+7 (812) 337 15 49
+7 (921) 963 70 56
Санкт-Петербург
Манчестерская, 2
У нас новый адрес Карта

Что такое гистограммы?

Что такое гистограммы?
(0)

Возможности современного цифрового фотоаппарата. Экспонометр.

Гистограмма той же самой фотографии в представлении программы Photoshop. В общих чертах они похожи, и это главное.
 Чтобы получить технически качественный снимок, необходимо правильно выбрать экспозицию. Экспозиция - это количество света, попадающее на фотоматериал, вычисленное по формуле:
экспозиция = интенсивность света х время воздействия (интенсивность света контролируется диафрагмой, а время воздействия - затвором).

  Так как на глаз определить экспозицию довольно сложно, то были созданы приборы - экспонометры, которые существенно облегчают эту задачу. В цифровом фотоаппарате отдельного экспонометра нет - его работу берут на себя матрица и процессор камеры.
Существует несколько способов замера экспозиции.

Пример того, как изображение выглядит на ЖК-экране фотоаппарата (в этом примере экран имеет разрешение 114 000 пикселов).
  Самым продвинутым на сегодняшний день является матричный (многозонный) замер экспозиции. В этом случае область кадра делится на большое (от семи до тысячи) количество зон, яркость которых затем анализируется процессором фотокамеры. Результаты анализа сравниваются с имеющейся в памяти фотоаппарата обширной базой данных по различным сюжетам, после чего выбираются экспозиционные параметры того сюжета, который больше всего соответствует текущей ситуации. Кроме этого, такой способ анализа яркости сюжета позволяет не только определить общую экспозицию, но и выявить наличие излишне контрастных сюжетов и, например, посоветовать фотографу включить (или выключить) вспышку. Для более корректной работы такой схемы фотоаппарат снабжают режимами «сюжетная съёмка» (или «сцены»), количество которых в некоторых цифровых камерах может достигать 18. Каждая фирма реализует свой собственный алгоритм обработки этого массива данных.

Наиболее старый способ определения экспозиции - точечный экспозамер. В этом случае экспозиция всего кадра определяется по небольшому пятну (обычно расположенному в центре ЖК-видоискателя камеры, но в некоторых моделях может выбираться произвольно), занимающего от 1 до 9% от всей площади кадра. Этот режим даёт наилучшие результаты, когда наиболее важный участок кадра необходимо правильно передать в средних тонах, например, при портретной съёмке на светлом фоне.
Способ, объединяющий достоинства двух предыдущих, называется центровзвешенным экспозамером. Изображение так же, как при мультисегментном способе, разбивается и анализируется по зонам, однако наибольший математический вес придаётся средней части кадра.Эта же фотография, но в полиграфическом исполнении.

Менее продвинутым и более простым в реализации является многозонный способ, когда изображение делится на некоторое количество зон (или сегментов), в каждом из которых экспозиция определяется отдельно, а результат усредняется и принимается за конечный для всего кадра. Этот способ больше подходит для тех случаев, когда в кадре нет слишком ярких или слишком тёмных участков.

Поправка экспозиции

Однако как бы совершенны ни были способы замера экспозиции, к сожалению (а может, и к счастью), автомат не может гарантировать получение правильной экспозиции во всех случаях. Для решения этой проблемы производители фотоаппаратов практически во все цифровые камеры установили режим ввода поправки экспозиции (или экспокоррекции).
Экспокоррекция — это сдвиг экспозиции относительно «правильного» (по мнению экспонометра, разумеется) значения с целью получить передержку или недодержку экспонируемого материала. Как правило, бывает ±3 ступени шагом с 0,3-0,5 EV. Шаг коррекции экспозиции — это минимальное отклонение, на которое можно изменить экспозицию.

Экспозиционное число EV, которое используется для характеристики степени освещённости снимаемого объекта, зависит как от освещённости, так и от чувствительности матрицы. Для примера, при 100 ISO величина 1 EV соответствует двум значениям экспозиции (или экспопарам) 1 с, f/1,4 и 1/2 с, f/1. Каждое последующее целое число EV соответствует удвоению экспозиции.

Пример: при нормальной экспозиции 1/500 с, f/8 и минимальном шаге коррекции экспозиции, равном 1, коррекция +2 EV означает, что изменится либо выдержка на 2 ступени (1/500 с -» 1/250 с 1 /125 с), а диафрагма останется прежней, либо изменится диафрагма на 2 ступени (f/8 f/5,6 -> f/4) при прежней выдержке,
либо на одну ступень изменятся оба параметра.

Если от предыдущего абзаца вы почувствовали лёгкое недомогание и решили, что «никогда-никогда не буду пользоваться этой сложной штукой», спешу вас успокоить! Вам не придётся всё высчитывать вручную. Цифровая камера тем и замечательна, что может отобразить все изменения на своём экране сразу.

Гистограммы

Всё было бы просто замечательно, если бы ЖК-экран камеры мог бы отображать все нюансы будущей фотографии. Увы, это не так. Качество ЖК-дисплеев современных камер, безусловно, очень высоко, но всё же их возможности по передаче цветов и контраста изображения сильно ограниченны. И по той картинке, которую можно наблюдать на этом дисплее, о будущей фотографии можно судить весьма приблизительно (см. примеры на ил. 3 и 4).

  Как разрешить эту ситуацию, не увеличивая стоимости камер (за счёт дисплея)? Очень просто - нужно использовать одну специальную опцию, имеющуюся у большинства современных камер, даже весьма умеренного ценового диапазона (от 300 $). Эта опция - отображение гистограммы изображения в реальном времени.
Гистограммы — это графическое представление распределения полутонов изображения, построенное от чёрного (слева) к белому (справа). Чем больше пикселов в изображении относится к одной категории, тем уже и выше будет гистограмма. Изучив гистограмму, мы можем получить общее представление о цветовом насыщении снимка.

Хотя цветное изображение состоит из трёх цветовых каналов (красный, зелёный и синий), на экране фотоаппарата отображается только одна гистограмма - это гистограмма яркости. Она показывает нам распределение яркости в текущем изображении.
Нетерпеливый читатель может спросить: «Ну и что это мне даёт? Как ваша гистограмма может помочь мне сделать свои снимки лучше?»

Как сделать снимок лучше

Если разбить весь тоновой диапазон гистограммы на три неравные части, то самую тёмную часть принято называть тенями, самую светлую — светами, а между ними расположится большой интервал средних тонов. Сюжетно важный фрагмент изображения может находиться в любой из этих частей, где и должно быть максимальное количество оттенков (разумеется, всё зависит от сюжета и задумки автора). Чем шире тоновой диапазон, тем глубже цвета и лучше проработка деталей.

Совет: Прежде чем приступать к работе по коррекции изображения, неплохо было бы выполнить калибровку монитора.
Исходное изображение и его цветовые каналы: а) полноцветное изображение (RGB), б) красный канал (R), в) зелёный канал (G), г) синий канал (В). Светлым областям в канале соответствует большее содержание цветовой составляющей, тёмным - меньшее
Важно! Качество ЖК - дисплеев современных камер, безусловно, очень высоко, но всё же их возможности по передаче цветов и контраста изображения сильно ограничены. И по той картинке, которую можно наблюдать на этом дисплее о будущей фотографии можно судить весьма приблизительно.

Самая простая последовательность действий для получения технически качественного изображения состоит в том, чтобы определить, насколько равномерно заполняет график отведённое ему место. Если же мы видим, что график отчётливо смещён вправо (изображение слишком светлое) или влево (слишком тёмное), то просто вводим такую экспокоррекцию, которая исправит эту ситуацию. Положительная поправка смещает график вправо, делая изображение светлее, а отрицательная - влево (соответственно делая картинку темнее).

Разумеется, можно вводить поправку экспозиции и без оглядки на гистограммы, но в этом случае велика вероятность ошибиться при выборе величины поправки, так как ЖК-дисплей камер не отображает уровни яркости картинки настолько точно, как гистограмма.

Обработка фотографий на компьютере

Цифровые фотографии бывают трёх форматов - JPEG, TIFF и RAW. Большинство любительских камер может сохранять фотографии только в формате JPEG, который отличается не только малыми размерами файла, но и, к сожалению, частичной потерей информации, связанной с особенностями строения данного формата. TIFF и особенно RAW при сохранении информацию не теряют и в «тяжёлых» случаях позволяют восстанавливать изображение с гораздо лучшими результатами, чем если бы это пришлось делать с форматом JPEG.

Однако в данной статье мы не будем рассматривать способы возвращения к жизни «убитых» кадров, а попробуем выработать простой и надёжный алгоритм исправления небольших, но тем не менее неприятных искажений, которые присутствуют в подавляющем большинстве кадров из «домашнего фотоархива».

Тоновая коррекция

Прежде чем приступать к работе по коррекции изображения, неплохо было бы выполнить калибровку монитора. Эту несложную процедуру можно выполнить либо с использованием программы Adobe Gamma, либо с помощью бесплатно распространяемой утилиты Nokia Monitor Test.

В случае с использованием этой программы достаточно подстроить яркость и контрастность монитора так, чтобы вы различали разницу между полями с яркостью 3 и 10%, но практически не различали разницы между 3% и основным полем в главном окне программы. К сожалению для владельцев недорогих ЖК- мониторов (и ноутбуков соответственно), возможности настройки этих устройств существенно ниже, чем у ЭЛТ-мониторов той же ценовой категории, поэтому я не могу посоветовать ЖК-мониторы для более-менее серьёзной работы с фотографией.

Тоновая коррекция - это процедура перераспределения уровней яркости исходного изображения. Цветное изображение обычно состоит из красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue) цветовых каналов. Тоновая коррекция может производиться как над всеми каналами сразу, так и по отдельности над каждым из них. В последнем случае у нас появляется возможность воздействовать на цветовой баланс всего изображения. Но тему цветокоррекции мы пока затрагивать не будем и остановимся только на общей тоновой коррекции всего снимка.

Простейшая тоновая коррекция производится командой Brightness/Contrast (Яркость/Контраст), которая присутствует в любом графическом редакторе и даже в некоторых программах просмотра изображений (например, XnView).
Однако за простоту приходится платить - отсутствует объективный контроль за происходящими изменениями с изображением, и, как следствие, есть опасность потерять часть нужных данных.

Гамма-корекция

а этим странным названием скрывается операция, которая может достаточно серьёзно улучшить изображение. В её основе лежит математический аппарат степенных функций с показателем гамма, из-за чего эта процедура и получила своё название. Самая главная особенность гамма-коррекции состоит в том, что её воздействие на изображение «физиологично» для нас - те изменения, которые она вносит, примерно соответствуют тому, как подстраивается наше зрение к различным условиям освещённости. Ведь для глаза важна не абсолютная разница в яркости, а её относительное изменение.

Свет свечи в тёмной комнате и на ярком солнце воспринимается нами совершенно по-разному, не смотря на то, что собственно яркость свечи осталась прежней. То же и с изображением: нужно не просто добавить каждому пикселу определённый уровень яркости, необходимо придерживаться логарифмической шкалы, что и обеспечивает гамма-коррекция.
Гамма-коррекция — наиболее наглядный способ осветления или затемнения изображений.
Ил. 6. Аналоговое окно команды Levels (Уровни). В программе Photoshop операция реализована командой Levels (Уровни) из меню Image (Изображение) -» Adjustment (Регулировка).Ил. 8. Гистограмма конечного изображения с «разрывами», появившимися вследствие «растяжки» исходной гистограммы.
Я надеюсь, что вы, уважаемый читатель, сумели прочитать текст до этого момента и у вас осталось желание прочитать его до конца. Спешу вас уверить, что, несмотря на столь длительное и мудрёное описание процедуры, на её выполнение уходит времени меньше, чем на прочтение предыдущего абзаца.

Основных элементов управления (представлены на рис. 6) всего три: точка чёрного (чёрный треугольник слева под гистограммой), точка белого (белый треугольник справа) и ползунок гамма-коррекции (средний серый маркер). Уровни яркости между чёрным и белым маркерами будут развернуты во весь доступный выходной диапазон. Соответственно все детали, отвечающие гистограмме, содержащейся между ними, будут сохранены, а в изображении увеличится контраст. Установка точек белого и чёрного эквивалентна использованию команды Brightness/Contrast (Яр- кость/Контраст), но с контролем гистограммы изображения. Маркеры должны быть установлены так, чтобы основная масса пикселов гистограммы оказалась между ними, — это гарантирует сохранение всех важных деталей изображения. После чего можно приступать непосредственно к его осветлению (затемнению). Для этого достаточно сместить влево или вправо ползунок гамма-коррекции.

Проницательный читатель должен спросить меня, а чем, собственно, заполняется пустота на графике справа? Увы, ничем.

 Дело в том, что с точки зрения программы Photoshop (или любой другой программы, которая может работать с уровнями) тона изображения характеризуются яркостью пикселов с фиксированными значениями от 0 до 255. И если мы сокращаем этот промежуток (в нашем случае мы его сократили на 71 значение), то программа, дабы сохранить привычные ей 256 значений, просто добавляет во вновь полученный диапазон нулевые уровни, равномерно их «перемешивая» с остальными. В данном примере эти провалы на конечном изображении совершенно не заметны.
2016-08-13_21-12-36.png
 Отсюда следуют два простых правила: а) чем шире изначальный диапазон яркостей, тем менее заметными будут провалы после улучшения изображения, б) подобные операции с изображением лучше проводить за один раз (для уменьшения количества вносимых искажений).

Автор статьи Олег Волошин.

В настройках компонента не выбран ни один тип комментариев