数字成像中的色彩平衡

2022-11-04 14:53:36 浏览:159

前言

显微镜照明光源与胶片乳剂或电子图像传感器校准之间缺乏适当的色温平衡是显微摄影和数字成像中意外色偏的最常见原因。如果光源的色温太低,图像将出现整体黄色或偏红色,如果色温过高,图像将出现蓝色色偏。本交互式教程探讨了如何利用数码相机系统上的白平衡和黑平衡设置来调整数码图像中的色彩平衡。

 

 

教程说明

本教程使用随机选择的标本图像进行初始化,该图像在显微镜中捕获,显示在左侧名为“标本图像”的窗口中。每个标本名称在括号中包括一个缩写,表示用于获取图像的对比机制。使用以下命名法:(FL),荧光;(BF),明场;(DF),暗场;(PC)、相衬;(DIC),微分干涉对比;(HMC)霍夫曼调制对比,和(POL)偏振光。参观者将注意到,使用光学显微镜中可用的各种技术捕获的标本在本教程中的图像处理过程中表现不同。

与“标本图像”窗口相邻的是“平衡图像”窗口,该窗口在对标本图像应用白平衡或黑平衡校正算法后显示图像。要操作本教程,请从教程窗口底部的“平衡模式”列表中选择“白平衡”或“黑平衡”单选按钮。接下来,从“区域选择方法”列表中选择“点选择”或“矩形选择”。如果选择了“点选择”,请将鼠标光标放在图像中应显示为白色或黑色的区域上,然后单击按钮以将适当的算法应用于标本图像。“平衡图像”窗口将自动显示应用白色或黑色校正的已处理图像。选择“矩形选择”单选按钮将启用图像中将应用校正算法的特定区域的选框选择。

当使用数字捕获设备在光学显微镜中对彩色标本进行成像时,获得正确的色彩平衡以提供标本的真实表示通常是主要目标。故意偏离此策略通常只是为了纠正试样制备中产生不良色偏的问题。大多数科学级数码相机,包括专为显微镜设计的数码相机,都依赖于参考所选颜色值来调整白平衡。在透射照明中,从标本场中选择适当的区域(通常为白色或中性灰色),或者仅在照明场上进行调整,将标本从光路中移除。为了在利用反射照明的显微镜中进行白平衡调整,可以在显微镜载物台上放置白色或中性灰色卡片(或纸片)代替标本。随后通过测量从白卡表面反射的光来获取白平衡设置。

 

数字成像中的色彩平衡

图1 - 白平衡调整的点和选框选择区域

大多数为显微镜设计的数码相机都是通过驻留在主机上的软件来控制的,例如尼康的NIS-Elements显微镜软件。在用户界面中激活白平衡调整窗口后,可以选择视场中的区域,以便相机系统进行白平衡评估。应仔细评估显示器上的实时图像是否有适当的白色或中性灰色区域,以作为图像传感器的参考点。如果显示器上显示的图像具有与显微镜目镜中观察到的色彩平衡不同的色偏,则必须调整相机系统的白平衡,以便呈现准确的标本图像。理想情况下,当选择适当的标本区域进行白平衡调整时,相机的色彩平衡电路将消除显示的色偏。

图1显示了可用于设置数码相机白平衡算法的几个典型样本区域示例。标本是用微分干涉对比成像的成纤维细胞的活培养物(图1(a)),在明场照明下马铃薯组织中四重染色的淀粉颗粒薄片(图1(b))和相衬中的人红细胞(图1(c))。每个图像上适合使用区域选择技术进行白平衡调整的区域以红色勾勒,而黄色箭头表示图像上的特定点,这些点在选择单个像素时可能会产生令人满意的白平衡校准。

选择作为白平衡参考的区域应尽可能大,并且没有渗入封片介质的试样污渍的着色效应。许多系统中的白平衡调整软件可以选择图像中的单个点(像素),也可以选择可能通过鼠标光标选框选择来指定的更大区域。通常通过选择尽可能大的区域来获得更好的结果。如果选择单个点进行调整,则结果可能会发生更大的变化,因为红色、绿色和蓝色像素强度的局部波动组合会影响白色的整体视觉效果。通过选择更大的区域,可以获得传感器阵列中更多像素的平均值,从而提高实现可接受的色彩平衡的可能性。选择参考区域后,开始白平衡调整,相机系统利用算法或查找表(LUT)设置适当的电子值(例如每种分量颜色的传感器增益),以产生中性色或白色值。

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