Тоновая коррекция в Photoshop
Софья Скрылина, преподаватель информационных технологий, г.Санкт-Петербург
Под тоновой коррекцией изображения понимается осветление, затемнение или повышение контрастности всего изображения или его частей. В данной статье будут рассмотрены методы диагностики тональности изображения и инструменты для тоновой коррекции фотографии.
Диагностика тональности изображенияПрежде чем приступать к коррекции изображения, необходимо проанализировать изображение, определить тоновый диапазон, что поможет правильно выбрать инструменты для исправления недостатков исходного изображения. Для этих целей используется гистограмма изображения.
Гистограмма иллюстрирует распределение пикселов на изображении. Это график, на котором указано число пикселов на каждом уровне интенсивности цвета. По оси Х располагаются тоновые градации в диапазоне от 0 (черный цвет или тень) до 255 (белый цвет или свет), а по оси Y — количество пикселов каждого уровня. Гистограмма позволяет определять, содержит ли изображение достаточно деталей в тенях (левая часть графика), в средних тонах (середина) и в наиболее светлых участках изображения (правая часть). На рис. 1 приведен пример чтения гистограммы.
Рис. 1. Примеры чтения гистограммы: а — очень светлая фотография, график смещен вправо, в область светов; б — фотография с полным тоновым диапазоном, график построен на всех уровнях интенсивности света; в — темная фотография, график смещен влево, в область теней
Чтобы открыть палитру Гистограмма (Histogram), выполните команду Окно (Window) -> Гистограмма (Histogram). Данная палитра не является инструментом коррекции, она предназначена лишь для диагностики изображения. Для определения тонового диапазона используется гистограмма совмещенного RGB-канала, а для отображения статистики — расширенный просмотр (рис. 2).
Рис. 2. Палитра Гистограмма со статистикой
Раскрывающийся список Источник (Source) становится доступным для многослойных документов: можно оценить тональность текущего слоя или суммарного изображения с учетом всех слоев. Параметры Уровень , Счетчик и Процентиль отображают статистику для области под указателем мыши (рис. 3).
Рис. 3. Палитра Гистограмма для выбранного слоя со статистикой текущего положения указателя мыши на графике
В палитре Гистограмма (Histogram) под графиком приводится следующая статистическая информация:
На рис. 3 гистограмма занимает весь тоновый диапазон. Высота графика и значение параметра Среднее (113,86) показывают, что изображение имеет достаточно много светов — значит, фотография экспонирована правильно. Величина отклонения незначительная (58,68), поэтому изображение не имеет резких световых переходов. Из всего этого следует, что данное изображение не требует тоновой коррекции.
Следует понимать, что не существует идеальной гистограммы! Каждое изображение отличается от остальных и имеет собственный неповторимый график распределения пикселов. Более того, не всегда требуется проводить коррекцию при гистограмме, показывающей явный сдвиг в область светов или теней. Например, логично, что снимок, сделанный в ночное время суток или в открытом космосе, имеет низкий уровень яркости. И гистограмма в этом случае будет соответствовать недоэкспонированному снимку (рис. 4).
Обратите внимание, что пик гистограммы смещен в левую часть графика — это указывает на содержание большого числа теней и совсем незначительного числа светов в изображении. Об этом же говорят значения параметров Среднее (26,89) и Медиана (11). Но этот снимок не является недоэкспонированным, он сделан в естественных условиях. И было бы неверно исправлять такой снимок только лишь для «правильного» вида гистограммы.
Вот еще пример исключения из правил (рис. 5). Зимний пейзаж — полная противоположность предыдущему примеру. Пик гистограммы смещен вправо (в область светов), и график имеет мало темных областей. Значения параметров Среднее (169,30) и Медиана (169) близки к максимальной яркости. Но, несмотря на показания гистограммы, данный снимок не требует коррекции, его яркость естественна.
УровниДиалоговое окно Уровни (Levels) вызывается командой Изображение (Image) -> Коррекция (Adjustments) -> Уровни (Levels) или клавиатурным эквивалентом Ctrl+L (в Mac OS — Command+L). В окне отображается гистограмма изображения. Но, в отличие от палитры Гистограмма , в этом окне мы можем проводить коррекцию, манипулируя тремя ползунками: — тени, — средние тона, — света (рис. 6).
На рис. 7 представлена гистограмма тусклого изображения. Обратите внимание, что график распределен не на всем тоновом интервале, а только на его части. Слева и справа от графика нет ни одного пиксела уровня яркости.
Поэтому в ходе коррекции необходимо расширить тоновый диапазон. Для этого следует присвоить самым темным пикселам нулевую яркость, то есть черный ползунок сместить вправо до основания графика, а самым светлым пикселам — максимальную яркость, то есть сместить белый ползунок влево до основания графика (рис. 8).
Рис. 8. Коррекция тусклого изображения в окне Уровни осуществляется смещением черного и белого ползунков к основанию графика
Одновременно со сменой местоположения ползунков меняется гистограмма в палитре (рис. 9), которая показывает нам, что в результате коррекции изображение теперь имеет пикселы на всем тоновом диапазоне (полосатый график).
Рис. 9. Изменение в окне Уровни влечет изменения в палитре Гистограмма
Обратите внимание на треугольник с восклицательным знаком в окне палитры Гистограмма , который появляется в ходе коррекции. Он предупреждает, что произошло удаление уровней яркостей в результате их перераспределения по всей шкале. Поэтому образовались провалы уровней, которые хорошо видны, если нажать на этот значок (рис. 10).
Рис. 10. Результат повышения контрастности в окне Уровни и измененный вид гистограммы после коррекции
Осветление и затемнение изображенияЧтобы осветлить слишком темное или затемнить слишком светлое изображение, необходимо изменить положение серого ползунка, то есть гамму изображения. По умолчанию гамма равна 1. Для темной фотографии ползунок смещается влево (значение гаммы больше 1), для светлой — вправо (значение гаммы меньше 1).
Встречаются примеры очень светлых или темных изображений, у которых не только пик гистограммы смещен в сторону светов или теней, но и весь график уровней яркости распределяется не на всем тоновом интервале. Для коррекции такого изображения достаточно присвоить нулевую яркость самым темным пикселам (для светлых изображений) или назначить максимальную яркость самым светлым пикселам (для темных изображений). Иными словами, сместить к основанию графика черный ползунок (для светлых изображений) или белый (для темных изображений). Смещение серого ползунка в этом случае происходит автоматически, но при необходимости для усиления эффекта серый ползунок также можно сместить в сторону светов или теней.
На рис. 11 приведены исходное светлое изображение замка Эльц и его гистограмма. Гистограмма распределена не на всем тоновом диапазоне, и ее пик смещен вправо.
Для коррекции данного изображения черный ползунок сдвинут к основанию графика, а значение гаммы немного уменьшено (рис. 12).
Диалоговое окно Кривые (Curves) открывается с помощью команды Изображение (Image) -> Коррекция (Adjustments) -> Кривые (Curves) или клавиатурным эквивалентом Ctrl+M (в Mac OS — Command+M). Это окно позволяет выполнять коррекцию при помощи 14 различных точек в тоновом диапазоне изображения (от теней до светлых участков). Тоновый диапазон представляется в виде прямой диагональной линии (рис. 13).
Чтобы одновременно с прямой линией отобразить и гистограмму изображения, установите флажок Гистограмма (Histogram). Щелчок мыши с клавишей Alt (в Mac OS — Option) в любом месте системы координат изменяет шаг сетки, что также можно выполнить с помощью двух кнопок в нижней части окна (см. рис. 13).
Для коррекции изображения в режиме изменения кривой с помощью точек (кнопка ) необходимо добавить точки на график, а затем провести изгиб кривой.
Для добавления точки на график следует просто щелкнуть мышью в требуемом месте на прямой линии. Если необходимо удалить контрольную точку, то сначала ее нужно выделить щелчком мыши, а затем нажать клавишу Backspace (в Mac OS — клавишу Delete). Также можно щелкнуть по ней с нажатой клавишей Ctrl (в Mac OS — с клавишей Command). Невозможно удалить конечные точки кривой!
Внимание! Если результат коррекции вас не устраивает, нажмите клавишу Alt (в Mac OS — клавишу Option) — кнопка Отмена (Cancel) изменится на кнопку Сбросить (Reset). Нажмите ее — это позволит, не закрывая окна, отменить неудавшуюся коррекцию. Затем повторите попытку. Более того, помимо окон тоновой коррекции действие данной клавиши распространяется на большинство диалоговых окон!
Осветление или затемнение изображенияДля осветления или затемнения изображения с помощью диалогового она Кривые (Curves) необходимо установить точку в середине прямой линии и протянуть ее вверх (для осветления) или вниз (для затемнения), чтобы сделать график соответственно выпуклым или вогнутым. На рис. 14 приведено исходное темное изображение ящерицы и его гистограмма в окне Кривые .
Для осветления изображения прямая линия преобразована в выпуклую кривую (рис. 15).
Рис. 15. Итоговая осветленная фотография и пример коррекции в окне Кривые
Повышение контрастности изображенияЧтобы повысить контрастность изображения, необходимо коррекционную прямую сделать похожей на букву S. Для этого следует добавить на прямую минимум три точки (рис. 16).
В ходе коррекции нужно верхнюю точку сместить вверх, а нижнюю — вниз (рис. 17).
До сих пор мы рассматривали примеры изображений, коррекцию которых можно было выполнить как в окне Уровни (Levels), так и в окне Кривые (Curves), потому что коррекция проводилась на общем тоновом диапазоне. По причине того, что диалоговое окно Кривые позволяет разные участки кривой корректировать независимо друг от друга, этот инструмент предоставляет больше возможностей, чем коррекция уровней.
На рис. 18 приведено изображение Невского проспекта. Гистограмма смещена немного влево, указывая на то, что в изображении преобладают темные пикселы.
Если попробовать исправить недостаток в окне Уровни (Levels), сместив белый ползунок к основанию графика, то мы не получим ожидаемого результата. Изображение становится светлее, но изменения заметны на светлых участках (рис. 19). А если попробовать увеличить гамму изображения, то вместе с домами блекнет небо и украшения ко Дню Победы.
Рис. 19. Коррекция в окне Уровни на общем тоновом диапазоне не дает нужного результата
В данном случае нам необходимо осветлить только темные изображения домов, оставив без изменения светлые участки неба. Для этого в окне Кривые (Curves) следует определить тоновый интервал, который требуется защитить от воздействия, и интервал, подлежащий коррекции. Если, не закрывая диалогового окна, провести указателем мыши по изображению, то на прямой линии возникает точка, соответствующая значению яркости выбранных пикселов.
В нашем случае интервал для коррекции — нижняя часть прямой линии — диагональ двух нижних квадратов. Именно на этом участке находятся яркости пикселов темных фрагментов домов. Оставшиеся участки (точки на прямой линии, расположенные в двух верхних квадратах) необходимо защитить от воздействия. Для этого следует добавить несколько точек в этом интервале (рис. 20).
Рис. 20. Нижний интервал подлежит коррекции, а верхний защищен от воздействия
Для осветления фрагментов изображения нужно сделать часть коррекционной кривой выпуклой (рис. 21).
В Photoshop CS5 появилась новая функция — Тонирование HDR (HDR Toning), которая позволяет стилизовать одиночный снимок под HDR-изображение. Но ее также можно использовать для коррекции тонового интервала, влияя на тени и света изображения. Более того, данная функция позволяет детализировать части изображения, что очень удобно на завершающем этапе коррекции. Так, в нашем случае фотография Невского проспекта в ходе тоновой коррекции, помимо осветления нужных участков, стала плоской. Повышение детализации (+105%) и насыщенности изображения (+30%) в окне Тонирование HDR сделали снимок гораздо более привлекательным (рис. 22).
Открывается данное окно командой Изображение -> (Image) -> Коррекция (Adjustments) -> Тонирование HDR (HDR Toning).
Корректировка экспозицииДиалоговое окно Экспозиция (Exposure) предназначено для корректировки тона HDR-изображений, но также поддерживает 8-битные изображения. Для его вызова используется команда Изображение (Image) -> Коррекция (Adjustments) -> Экспозиция (Exposure).
Корректировка тона может проводиться изменением трех параметров:
На рис. 23 приведена темная фотография белки, что подтверждает гистограмма изображения.
В данном случае для коррекции изображения необходимо влиять на отдельные участки фотографии по-разному: снег надо осветлить гораздо меньше, чем белку, а для ее мордочки необходимо повысить контрастность. С этими задачами можно успешно справиться в диалоговом окне Экспозиция (Exposure) — рис. 24.
Помимо рассмотренных функций в Photoshop есть инструменты, которые позволяют мгновенно провести коррекцию тональности изображения. Они не требуют тщательной настройки, а некоторые из них позволяют скорректировать изображение буквально одним щелчком мыши!
Коррекция тональности с помощью диалогового окна Яркость/КонтрастностьДанное простое в управлении диалоговое окно
имеет всего два ползунка — Яркость
(Brightness) и Контрастность
(Contrast). Коррекция сводится к изменению их положения (рис. 25).
Рис. 25. Диалоговое окно Яркость/Контрастность
Автокоррекция уровней изображенияАвтоматическая коррекция тона и цвета осуществляется в диалоговом окне Уровни (Levels) или Кривые (Curves) щелчком по кнопке Авто (Auto), а ее настройка — в диалоговом окне, открываемом щелчком по кнопке Параметры (Options), — см. рис. 6 и 13.
Для автоматической коррекции изображения по тонам используются также команды Автотон (Auto Tone) и Автоконтраст (Auto Contrast) из меню Изображение (Image).
С половиной из приведенных примеров команды Автотон и Автоконтраст справились успешно, кроме фотографий замка Эльц, Невского проспекта и белки. Перед тем как выполнить коррекцию вручную, пробуйте провести автоматическую коррекцию уровней, потому что в случае удачного результата автоматические команды существенно сэкономят вам время.
Коррекция тона при помощи пипетокДиалоговые окна Уровни (Levels), Кривые (Curves) и Экспозиция (Exposure) содержат три пипетки: черную , серую и белую — см. рис. 6, 13 и 24.
Для цветных изображений все три пипетки в окнах Уровни и Кривые используются для удаления цветового сдвига, то есть для цветовой коррекции. А для тоновой коррекции можно применять черную и белую пипетки, но только для полутоновых изображений. Цветные изображения корректируются по тонам с помощью всех трех пипеток в окне Экспозиция .
Принцип работы с пипетками следующий: необходимо выбрать нужную пипетку, а затем просто щелкнуть ею по той области изображения, которая должна быть черной, серой или белой. Обратите внимание, что быстрая коррекция с помощью пипеток не всегда выполнима. Изображение должно содержать предполагаемые черные, нейтральные или белые области. Например, фотография заката, скорее всего, не будет содержать нейтральных и белых цветов.
Использование корректирующих слоевВсе рассмотренные в статье инструменты вносят необратимые изменения в слой изображения. Чтобы избежать потери исходной фотографии, лучше проводить эксперименты с дубликатами изображения или слоя. Также можно сохранять результаты коррекции в виде снимков состояния в палитре История (History). Но помните, что после закрытия документа с несколькими снимками состояния будет сохранен только текущий снимок. Поэтому снимки следует использовать только для выбора наиболее удачного результата коррекции.
Другой способ выполнить коррекцию изображения и не потерять исходную фотографию — создать корректирующий слой. Корректирующие слои позволяют возвращаться и вносить последующие изменения тона, не удаляя данные из слоя изображения и не внося необратимых изменений.
Для создания корректирующего слоя применяется кнопка с пиктограммой кружка в палитре Слои (Layers). Щелчок по ней вызывает всплывающее меню, в котором следует выбрать имя инструмента для тоновой коррекции: Яркость/Контрастность , Уровни , Кривые или Экспозиция . После настроек в палитре Слои (Layers) появляется корректирующий слой, который, как и обычный слой, в любой момент можно отключить или удалить. Поэтому в данном случае необратимых изменений в изображении не будет. Более того, вы можете создать несколько корректирующих слоев для выбора наиболее удачного результата коррекции. Так, на рис. 26 палитра Слои (Layers) содержит три корректирующих слоя с разными интрументами тоновой коррекции. Корректировка производится с помощью кривых.
Гистограмма изображения, диалоговые окна Уровни и Кривые , помимо тоновой коррекции, используются для диагностики и удаления цветового сдвига, то есть для цветовой коррекции, которая будет рассмотрена в одном из ближайших номеров нашего журнала.
Когда речь заходит об измерении тех или иных параметров изображения, сразу возникает неприятная тонкость. Человек и компьютер воспринимают изображения по-разному. Человек вычленяет объекты из шума, может рассмотреть что-то при слабом освещении, а компьютер понимает картинку как набор координат с соответствующими яркостями. И когда человека и компьютер спросят о каких-нибудь отличительных чертах изображения, они сразу разойдутся в показаниях. Нужно каким-то образом сделать так, чтобы выводы, которые они делали, были схожи.
Рассмотрим методы, которые используются для анализа контраста в черно-белых изображениях, и постараемся выбрать что-то более-менее объективное.
Контраст определяется отношением разности яркостей объекта наблюдения 1 и фона 2 к одной из этих яркостей. Диапазон выводимых значений - от 0 до 1.
По факту - не показывает ничего. Идем дальше.
С вычислением контраста имеется одна тонкость. Есть два объекта рядом, у одного яркость 10, у другого 20, по первому и третьему методу получим 0.5, во второму - 0.3. Яркости 100 и 200, по первому и третьему методу получаем те же 0.5, по второму - опять 0.3, однако при яркостях 10 и 20 разницу можно и не увидеть.
Контраст, на мой взгляд, объективнее считать по методу Воробеля, если качество плохое и много шумов, брать в расчет области объектов, и с них усреднять значения яркостей объектов.Теперь посмотрим на это в действии:
Подряд идут три изображения - обычное, с эквализованной гистограммой, и идеальное. Анализировались выделенные области, в формате.bmp, диапазон яркостей 0 - 255.
Контраст обычного изображения К = 0,67.
- контраст эквализованного изображения К = 0,88.
- контраст идеального изображения К = 1.
Вот такая история, спасибо за внимание!
Excel для Office 365 Word для Office 365 Outlook для Office 365 PowerPoint для Office 365 Excel 2019 Word 2019 Outlook 2019 PowerPoint 2019 Project профессиональный 2019 Excel 2016 Word 2016 Outlook 2016 PowerPoint 2016 Project профессиональный 2016 Excel 2013 Word 2013 Outlook 2013 PowerPoint 2013 Excel 2010 Word 2010 Outlook 2010 PowerPoint 2010 Excel 2007 Word 2007 Outlook 2007 PowerPoint 2007 Project Online Desktop Client Project профессиональный 2013 Project стандартный 2013 Project стандартный 2016 Project стандартный 2019 Меньше
Изменение яркости экранаВы хотите настроить яркость экрана ?
Windows 10 : нажмите кнопку Пуск , выберите пункт Параметры , а затем - _гт_ системы . в разделе яркость и цвет установите ползунок изменить яркость , чтобы настроить яркость. Дополнительные сведения см. в статье изменение яркости экрана
Windows 8 : нажмите клавиши Windows + C. Выберите пункт Параметры , а затем - изменить параметры ПК . Выберите компьютер и устройства, _гт_ дисплей . Включите автоматическУю настройку яркости экрана . Дополнительные сведения см. в статье Настройка яркости и контрастности
Подробнее о корректировке рисунков в приложениях Office.
В этом видеоролике демонстрируется несколько способов настройки рисунка.
(По время воспроизведения видео можно щелкнуть стрелку изменения размера в правом нижнем углу кадра, чтобы увеличить размер изображения.)
Длительность: 1:35
Настройка яркости, четкости или контрастности
Примечание: , даже если вы внесли исправления. Эта функция недоступна в Word или Excel.
Изменение цветовой схемы Office для повышения контрастностиЯвляется ли цветовая схема Office слишком яркой? Вам нужна более контрастность приложений Office ? Дополнительные сведения см. в разделе Изменение темы Office (office 2016 и 2013) .
Вы можете изменить яркость, контрастность или резкость изображения с помощью средств исправления.
По часовой стрелке с левого верхнего угла: исходный рисунок, рисунок с увеличенной плавностью, увеличенной контрастностью и увеличенной яркостью.
Совет: Если вы используете PowerPoint, вы по-прежнему можете сохранить исходную версию рисунка , даже если вы изменили яркость рисунка. Эта функция недоступна в Word или Excel.
Алгоритмы улучшения качества изображений, хранящихся в растровых графических форматах, получают всё большее распространение. На сегодняшний день их существует огромное количество и беспрерывно появляются новые. Это связано с появлением новых способов и технических средств получения, передачи и воспроизводства растровых изображений. Алгоритмы обработки изображений, в основном, ориентированы на ликвидацию недоработок в технических средствах и технологиях, работающих с изображениями. Эти недоработки можно идентифицировать не только визуально, но и пользуясь описанием технических характеристик техники и технологий.
Перед тем, как улучшать изображение, необходимо дать оценку его качеству. Человек, бросив один взгляд на изображение, может сказать яркое оно или тёмное, контрастное или нет, чёткое или размытое и т.д. Алгоритмы же работают детально, анализируя изображение попиксельно или небольшими группами пикселей. Поэтому, на основании работы алгоритма, тяжело дать общую оценку качеству изображения.
К показателям, по которым можно оценить изображение как единое целое, относятся следующие:
Прежде чем приступить к выработке критериев и методов оценки качества, необходимо выбрать цветовую модель. Наиболее удобной представляется модель RGB по нескольким причинам:
Требования к критериям оценки качества изображений следующие:
Достаточно наглядно оценка качества изображения может быть представлена с помощью RGB-гистограмм.
Рис. 1. Гистограмма тёмного неконтрастного изображения
Рис. 2. Гистограмма светлого изображения
Рис. 3. Гистограмма сбалансированного полутонового изображения
Рис. 4. Гистограмма высококонтрастного изображения
Рис. 5. Гистограмма постеризованного изображения
Недостатком этого способа является отсутствие численного выражения для показателей качества.
Цветовую модель RGB удобно представить в виде куба в прямоугольной системе координат, где в начале координат расположена точка чёрного цвета (яркость R = G = B = 0), а вдоль осей возрастают значения яркости R, G и B. На главной диагонали куба, выходящей из начала координат, расположены ахроматические цвета.
Рис. 6. Цветовая модель RGB
В вершинах куба расположены основные цвета (красный, зелёный, синий), дополнительные к ним (жёлтый, циан и пурпурный), а также чёрный и белый. На гранях куба находятся так называемые «чистые» тона.
Рис. 7. RGB - куб и его невидимые грани
Отсутствие у цвета третей составляющей - признак «чистого» тона. Появление и увеличение доли третьей составляющей в цвете приводит к снижению насыщенности тона, т.е. к приближению данного цвета к ахроматическим цветам.
Оценка яркости изображенияЯркость изображения можно выразить как среднюю яркость всех пикселей (математическое ожидание в терминах теории вероятностей).
Яркость пикселя вычисляется по формуле:
Яркость всего изображения Y, содержащего N пикселей будет равна:
Данное выражение характеризует физическую яркость изображения. Поскольку чувствительность человеческого газа к разным частям спектра неодинакова (максимальная в жёлто-зелёной, меньше в красной, ещё меньше в синей), яркость цветного пикселя будет восприниматься субъективно в зависимости от его тональных характеристик.
Рис. 8. Чувствительность человеческого глаза к различным частям спектра
Оценка как физической (), так и видимой () яркости изображения представлена в абсолютных величинах. Перейти к относительным величинам можно разделив значение яркости на максимально возможное значение яркости:
Тогда будет лежать в диапазоне . Значение 0 будет соответствовать абсолютно чёрному изображению, а значение 1 – абсолютно белому. Изображение оптимальной яркости должно иметь значение близкое к 0.5.
Оценка контрастности изображенияКонтрастность изображения бывает яркостная и тоновая.
Яркостная контрастность представляет собой разницу между физической или видимой яркостью отдельных участков изображения. Вообще говоря, вычисление физической или видимой яркости можно рассматривать как конвертацию цветного изображения в ахроматические цвета. Поэтому яркостная контрастность - это сравнение двух участков изображения, приведенных к ахроматическим цветам.
Если проанализировать RGB-гистограммы, то можно сделать вывод, что у контрастного изображения количество тёмных и светлых пикселей должно быть приблизительно одинаковым, разница в их яркости - значительна, а основное место сосредоточения пикселей - возле границ диапазона.
Хорошим критерием оценки яркостной контрастности будет дисперсия яркости пикселей изображения:
Более универсальный безразмерный критерий оценки яркостной контрастности - отношение средне-квадратического отклонения к максимально возможному значению яркости:
C изменяется в диапазоне . Значение 0 соответствует однотонному изображению, значение 1 - максимально контрастному. Оптимальное значение контрастности зависит от типа объекта, представленного на изображении.
Более сложный случай представляет тоновая контрастность. Конвертированные в оттенки серого цвета могут иметь одинаковую яркость, но визуально чётко различаться.
Можно вычислить «средний тон» пикселя для всего изображения. Его удобно выразить через средние значения RGB:
Расстояние в RGB кубе между пикселями изображения и «средним тоном» определяется по формуле:
В качестве оценки тоновой контрастности изображения можно взять среднее расстояние в RGB кубе между пикселями и «средним тоном»:
В RGB-кубе максимальное расстояние между двумя точками равно длине главой диагонали:
Хорошую тоновую контрастность будут иметь пиксели, расположенные на расстоянии , или (длины ребра RGB-куба):
=~R_max"/> Оценка преобладающего тона Оценка тоновой насыщенностиТоновая насыщенность - это отличие цвета от ахроматического при их одинаковой яркости. В RGB-кубе тоновую насыщенность пикселя можно выразить как расстояние до диагонали ахроматических цветов:
Для всего изображения оценка тоновой насыщенности может быть выражена как среднее значение тоновой насыщенности для всех пикселей:
Оценка резкости изображения
Понятие резкость, как характеристику аппаратных средств и технологий, можно разделить на три составляющие:
Идеальное оборудование должно обеспечить вывод информации о смене цвета в элементе изображения таким образом, чтобы никакого промежутка между цветами не было.
С физической точки зрения нерезкий переход можно рассматривать как диффузное смешение двух контрастных цветов.
С точки зрения человеческого восприятия резкость — это наличие контура контрастного перехода (яркостного или тонового) между двумя соседними частями изображения.
Для оценки резкости изображения в ахроматических цветах удобно использовать яркость пикселей. Такое изображение может быть представлено прямоугольной матрицей (размерностью соответствующей размерам изображения в пикселях), элементами которой являются значения яркости пикселя.
Рис. 9. Контрастный (сверху) и неконтрастный (снизу) переходы между цветами
Поскольку в настоящее время в большинстве случаев используется квадратный пиксель, можно составить другую матрицу (матрицу яркостных контрастов), элементами которой будут разности яркости последующего и предыдущего пикселей по горизонтали или по вертикали (
или 
). Можно учитывать и диагональные разности.
Значения элементов матрицы характеризуются следующим образом:
Далее осуществляется сканирование строк для разностей по горизонтали (столбцов для разностей по вертикали) матрицы яркостных контрастов. Строка (столбец) разбивается на участки, в которые входят элементы, имеющие одинаковый знак (переходые участки) или участки со значениями элементов равными 0.
Для каждого переходного участка оценивается:
Для проведения анализа матрицы яркостных контрастов необходимо определить критерии и их значения: какое значение элемента матрицы считать контрастным переходом, а какое - нет.
Порог «минимальной заметной разницы» контрастной чувствительности (JND) или дифференциальный порог определяют согласно закона Вебера-Фехнера, который формулируется следующим образом: субъективная величина ощущения, измеренная в единицах минимальной заметной разницы, пропорциональна логарифму физической величины стимула:
Закон утверждает: ощущение разницы между близкими по величине стимулами пропорциональна величине стимулов, т.е.:
Это отношение называется пороговым контрастом, а - дифференциальным порогом. В средине дифференциального порога изменения интенсивности стимула не ощутимы.
Отношение Вебера-Фехнера (пороговый контраст) составляет 1-3%.
Таким образом, для каждого переходного участка матрицы яркостных контрастов в идеальном случае или , 
~0.03"/> (здесь и далее - крутизна участка).
Поскольку критерии оценки резкости связаны с локальными участками изображения, общая оценка резкости по этим критериям будет сильно зависеть от типа объекта на изображении (документ, пейзаж и т.д.). И всё же в качестве оценки резкости всего изображения можно предложить средние значения длины и крутизны для всех n переходных участков.
Для оценки резкости цветных изображений вместо разности яркости соседних пикселей можно использовать расстояние в RGB-кубе между цветами этих пикселей:
При сканировании матрицы тоновых контрастов, подобно сканированию матрицы яркостных контрастов, необходимо контролировать тенденцию изменения тона: отрезки, соединяющие пиксели в RGB-кубе должны лежать на одной прямой. Реально они могут иметь некоторое незначительное отклонение ε. Осуществить такой контроль можно сравнивая сумму длин расстояний между цветами в RGB-кубе с расстоянием между крайними точками этой ломаной линии:
Прекращение выполнения данного условия можно считать границей участка.
И для всего цветного изображения вычисляются также, как и для ахроматического изображения.
Несмотря на грубость и приблизительность предложенных критериев и методов оценки, их можно успешно использовать для предварительного отбора изображений из больших массивов в автоматическом режиме; для предварительной оценки качества изображений с целью выбора более детальных методов оценки и т.п.
Литература:
Одной из самых главных характеристик телевизора при выборе является значение контрастности изображения на экране телеприемника. Если вы выбираете телевизор по качеству картинки, то обязательно обратите внимание на значение контрастности у разных моделей.
По определению контрастность равна отношению яркости в самой светлой точке экрана к яркости точки, где самое тёмное изображение. Другими словами уровень белого делим на уровень черного и получаем контрастность. Только вот значения этих уровней можно получить только при специальной проверке телевизора с применением специализированных приборов. Поэтому простому пользователю приходится верить или производителям или различным обзорам на сайтах, где тестируют телевизоры. Кому больше доверять и как проверяют контрастность, и поговорим дальше.
Мы сказали, что контрастность одна из самых важных характеристик телевизора. Поэтому производители стараются максимально повысить это значение для улучшения продаж. Производитель может в лаборатории измерить яркость пикселя, при подаче сигнала, который никогда в реальных условиях не используется. Затем измерить яркость этого пикселя при отсутствии сигнала, что невозможно при обычном просмотре. После этого высчитывается значение контрастности. И вот значения, измеренные в таких условиях, и попадают в паспорт изделия. Из-за этого и видим сегодня, что значения контрастности многих телевизоров просто зашкаливают. Все это возможно, потому что в мире нет обязательных правил по измерению контрастности дисплеев.
Разделяют статическую (естественную) и динамическую контрастность . Естественная контрастность зависит только от возможностей дисплея, а динамическая получается в результате применения дополнительных технологий.
Статическая контрастность измеряется по яркости точек в одном сюжете (самой яркой и самой темной). При измерении динамической контрастности используются технологии для её завышения. Сам телевизор при воспроизведении видео регулирует контрастность в зависимости от сюжета, который в данный момент показан на экране. То есть регулируется подсветка в жк матрице. При показе яркого сюжета световой поток от подсветки увеличивается. А когда сюжет меняется на темный (ночь, темная комната и т.д.), то и подсветка начинает уменьшать свой световой поток. Получается, что на ярких сценах из-за увеличения света от подсветки значение уровня черного плохое, а на темных сценах уровень черного хорош, но световой поток уменьшится. Нам это тяжело заметить, потому что на ярких сценах и подсвеченный черный кажется полностью черным. А на темных сценах яркость светлых объектов кажется достаточной. Такая особенность человеческого зрения.
Такая схема управления подсветкой увеличивает контрастность, хотя и не настолько как заявляют производители. И действительно многие телевизоры с динамической контрастностью выигрывают по качеству изображения у аппаратов, которые не имеют такой схемы регулировки.
Но все равно дисплеи с высокой естественной контрастностью будут цениться выше. Это можно продемонстрировать, если вывести на экран картинку, где будет изображен белый текст на черном фоне. У экрана с высокой статической контрастностью текст действительно будет белым, а фон будет черным. А вот дисплей с высокой динамической контрастностью если и покажет черный фон, то буквы будут уже серыми. Поэтому и при воспроизведении обычного видео на экране с повышенной естественной контрастностью картинка буде максимально приближена к реальному изображению. Например, на фоне вечернего неба будут яркие уличные фонари. А на фоне дневного яркого неба черная машина действительно будет черной. Такое изображение мы видим в кинотеатрах.
Максимально реальным, по контрастности , изображение было на экранах кинескопных телевизоров. Но с приходом эры HDTV эти телеприемники уступили свое место на рынке другим аппаратам. Сегодня значения высокой естественной контрастности достигаются при использовании домашних проекторов LCOS. Первое место среди этих устройств занимают аппараты фирмы JVC со своей версией D-ILA. Далее можно отметить Sony с технологией SXRD. На третье место уже можно поставить плазменные телевизоры.
Производители жк телевизоров внедрили в последние годы несколько технологий для достижения того уровня контрастности, которая возможна в других моделях. Наилучшие результаты в повышении контрастности дает применение светодиодной подсветки с локальным затемнением. При этом невозможно регулировать подсветку каждого пикселя и не происходит управление каждым светодиодом в отдельности, но все равно результат получается хорошим. Но производители отказались от самого эффективного вида подсветки, когда светодиоды расположены по всей площади экрана. Такое производство оказалось дорогим. Сегодня в основном используется так называемая боковая подсветка. Здесь светодиоды располагаются сверху и снизу. Для боковой подсветки так же разработаны схемы локального затемнения. Телевизоры с такой подсветкой показывают достаточно хорошие результаты по значению контрастности.
Во время выбора телевизора в магазине оценить качество контрастности дисплея тяжело . Мешает внешнее яркое освещение, экраны могут иметь разное покрытие: антибликовое или глянцевое. В паспорте не всегда написано правдивое значение контрастности, потому что производители его измеряют в лабораториях и при подаче на экран специальных сигналов. Даже прочитав несколько обзоров в Интернете не всегда понятно, какое настоящее значение контрастности. Ведь каждый меряет его по-своему.
Есть несколько методик измерения контрастности . Подают на вход сначала черное поле и замеряют яркость, а затем – белое поле и замеряют яркость. Получается хорошая контрастность, но при реальном просмотре никогда не будет полностью белой или полностью черной картинки. При это еще и при показе обычного видеосигнала в телевизоре включается видеообработка, которая так же вносит свои изменения. Более правдивые показания дает тест по методу ANSI, когда на экран подается шахматное поле с белыми и черными полями. Это больше соответствует обычному изображению. Но при этом белые поля будут влиять на измерения значения яркости черных полей. Так что единого правильного метода измерения контрастности нет.
Так что рекомендации по выбору телевизора с хорошей контрастностью остаются те же. Если вы будете смотреть в основном кино в затененной комнате, то лучше всего подойдет плазма. В освещенной комнате хорошие результаты покажет LCD телевизор со светодиодной подсветкой из-за своей большой яркости. Между этими моделями можно поставить жк телевизор при наличии запаса по светоотдачи. И нужно запомнить главное, любой телевизор нуждается в правильной настройке. Отрегулируйте правильно яркость и контрастность аппарата для получения максимально качественного изображения.
Дополнительно:
