 CoastalOpt 60 mm Apo 可以将普通相机记录的整个紫外线范围成像转换为全光谱,但大多数用于紫外线成像的其他镜头,包括为此特定目的而设计的几种型号,在紫外线光谱方面受到更多限制。发送。

相机型号在它们可以生成和存储的自定义白平衡范围内差异很大。例如,一些相机型号无法生成如下所示的“中性”UV CWB,并生成具有主要色偏的 UV 图像。

紫外线图像

紫外摄影成像中的白平衡  
使用 Baader U、CWB 的 UV 图像。

UV 图像显示了这朵花的特征性 UV 特征,即具有 UV 暗中心和静脉的 UV 明亮花瓣。请注意,整体图像色调相对中性。这种白平衡还使 UV 黄色和 UV 蓝色花朵分别呈现饱和度很高的黄色和蓝色(参见此处的示例)。

紫外摄影成像中的白平衡  
为了比较,这是使用 Baader U 和闪光灯白平衡的结果。

使用内置闪光灯白平衡会产生令人眼花缭乱的红色/粉红色图像。这种主要的色偏也使得无法检测到使用中性 CWB 拍摄的图像中存在的任何微妙的假色。因此,尽管通过将 UV 图像转换为 VIS 图像来表示 UV 图像仍然没有“正确”的白平衡,但颜色平衡的选择确实会强烈影响这些图像携带的视觉信息量。

可见光图像

紫外摄影成像中的白平衡  
Bader UV/IR 截止滤光片,CWB。

为了获得仅可见光图像,我首先将 Baader U 替换为 Baader UV/IR Cut 过滤器。这是一个天文滤波器,在 VIS 光谱的两端都有锐利的截止频率。正如预期的那样,它不会选择性地减少红色量。

花朵的紫外线特征现在不存在,取而代之的是花朵中心较小的明亮区域。CWB 显然不适合用于 VIS 图像。我在后期处理中手动对这张图像进行色彩平衡的尝试没有成功。

在 UV 和 VIS 图像中使用相同的 WB 本来会很好,但这是不可行的。

紫外摄影成像中的白平衡  
Baader UV/IR 过滤器,闪光灯白平衡。

切换到内置闪光灯白平衡会产生极度偏红的图像,作为对主体视觉外观的渲染也是不可接受的。

紫外摄影成像中的白平衡  
Baader UV/IR + 2 mm BG40 + Hoya NDX8 中性滤镜,闪光灯 WB。

为了尝试恢复更自然的 VIS WB,我添加了一个 2 毫米厚的来自UVIROptics 的BG40滤镜。这是一个青色滤镜,其 VIS 属性与相机的内置滤镜大致相似(作为全光谱转换过程的一部分被移除)。我还添加了一个 Hoya NDX8 中性滤镜,以补偿相机对 VIS 的灵敏度比 UV 高得多。

如果没有 Bader UV/IR Cut 滤光片,BG40 会透射过多的 NIR(以及低至约 320 nm 的 NUV,这对于 VIS 成像来说是一个较小的问题),因此仍必须使用 Bader UV/IR Cut 滤光片,堆叠与 BG40。其他过滤器,例如 BG38 和 BG39,其属性略有不同,在我看来,它们不太适合此用途。

没有NDX8滤镜,我不得不在闪光灯前使用四层白色尼龙布来降低它的功率,即使将闪光灯功率调到最低。每次我需要在 UV 和 VIS 成像之间交替时都这样做太麻烦了。

在全光谱相机上使用 ND 滤镜的一个问题是,像 Hoya 和 B+W 的那些消费级品质的 ND 滤镜有大量的 NIR 泄漏。对于非常强大的 ND 滤光片(例如 B+W ND 3.0,它吸收 10 级 VIS 但更少的 NIR)尤其如此。在这种特殊情况下,BG40 会在足够程度上阻止 NIR 以隐藏此问题。可在 VIS 和 NIR 中使用的扩展光谱 ND 滤光片是可用的,但在这种特殊情况下不必要地昂贵。

结果非常接近我对阳光下主体颜色的感知。我唯一的抱怨是总的基调应该稍微温暖一些。这种微小的差异可能是由于阳光和带有非涂层管的工作室闪光灯之间的色温不同,或者是我更喜欢奥林巴斯相机产生的暖色。

紫外摄影成像中的白平衡  
与上图相同,在后期处理中调整为稍微偏暖的色调。

后期处理中的一个小调整给了我一个我可以满意的图像。主要区别在于植物的绿色部分现在具有稍微温暖的色调,可以更好地反射我在阳光下看到的东西。事实上,这个图像比我经常使用未转换相机获得的图像更逼真,后者倾向于将紫罗兰色/紫红色花朵渲染为大部分为蓝色。上图相对于未修改相机的改进可能是由于 Baader UV/IR Cut 滤光片在 VIS 光谱(包括紫色)的真正末端有一个尖锐的肩部,而许多未修改的相机和/ 或 VIS 镜头往往会截断最短的 VIS 波长,从而使一些紫罗兰色的花朵在记录的图像中变成蓝色。

我尝试记录自定义白平衡,使我能够仅对 VIS 图片使用 Baader UV/IR Cut 过滤器,但结果不如使用上面讨论的两个过滤器(或三个,包括 ND 过滤器)的堆叠令人信服.

概括

一个中性CWB可能保持在UV图片更多的假色信息,以产生一个占主导地位的偏色一个CWB比较。

在全光谱转换相机上为 VIS 图片实现正确的白平衡并非易事,可能需要对滤镜堆栈进行实验和/或创建合适的自定义白平衡。相机型号的不同之处在于它们可以存储的自定义白平衡范围,有些相机无法存储此类特殊应用所需的极端 CWB

在这种特殊情况下,一堆过滤器是在 VIS 图像中提供最佳结果的解决方案

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1年 ago

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