視頻安防監(jiān)控應(yīng)引起重視的“白平衡問題”

倪剛

1.引言

“白平衡”這個(gè)詞對于大多數(shù)從事弱電行業(yè)的人來講并不陌生，它是電視監(jiān)控系統(tǒng)中攝像機(jī)的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，雖說是重要技術(shù)指標(biāo)，但大多數(shù)工程設(shè)計(jì)人員在選型和使用中都經(jīng)常會忽略這一組數(shù)據(jù)，而正規(guī)檢測報(bào)告中也沒有這項(xiàng)指標(biāo)的檢測數(shù)據(jù)。

所謂“白平衡”就是描述顯示器中紅、綠、藍(lán)三基色混合生成后白色精度的一項(xiàng)指標(biāo)（引）。當(dāng)我們用肉眼觀看這大千世界時(shí)，在不同的光線下，可以準(zhǔn)確分辨景物的顏色。但是攝像機(jī)沒有人眼一樣能自動(dòng)準(zhǔn)確的分辨，在不同的光線下，CCD對于景物顏色的識別會出現(xiàn)偏差，在這方面，白色物體的變化最為明顯。色溫越高，藍(lán)色的成分越多，圖像就會偏藍(lán)；色溫越低，紅色的成分就越多，圖像就會偏紅。故若在工程使用中未設(shè)置好“白平衡”，或者未選擇好合適的“白平衡”范圍，那么就很容易出現(xiàn)偏色問題，比如在日光下（色溫為6000K以上），視頻圖像會偏藍(lán)，在室內(nèi)日光燈下（色溫為4000K-5000K），視頻圖像會偏綠，在室內(nèi)鎢絲燈下（色溫為3000K以下），視頻圖像會偏黃。

2.白平衡問題分析——以某酒店式公寓監(jiān)控系統(tǒng)為例

2.1白平衡問題的表現(xiàn)

我司在2010年張江集電港“天之驕子”酒店式公寓監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)工程中有將近三分之一的視頻圖像出現(xiàn)偏色問題，而出現(xiàn)偏色問題的都為半球攝像機(jī)，且這些半球攝像機(jī)安裝位置主要是在走廊通往室外消防樓梯的出入口，單元樓棟一層通往地下車庫的樓梯口。

如圖所示

上圖右上側(cè)出現(xiàn)偏黃的這幅視頻圖像是在關(guān)閉走廊燈及消防通道門后出現(xiàn)的偏色現(xiàn)象，若把走廊燈及消防通道門都打開，偏黃現(xiàn)象會有所緩解，但漸漸偏向于藍(lán)色了（如上面右圖），總之在一天內(nèi)這個(gè)位置的半球攝像機(jī)會隨著環(huán)境照度的變化而出現(xiàn)不同的偏色；上圖出現(xiàn)偏藍(lán)的這幅視頻圖像是在地下車庫中性白色節(jié)能燈（色溫為4500K-5000K）下的圖像，因?yàn)榈叵萝噹飙h(huán)境照度一天之間并沒有多大變化，故這個(gè)位置的圖像一直偏藍(lán)色。剛開始出現(xiàn)此問題，我們還并未重視，因?yàn)閯偘惭b時(shí)并未設(shè)置細(xì)調(diào)，想等全部安裝完以后再進(jìn)一步細(xì)調(diào)，但等全部安裝完成，調(diào)試完畢后，情況并未改變，到此我才發(fā)現(xiàn)問題其實(shí)比較嚴(yán)重了。我馬上翻查了攝像機(jī)說明書，檢查核對是否還需要設(shè)置哪個(gè)參數(shù)或還有哪個(gè)開關(guān)未撥正確，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中有一組“白平衡”開關(guān)我們并未設(shè)置，它分自動(dòng)檔和手動(dòng)檔，攝像機(jī)出廠設(shè)置都為自動(dòng)“白平衡”檔，當(dāng)建筑物環(huán)境（照度，陰暗度）經(jīng)常變化時(shí)，一般就是采用自動(dòng)跟蹤“白平衡”，自動(dòng)跟蹤“白平衡”會根據(jù)CCD電子耦合元件感受到光線自動(dòng)調(diào)節(jié)基色始終為白色，這樣視頻就能正確反應(yīng)出真實(shí)環(huán)境的顏色，而當(dāng)周圍環(huán)境始終保持某一狀態(tài)固定不變的地方，攝像機(jī)“白平衡”一般需設(shè)置為 “手動(dòng)檔”，它是以設(shè)置手動(dòng)檔之前那一刻的“白色”作為基色，所以在不同位置需調(diào)整不同的白平衡參數(shù)來盡量還原真實(shí)的環(huán)境色彩。

2.2原因分析

出現(xiàn)偏色的最主要的因素是環(huán)境的色溫高低，一般陽光直射下的色溫為6000K，陰天或室內(nèi)色溫為3200K，傍晚色溫為2000K，色溫越高，視頻圖像越偏藍(lán)，色溫越低，視頻越偏紅（引），相對照上述工程，雖然我并未能測出當(dāng)時(shí)的環(huán)境色溫值，但根據(jù)實(shí)際情況，天之驕子公寓每層走廊通往室外消防樓梯口處在白天大晴天的環(huán)境照度與陽光直射下的色溫略低，再加上樓道內(nèi)配有冷白色節(jié)能燈（色溫為5000K），并且光線強(qiáng)度均勻，故視頻圖像中走廊顏色偏藍(lán)，走廊在晚上時(shí)色溫低于1000K，故所顯示視頻圖像偏橘黃；樓棟通往地下車庫出入口主要光源就是前室的中性白色節(jié)能燈（4500K-5000K），而地下車庫較暗，光線強(qiáng)度反差較大，以攝像機(jī)位置看為強(qiáng)光源，故環(huán)境色溫比前室中性白色節(jié)能燈的色溫還要略高，故視頻圖像中走廊顏色偏藍(lán)，而在這個(gè)工程中出現(xiàn)的偏色問題也直觀的印證了這個(gè)理論的正確性。所以最后這個(gè)工程的在重新根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整了“白平衡”的手自動(dòng)，走廊處因環(huán)境照度變換大，用自動(dòng)白平衡，并把攝像機(jī)的“白平衡”范圍調(diào)大，以適應(yīng)各種環(huán)境照度；而像地下車庫環(huán)境照度基本為燈光源，環(huán)境照度變化較小，故用手動(dòng)調(diào)整“白平衡”參數(shù)至與環(huán)境想適應(yīng)的色溫，以達(dá)到最佳效果。

3.解決白平衡問題的方法

為了檢驗(yàn)自動(dòng)白平衡是否適合場景，首先將白平衡開關(guān)撥到“自動(dòng)AUTO擋”，然后分別在室內(nèi)自然光和室外陽光下拍攝同一張白紙，觀察對比兩次拍攝的效果。假如兩次效果一致并且白色理想，則表明自動(dòng)白平衡性能正常，否則性能欠佳。若性能欠佳，則說明外界條件超出白平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)功能以外，圖像會略帶紅色或藍(lán)色或黃色，在這種情況下，就需要手動(dòng)調(diào)整白平衡了。第一步：因?yàn)槠饕菍Π咨牟徽７磻?yīng)，故需尋找白色參照物，如白紙或白色的墻壁一類的東西，在工程上最方便的就是白墻。第二步：把攝像機(jī)變焦鏡頭調(diào)到廣角端，若攝像機(jī)在室外則在自然光下鏡頭對準(zhǔn)白紙或白墻，若攝像機(jī)在室內(nèi)，則在正常室內(nèi)燈光下對準(zhǔn)白紙或白墻。第三步：按一下白平衡調(diào)整按鈕手動(dòng)白平衡調(diào)節(jié)，當(dāng)白平衡手動(dòng)調(diào)整完成，監(jiān)視器屏幕應(yīng)該顯示白色或近似白色。在進(jìn)行人工調(diào)整時(shí)，重點(diǎn)是要根據(jù)畫面要求按主要光源進(jìn)行調(diào)整。如拍攝主體是在室外或白天，則根據(jù)周圍光線進(jìn)行白平衡調(diào)整；若在夜景或室內(nèi)下，要根據(jù)被攝主體的燈光來調(diào)整；但是在調(diào)試時(shí)都需避免逆光。經(jīng)過多次已完工程的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，作為我們設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員，都應(yīng)重視“白平衡”這一指標(biāo)，因?yàn)樵诠こ淘O(shè)計(jì)階段，我們并未知曉現(xiàn)場實(shí)際的色溫情況，所以我們在攝像機(jī)選型及調(diào)試時(shí)應(yīng)注意盡可能挑選“白平衡”范圍大及盡量包含幾種常見環(huán)境狀態(tài)的色溫的攝像機(jī)，同時(shí)在施工階段全面安裝攝像機(jī)前應(yīng)取部分?jǐn)z像機(jī)先行安裝作為檢查和試驗(yàn)調(diào)試用，這樣才能有效避免此類情況和減少相應(yīng)經(jīng)濟(jì)損失。

（作者單位：上海寶通汎球電子有限公司）