色温的基本概念

色温与白平衡是摄影中十分重要的两个技巧，色温是光线在不同能量下人们眼晴所感受到的颜色变化。而白平衡的调整则是通过调整色温来实现的，两者存在着密不可分的关系。

色温的基本概念

在不同光线的照射下，物体的色彩会产生变化。例如在如下的视频中，相同的物体在不同的灯光下其反映的色彩也不同。

但是，由于人的眼睛能够修正光源变化造成的色偏，因此不管光源如何变化（无论是在室外的阳光下，还是在室内的白炽灯光下），人眼仍会将白色的物体视为白色，将红色的物体视为红色。

然而，相机却会精确地将这些光源变化而带来的光的颜色的变化记录在照片或者视频中。于是，在纠正之前，照片或者视频看上去是偏色的，但其实这才是物体在当前环境中的真实色彩。

为了区别各种色彩间的变化，在彩色摄影中引进了“色温”的概念。所谓“色温”，指的是一种物理现象，即将金属加热到一定温度后会发出有颜色的光，这种光源的温度被称为“色温”。例如，当一个黑体物质受热后便开始发光，先变成暗红色，随着温度的升高会逐渐变成黄色，然后变成白色，最后变成蓝色。

通常，人眼所见到的光线是由七种色光的光谱所组成的，其中有些偏蓝，有些则偏红。色温就是专门用来度量光线的光谱成分的物理量，色温用绝对温标 K(Kelvin）来表示。

当光源发射的光的颜色与绝对物体在某一温度下辐射光的颜色相同时，绝对物体的温度就被称为该光源的色温。色温越高，则光色越偏蓝；色温越低，则光色越偏红、橙、黄。

不同色温的颜色

以一天中不同时刻的太阳直射光为例：

• 日出后 30 分钟，光色发黄，色温值约为 2400K
• 正午时分，日光偏白，色温上升至 4400 ~ 5500K
• 日落前，太阳直射光光色发红，色温又降至 1900K 左右

更详细的色温和RGB之间的映射关系可以参考Blackbody color datafile。

不同色温的视觉感知

光源的色温不同，光色不同，带给人的视觉感受也不相同：

• 色温在 3300K 以下，有一种温暖、热烈、活泼的感受
• 色温在 3000～5000K 为中间色温，有明朗爽快的感觉
• 色温在 5000K 是最接近自然光的色温，又称为“自然白”。
• 色温在 5000K 以上会带给人一种寒冷、严肃、安宁的感受

同时，人类的文化传统也赋予颜色不同的象征意义：

• 红色象征着热烈、喜庆
• 绿色象征着和平、生命
• 蓝色象征着宁静、广阔
• 黄色象征着温暖、权势
• 白色象征着光明、纯洁
• 黑色象征着严肃、神秘
• ……

白平衡的概念

前面在介绍色温的时候，我们提到：

• 人的眼睛能够修正光源变化造成的色偏，因此不管光源如何变化，人眼仍会将白色的物体视为白色
• 相机的镜头却无法修正光源变化带来的色偏，因此光源的变化会导致相机记录的色彩的变化

白平衡 (White Balence) 是数码单反相机运用自身电路来校正不同光源下光线色彩偏移的一种功能。

正常条件下的光通常被称为“白光”，而在这种光线下的色彩是人们所认为的“正常”色彩。所谓“白平衡”，简单地说，就是让相机在任何光线条件下都能识别什么是白色。

人们常说照相机的镜头是物镜，原因在于不论在什么样的光线条件下，它都只能如实地记录它所看到的一切。白平衡的设置就是为了让相机在任何光线条件下都可以正确地还原色彩，使它像人眼那样能够自动适应环境的光线。通常相机的白平衡模式大体分为手动白平衡、自动白平衡两种模式，还设有闪光灯、阴影、日光、荧光、白炽灯等预设白平衡模式。

无论哪种白平衡模式，其本质都是对色温的控制。目前，很多的光源（影视灯、闪光灯）都是有固定色温的，并且在其产品规格中也会明确标定其发光的色温值。对于这种场景，拍摄的时候，直接调整相机的白平衡为对应的光源色温值即可。

如前所述，5000K 是最接近自然光的色温，如果我们拍摄的环境色温值为 4000K，此时环境中的物体是偏暖色的。想要还原物体本身的色彩，那么就需要把相机的白平衡设置为 4000K，这样就可以还原物体本身的色彩了。

注意色温和白平衡的区别

虽然可以使用色温来调整相机的白平衡，但是需要注意的是：相机白平衡色温和物理色温并不是同一个概念。

• 相机的色温值调低，相机就会认为此时的环境偏红，所以就要往画面中加入冷色调，此时画面会变的更冷。
• 相机的色温值调高，相机就会认为此时的环境偏蓝，所以就要往画面中加入暖色调，此时画面会变得更暖。

所以，如果想要拍摄暖色调的画面，或者采用色温较低的光源，或者可以通过调高相机的白平衡色温值。

关于色温在不同场景下的运用，可以参考如下的视频。

通过后处理修改色温

当然，现在很多软件可以对照片或者视频的色温进行后处理。但是可以后处理调整色温，并不意味着，前期的灯光以及相机的白平衡设置是不重要的。如果前期灯光乱七八糟，那么后续怎么调整都显得无能为力。

例如，对于婚纱摄影而言，在拍摄时，可以对人物的脸部加上暖色补光灯。这种情况下，如果后期对人物的脸部进行白平衡调整，那天空就会因为色温的后期调整而变成深蓝色。类似的，如果拍摄时给人物脸部补冷色光，那么当按照脸部调整白平衡之后，环境就会变成暖色。除非后期把用不同色温照射的部分单独创建图层单独调整色温，否则无论后期怎么调整，都不会得到令人满意的结果。

后处理调整色温主要是通过色温来调整RGB各通道的颜色值来实现。

kelvin_table = {
    1000: (255, 56, 0),
    1100: (255, 71, 0),
    ...
    12000: (195, 209, 255),
    ...
}

image   = Image.open(image_file)
r, g, b = kelvin_table[color_temperature]
color_matrix = (r / 255.0, 0.0, 0.0, 0.0, 
                0.0, g / 255.0, 0.0, 0.0, 
                0.0, 0.0, b / 255.0, 0.0)
new_image = image.convert('RGB', color_matrix)

其中，代码中的 kelvin_table 可以从 Blackbody color datafile 获取。

利用这种方式对图片的色温进行调整（1000K~12000K），可以得到如下的效果：

色温对视觉信息的影响

通过下图的色温调整可以看到，色温的调整会简介的影响图像的色调、饱和度、亮度、色彩度等信息，从而影响视觉效果。