Nella fotografia e nell’elaborazione delle immagini, il bilanciamento del colore è la regolazione globale delle intensità dei colori (in genere colori primari rosso, verde e blu). Un obiettivo importante di questa regolazione è rendere i colori specifici, in particolare i colori neutri, correttamente. Quindi, il metodo generale viene talvolta chiamato bilanciamento del grigio, bilanciamento neutro o bilanciamento del bianco. Il bilanciamento del colore cambia la miscela complessiva di colori in un’immagine e viene utilizzato per la correzione del colore. Le versioni generalizzate del bilanciamento del colore sono usate per correggere colori diversi dai neutri o per modificarli deliberatamente per effetto.

I dati di immagine acquisiti dai sensori – sensori di immagine di film o elettronici – devono essere trasformati dai valori acquisiti a nuovi valori appropriati per la riproduzione o la visualizzazione dei colori. Diversi aspetti del processo di acquisizione e visualizzazione rendono essenziale tale correzione del colore, incluso il fatto che i sensori di acquisizione non corrispondono ai sensori nell’occhio umano, che le proprietà del supporto di visualizzazione devono essere prese in considerazione e che le condizioni di visione ambientale di l’acquisizione differisce dalle condizioni di visualizzazione del display.

Le operazioni di bilanciamento del colore nelle applicazioni di modifica delle immagini di solito operano direttamente sui valori dei pixel dei canali rosso, verde e blu, senza rispettare alcun modello di rilevamento o riproduzione del colore. Nella fotografia cinematografica, il bilanciamento del colore viene in genere ottenuto utilizzando i filtri di correzione del colore sopra le luci o sull’obiettivo della fotocamera.

Bilanciamento del colore generalizzato
A volte la regolazione per mantenere neutri i neutri si chiama bilanciamento del bianco, e il bilanciamento dei colori frase si riferisce alla regolazione che, inoltre, fa apparire altri colori in un’immagine visualizzata con lo stesso aspetto generale dei colori in una scena originale. È particolarmente importante che i colori neutri (grigi, neutri, bianchi) in una scena appaiano neutri nella riproduzione.

Stima illuminante e adattamento
La maggior parte delle fotocamere digitali dispone di mezzi per selezionare la correzione del colore in base al tipo di illuminazione della scena, utilizzando la selezione della luce manuale, il bilanciamento del bianco automatico o il bilanciamento del bianco personalizzato. Gli algoritmi per questi processi eseguono un adattamento cromatico generalizzato.

Esistono molti metodi per il bilanciamento del colore. L’impostazione di un pulsante su una fotocamera è un modo per l’utente di indicare al processore la natura dell’illuminazione della scena.Un’altra opzione su alcune fotocamere è un pulsante che si può premere quando la fotocamera è puntata su una carta grigia o un altro oggetto di colore neutro. Ciò cattura un’immagine della luce ambientale, che consente a una fotocamera digitale di impostare il bilanciamento del colore corretto per quella luce.

Vi è una vasta letteratura su come si può stimare l’illuminazione ambientale dai dati della telecamera e quindi utilizzare queste informazioni per trasformare i dati dell’immagine. Una varietà di algoritmi è stata proposta e la qualità di questi è stata discussa. Alcuni esempi e l’esame dei riferimenti in esso porteranno il lettore a molti altri. Esempi sono Retinex, una rete neurale artificiale o un metodo bayesiano.

Colori cromatici
Il bilanciamento del colore di un’immagine influisce non solo sui neutri, ma anche su altri colori.Un’immagine che non è bilanciata dal colore si dice abbia una dominante di colore, poiché sembra che tutto nell’immagine sia stato spostato verso un colore. [Pagina necessaria] Il bilanciamento del colore può essere pensato in termini di rimozione di questa dominante di colore.

Il bilanciamento del colore è anche correlato alla costanza del colore. Algoritmi e tecniche utilizzati per raggiungere la costanza del colore sono spesso utilizzati anche per il bilanciamento del colore.La costanza del colore è, a sua volta, correlata all’adattamento cromatico. Concettualmente, il bilanciamento del colore consiste in due passaggi: primo, determinare l’illuminante sotto il quale è stata catturata un’immagine; e in secondo luogo, ridimensionamento dei componenti (ad es. R, G e B) dell’immagine o altrimenti trasformazione dei componenti in modo che siano conformi all’illuminante di visualizzazione.

Viggiano ha rilevato che il bilanciamento del bianco nel modello di colore RGB nativo della fotocamera tendeva a produrre meno incostanza del colore (cioè meno distorsione dei colori) rispetto a RGB monitor per oltre 4000 ipotetici set di sensibilità della fotocamera. Questa differenza in genere ammontava a un fattore di più di due a favore della videocamera RGB. Ciò significa che è vantaggioso ottenere il bilanciamento del colore nel momento in cui un’immagine viene catturata, piuttosto che modificarla successivamente su un monitor. Se si deve bilanciare il colore in un secondo momento, il bilanciamento dei dati di immagine grezzi tenderà a produrre una minore distorsione dei colori cromatici rispetto al bilanciamento nel monitor RGB.

Matematica dell’equilibrio cromatico
Il bilanciamento del colore viene talvolta eseguito su un’immagine a tre componenti (ad esempio, RGB) utilizzando una matrice 3×3. Questo tipo di trasformazione è appropriato se l’immagine è stata catturata utilizzando l’impostazione di bilanciamento del bianco errata su una fotocamera digitale o tramite un filtro colorato.

Monitoraggio di scala R, G e B
In linea di principio, si vuole ridimensionare tutte le luminanze relative in un’immagine in modo che gli oggetti che si ritiene siano neutri appaiano così. Se, per esempio, si ritiene che una superficie con R = 240 sia un oggetto bianco, e se 255 è il conteggio che corrisponde al bianco, si potrebbero moltiplicare tutti i valori rossi di 255/240. Agendo in modo analogo per il verde e il blu si otterrebbe, almeno in teoria, un’immagine bilanciata dal colore. In questo tipo di trasformazione la matrice 3×3 è una matrice diagonale.

dove R, G e B sono i colori bilanciati di rosso, verde e blu componenti di un pixel nell’immagine; R ‘, G’ e B ‘sono i componenti rosso, verde e blu dell’immagine prima del bilanciamento del colore, e R’ _ {w}, G ‘_ {w} e B’ _ {w} sono i rossi , verde e blu componenti di un pixel che si crede di essere una superficie bianca nell’immagine prima del bilanciamento del colore. Questo è un semplice ridimensionamento dei canali rosso, verde e blu, ed è per questo che gli strumenti di bilanciamento del colore in Photoshop e GIMP hanno uno strumento contagocce bianco. È stato dimostrato che l’esecuzione del bilanciamento del bianco nel set di fosfori assunta da sRGB tende a produrre grandi errori nei colori cromatici, anche se può rendere perfettamente neutre le superfici neutre.

Ridimensionamento X, Y, Z
Se l’immagine può essere trasformata in valori tristimolo CIE XYZ, il bilanciamento del colore può essere eseguito lì. Questa è stata definita una trasformazione “sbagliata di von Kries”. Anche se è stato dimostrato che offre risultati di solito più poveri rispetto al bilanciamento nel monitor RGB, qui viene menzionato come un ponte verso altre cose. Matematicamente, si calcola:

dove X, Y e Z sono i valori tristimolo bilanciati dal colore; X_ {w}, Y_ {w} e Z_ {w} sono i valori di tristimolo dell’illuminante di visione (il punto bianco a cui l’immagine viene trasformata per conformarsi); X ‘_ {w}, Y’ _ {w} e Z ‘_ {w} sono i valori di tristimolo di un oggetto che si ritiene bianco in un’immagine non bilanciata a colori e X’, Y ‘e Z ‘sono i valori di tristimolo di un pixel nell’immagine non equilibrata. Se i valori tristimulus dei primari del monitor sono in una matrice \ mathbf {P} in modo che:

dove L_ {R}, L_ {G} e L_ {B} sono i monitor RGB non-gamma corretti, si può usare:

Il metodo di Von Kries
Johannes von Kries, la cui teoria delle barre e tre tipi di cono sensibili al colore nella retina è sopravvissuta come la spiegazione dominante della sensazione di colore per oltre 100 anni, ha motivato il metodo di conversione del colore nello spazio cromatico LMS, rappresentando gli stimoli efficaci per Tipi di coni a lunghezza d’onda lunga, media e corta, modellati come adattati indipendentemente. Una matrice 3×3 converte RGB o XYZ in LMS, quindi i tre valori primari LMS vengono ridimensionati per bilanciare il neutro; il colore può quindi essere riconvertito nello spazio colore finale desiderato:

dove L, M, e S sono i valori del tristimolo del cono LMS bilanciato dal colore; L ‘_ {w}, M’ _ {w} e S ‘_ {w} sono i valori di tristimolo di un oggetto che si ritiene bianco in un’immagine non bilanciata a colori e L’, M ‘e S ‘sono i valori di tristimolo di un pixel nell’immagine non equilibrata.

Le matrici da convertire in spazio LMS non sono state specificate da von Kries, ma possono essere derivate dalle funzioni di corrispondenza dei colori CIE e dalle funzioni di corrispondenza dei colori LMS quando queste ultime sono specificate; le matrici possono anche essere trovate nei libri di riferimento.

Ridimensionamento della fotocamera RGB
Con la misura di Viggiano e utilizzando il suo modello di sensibilità spettrale della camera gaussiana, la maggior parte degli spazi RGB della fotocamera ha ottenuto risultati migliori rispetto a monitor RGB o XYZ. Se i valori grezzi RGB della videocamera sono noti, è possibile utilizzare la matrice diagonale 3×3:

e quindi convertire in uno spazio RGB funzionante come sRGB o Adobe RGB dopo il bilanciamento.

Preferibili spazi di adattamento cromatico
Il confronto di immagini bilanciate da trasformazioni diagonali in un numero di differenti spazi RGB ha identificato diversi spazi di questo tipo che funzionano meglio di altri, e meglio di spazi di telecamere o monitor, per l’adattamento cromatico, come misurato da diversi modelli di aspetto del colore; i sistemi che eseguivano statisticamente e il meglio della maggior parte dei set di test di immagine utilizzati erano gli spazi “Sharp”, “Bradford”, “CMCCAT” e “ROMM”.

Adattamento generale dell’illuminante
La migliore matrice di colori per l’adattamento a una modifica dell’illuminante non è necessariamente una matrice diagonale in uno spazio cromatico fisso. È noto da tempo che se lo spazio degli illuminanti può essere descritto come un modello lineare con N termini di base, la corretta trasformazione del colore sarà la somma ponderata di N trasformazioni lineari fisse, non necessariamente coerentemente diagonalizzabili.