Perché posso regolare il bilanciamento del bianco di un file RAW ma non di un file JPEG?

Di recente ho iniziato a impostare la mia DSLR per salvare i file RAW e ad utilizzare Adobe Lightroom per elaborarli. Tuttavia, uso ancora il mio piccolo punto e scatto molto la fotocamera che non ha un'opzione per salvare i file RAW. Ho anche notato che in light room le opzioni di bilanciamento del bianco sono diverse con i file RAW rispetto ai file JPEG. Con i file RAW hai la possibilità di scegliere tra una serie di impostazioni di bilanciamento del bianco (fluorescente, alogeno, auto ecc.), Mentre con JPEG non lo fai. Perchè è questo?

La risposta rapida e breve:

Tutte le immagini iniziano come file RAW a cui deve essere applicato il bilanciamento del colore.

Per le immagini jpeg questa trasformazione viene eseguita nella fotocamera utilizzando le impostazioni di bilanciamento del bianco della fotocamera. Come accennato in precedenza, Lightroom non dispone di informazioni sufficienti per annullare questa trasformazione.

I file RAW salvati non hanno trasformazioni applicate dalla fotocamera, consentendo a te, fotografo, di decidere in seguito quale trasformazione del bilanciamento del bianco desideri applicare.

Consideriamo l'immagine acquisita dal sensore (RAW) come calibrata e neutra.

L'equazione è la seguente per generare un JPEG bilanciato a colori è:

JPEG = RAW * T

dove T è il color balance transformation

Normalmente per applicare un diverso bilanciamento del colore a un JPEG, è necessario applicare l'inverso della trasformazione as-shot al JPEG (per ripristinare l'immagine neutra)

NEUTRAL = JPEG * 1/T

quindi applicare la nuova trasformazione del colore

NEW_JPEG = NEUTRAL * T2

Sfortunatamente, l'immagine JPEG (almeno quelle generate dalla mia Nikon D50) non include l'impostazione della temperatura dell'immagine durante lo scatto. Quindi significa che la T dell'equazione è sconosciuta a Lightroom quando hai solo l'immagine JPEG. Quindi non può applicare la trasformazione inversa per ripristinare un'immagine neutra.

Utilizza invece diverse trasformazioni generiche per trasformare il bilanciamento del colore.

Finora grandi risposte tecniche. Ecco una semplice analogia che potrebbe non essere esattamente corretta ma comunque:

Un file RAW è come un negativo del film. Puoi lavorarci in una camera oscura (Lightroom) e stamparlo (JPG). Un JPG è come una stampa. Una volta stampato, non c'è molto che puoi fare.

La risposta di Decastlejau fornisce alcune intuizioni tecniche per coloro come me che amano tutte le cose tecniche. Per i timidi di Hart quando si tratta di matematica, ecco una risposta meno complicata. Con RAW sono disponibili dati del sensore originali, che vengono generalmente memorizzati come letture SENSORE rosso, verde o blu originali per ciascun pixel di un sensore digitale, nonché altri metadati quali dettagli di esposizione, stato della fotocamera (ovvero bilanciamento del bianco), fotocamera impostazioni e possibilmente una varietà di dati aggiuntivi.

Un'immagine grezza è essenzialmente un dump diretto di dati da un sensore digitale, che di solito sono pixel sensibili alla luce (fotositi) rossi, verdi e blu disposti in un array di filtri colore bayer . Poiché RAW è un dato sensore originale, hai a disposizione la massima quantità di informazioni, che di solito include una profondità di bit (e una gamma dinamica) considerevolmente maggiore rispetto a un'immagine salvata in un altro formato. Questa è l'immagine "neutra" menzionata da decastlejau ... non sono state applicate regolazioni o curve di tono, sono dati veramente originali.

I pixel di un'immagine RAW non si associano direttamente ai pixel di uno schermo e, come tali, non possono essere visualizzati direttamente. Per visualizzare un'immagine RAW, questi dati pixel del sensore non elaborati devono essere passati attraverso un algoritmo di rendering che acquisisce i dati non elaborati del sensore e applica varie regolazioni e attenuazioni, come una curva di tono, regolazioni del bilanciamento del bianco, regolazioni dell'esposizione, ecc. per generare pixel dello schermo contenenti ciascuno elementi rossi, verdi e blu. Questo algoritmo deve essere applicato ogni volta che viene apportata una regolazione a un'immagine RAW per visualizzare l'immagine finale su uno schermo. Lavorando con RAW in questo modo, si mantengono i dati del sensore originale in uno stato incontaminato, consentendo di modificare radicalmente qualsiasi regolazione in questa "pipeline di elaborazione" in qualsiasi momento e vedere i risultati ideali nell'immagine visualizzata sullo schermo. La maggior parte dell'elaborazione algoritmica dei dati RAW comporta una perdita di informazioni nell'immagine finale in un modo o nell'altro. L'applicazione di una curva di tono, ad esempio, di solito provoca un contrasto migliorato, ma una perdita nella gamma dinamica.

Un'immagine JPEG, a differenza di un'immagine RAW, è già stata elaborata da un algoritmo che applica una curva di tono, impostazioni di bilanciamento del bianco, ecc. Per creare un'immagine finale. Poiché un JPEG è già stato elaborato, i dati del sensore originale vengono persi. Lo stesso si applicherebbe se la fotocamera salvasse un file TIFF anziché un JPEG ... elaborando i dati del sensore originale "li congela" in uno stato finale. Le immagini elaborate non sono completamente prive di spazio per la testa e le regolazioni possono ancora essere fatte. Maggiore è la profondità di bit e maggiore è la gamma in cui salvi, maggiore sarà il margine di manovra, tuttavia non avrai mai la stessa flessibilità che avresti se utilizzassi RAW.

Un esempio di spazio per la testa limitato è nell'area delle regolazioni del bilanciamento del bianco. Ogni pixel in un JPEG ora contiene informazioni sul colore rosso, verde e blu. Ciò limita la quantità di correzione del bilanciamento del bianco che è possibile ottenere senza incontrare dispari di colore o divisione del colore, soprattutto con regolazioni maggiori. È possibile eseguire tali regolazioni ulteriormente con RAW poiché è possibile ricomporre ciascun pixel nell'immagine finale dai dati del sensore rosso, verde e blu originali, consentendo di eliminare le dominante di colore.

In realtà è possibile regolare il bilanciamento del bianco da un'immagine jpg. Solo i risultati saranno molto inferiori a quelli che puoi ottenere da un file RAW. Come discusso molto meglio su altre risposte, i file jpg contengono molti meno dati rispetto a quelli RAW, quindi non esiste un margine per modificare il bilanciamento del colore. Lo stesso vale per le impostazioni di esposizione e contrasto.

Detto questo, è comunque possibile modificare leggermente il bilanciamento del bianco delle immagini jpg utilizzando altri programmi, ma in Lightroom hanno deciso che i risultati scadenti che è possibile gestire dai file jpg non saranno abbastanza buoni per l'utente tipico di Lightroom.

Nota anche che questo non ha nulla a che fare con le tecniche di compressione jpg, solo che il formato di file jpg memorizza meno informazioni.

Forse questa analogia aiuterà a chiarire il motivo per cui il bilanciamento del bianco RAW è superiore al bilanciamento del bianco JPEG.

Immagina di avere un'immagine in bianco e nero. È abbastanza chiaro che non esiste un modo automatico per ridare colore a quella foto. Poiché ci sono molte diverse sfumature di colore che si associano a una determinata tonalità di grigio, non c'è modo di dire quali fossero i colori originali. Puoi indovinare (come è stato fatto con la colorazione dei vecchi film), ma non puoi mai esserne sicuro.

Ora immagina un'immagine il cui bilanciamento del bianco era così incasinato che tutto è una sfumatura di blu. Questa situazione è simile a quella dell'immagine in bianco e nero. Hai perso informazioni sui rossi e sui verdi che erano originariamente nella foto. Un programma per computer che rimuove la tinta blu in modo che non ci sia tinta generale non ti restituirà l'immagine originale, ma piuttosto uno scatto in bianco e nero.

Naturalmente, la maggior parte dei bilanci bianchi non è così incasinata come negli esempi precedenti e il bilanciamento del bianco JPEG funziona bene. Ma otterrai sempre una conversione più accurata quando avrai le informazioni originali dallo scatto, come in RAW.

La risposta di decasteljau è eccellente sul funzionamento tecnico. Vorrei aggiungere un po 'di lanugine, però:

Un file RAW ha dati lineari dal sensore: più fotoni colpiscono ogni fotosite equivale a una lettura direttamente più alta. E questo è diviso uniformemente in rosso, verde e blu. (Beh, tecnicamente, il doppio dei recettori verdi nella maggior parte dei sensori. Ma questo è un dettaglio di implementazione.)

Tuttavia, non è così che il sistema di visione umano - l'occhio e il cervello - percepisce le cose.

Innanzitutto, percepiamo la luminosità in modo non lineare, motivo per cui siamo in grado di gestire il sole splendente e le ombre scure nella stessa scena senza che sembri strano. Questo è il motivo per cui le curve vengono applicate a un'immagine RAW per creare un'immagine di output finale accattivante. Potresti saltare questo e generare un JPEG lineare, ma sembrerebbe piatto (nessun gioco di parole previsto) e strano.

In secondo luogo, percepiamo il colore in base a un senso intrinseco di ciò che le cose dovrebbero essere colorate, motivo per cui ci sembrano normali sia con le luci fredde che calde e persino, dopo un po 'di regolazione, sotto una luce molto strana. Se la luce è "veramente" fortemente blu, tendiamo a non vederla - ma se scatti una foto, verranno registrate più foto blu. Un file di immagine non sa come devono apparire le cose e deve applicare una correzione del bilanciamento del bianco per far sì che l'immagine corrisponda alle nostre aspettative mentali.

Durante la conversione da un file RAW, il convertitore funziona da un punto di partenza noto. Ha un profilo dettagliato per il tuo modello di fotocamera (o anche quello che hai generato da te), o almeno una matrice di colori di base che corrisponde all'output generale di quella fotocamera. Quindi, può passare da quello stato ad applicare vari aggiustamenti - questa è la "RAW * T" nella risposta di decasteljau, e se cambi idea, dato che di solito il file RAW originale non viene modificato, può ricominciare da quella base e applicare una trasformazione diversa.

Una volta che hai un file JPEG, quella linea di base viene persa e non è noto da cui iniziare le regolazioni.

Le curve di tono e la saturazione lo rendono difficile perché:

(1) si verificano dopo il bilanciamento del bianco

(2) sono non lineari, il che significa che l'ordine delle operazioni è importante

(3) dipendono dal modello di fotocamera e dalle impostazioni di Picture Control

1 e 2 indicano che è necessario eseguire il backup di questa elaborazione prima di poter regolare il bilanciamento del bianco. 3 significa che è impossibile tornare indietro con precisione.

Esiste una trasformazione che può correggere il bilanciamento del bianco senza arretrare questi altri passaggi, ma tale trasformazione non è lineare e diversa per ogni fotocamera. Un utente paziente può trovarlo manualmente utilizzando un controllo Curve. Per farlo automaticamente richiederebbe il reverse engineering specifico della fotocamera.