1.2.2 Методы анализа цифровых изображений

Проводить анализ цифрового изображения рекомендуется минимум по двум аспектам – яркости и цвета.

Анализ яркости должен проводиться по следующим параметрам:

- анализ диапазона яркости изображения;

- определение тонов, преобладающих в изображении;

- детализация объектов изображения.

Анализ цвета в первую очередь ответит нам на вопрос — как камера передала те цвета, которые видели наши глаза в момент снимка.

Зрительный аппарат человека — это постоянно самокалибрующаяся система, а фотоаппарат — нет. Там где мы видим белый, искрящийся на солнце снег, наша камера увидит все оттенки синего цвета. Не стоит винить в этом производителей фотоаппаратов, такова реальность, и у нас есть два пути — постоянно оттачивать искусство настройки фотоаппарата перед снимком и изучение методов анализа (и коррекции) цвета в получившемся изображении. Оба пути важны и дополняют друг друга.

В общем же совокупность всех методов анализа изображения позволит вам точно определить все дефекты изображения.

Анализ яркости изображения

Значительная часть информации о состоянии изображения находится в его гистограмме (histogram).

Гистограмма — это графическое отображение распределения уровней яркости в изображении. По горизонтали идет шкала яркости, а по вертикали — относительное количество пикселей с данной яркостью.

Анализируя гистограмму, мы получаем информацию о тоновом характере изображения, а также о дефектах, в первую очередь — об ошибках экспозиции. Умение читать гистограмму — крайне необходимый навык, без которого освоение цветокоррекции невозможно.

Левая часть гистограммы представляет более темные пиксели в изображении, а правая — более светлые. Высота каждой полоски показывает относительное количество пикселей с такой яркостью (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 – Цифровое изображение и его гистограмма

Необходимо понимать, о чем говорит такая гистограмма. Глядя на нее можно сказать, что изображение содержит семь градаций яркости — от черного до белого, при этом пикселей с яркостью «4», «5», «6», «7» меньше, чем пикселей с яркостью «1», «2», «3».

Гистограмма, в которой есть все 256 градаций яркости (градиент от черного к белому) приведена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 - Гистограмма градиента занимаетвесь тоновый диапазон. Такая форма гистограммы обусловлена алгоритмами улучшения изображения, в первую очередь алгоритмом Dither

По теоретическим представлениям гистограмма такого изображения должна представлять собой ровный прямоугольник — в таком изображении должно быть равное количество точек каждого уровня яркости. Но из-за разнообразных алгоритмов улучшения встроенных в Photoshop (например Dither), такой идеальной гистограммы добиться очень трудно.

На рисунке 1.6 представлено изображение, в котором отсутствует один из оттенков серого.

Рисунок 1.6 - Пробел в левой части градиента вызвала аналогичный провал в гистограмме и увеличение количества белых пикселей.

Мы наблюдаем целых два изменения — во-первых, наблюдается «прострел» в той части, откуда был удален оттенок. Во-вторых, в правой части появился заметный столбик и вся гистограмма «просела» — это оттого, что изменилось соотношение пикселей — белых теперь значительно больше чем любых других.

Теперь внесем более радикальные изменения (рис.1.7).

Рисунок 1.7 - Гистограмма обрезана в левой части.Столбик в правой части говорит об относительно большом количестве белых пикселей

Как видите — теперь в изображении отсутствуют самые темные участки — в гистограмме это отражено в виде «провала» в левой части. Зато справа мы наблюдаем высокий столбик, говорящий о большом количестве белых пикселей.

Проведем некоторую классификацию гистограмм:

а) Гистограммы реальных снимков обычно представляют собой некую кривую. Видимый «горб» в левой части гистограммы говорит о преобладании в ней темных тонов — о таких изображениях говорят — в низком ключе (low key) — рис.1.8.

Рисунок 1.8 – Преобладание темных тонов

Если «горб» в правой части — значит, преобладают светлые тона — изображение в высоком ключе (high key — рис.1.9).

Рисунок 1.9- Преобладание светлых тонов

При этом термин высокий (низкий) ключ говорит не столько о том насколько светлое или темное изображение целиком, а о том, что главный объект снимка светлый (или темный) сам по себе, по своей природе. Несколько «горбов» в гистограмме говорит о наличии в изображении нескольких значительных деталей сильно отличающихся по яркости. Например, в гистограммах пейзажей обычно в средней части выделяется хорошо различимый пик — это небо, а в портретах так обычно выглядит фон.

б) Гистограмма, не доходящая до левого края (рис.1.10), говорит о том, что в изображении вообще нет черных пикселей. Это означает, что тоновый диапазон использован не полностью.

Рисунок 1.10 – В изображении отсутствуют тени

В большинстве случаев это говорит о том, что снимок переэкспонирован, особенно если противоположный, правый край «вышел» за пределы гистограммы.

в) Если гистограмма не доходит до правого края (рис.1.11) — в нем нет белых пикселей, доступный тоновый диапазон использован не полностью.

Рисунок 1.11 – В изображении отсутствуют света

А если при этом левый край ушел за пределы гистограммы — становится

понятно, что снимок недоэкспонирован.

г) Гистограмма, не доходящая до обоих краев (рис.1.12), говорит нам о невысоком контрасте снимка.

Рисунок 1.12 – Низкий контраст снимка

д) Несмотря на ситуации, описанные выше, существуют снимки, где гистограмма может не доходить до края диапазона (рис.1.13) — это уже упомянутые снимки в высоком и низком ключах.

Рисунок 1.13 – Изображение в низком ключе

В ряде случаев «дотянуть» гистограмму до края значит — безнадежно испортить художественный замысел. Такие снимки являются исключением из правил — в подавляющем большинстве случаев для передачи сюжета нам требуется весь тоновый диапазон любой ценой.

е) Тонкие, упирающиеся в верхнюю границу пики в краях гистограммы (рис.1.14) говорят о бликах, пересветах — в правой части, или о глухих тенях — в левой части.

Рисунок 1.14 - Тонкая полоска в правой части — это блики на подсвечниках,

а в левой — глухая тень на заднем плане

ж) Плавность гистограммы говорит о мягкости снимка, о плавных переходах между тонами (рис.1.15).

Рисунок 1.15 – Изображение с плавным переходом тона

Наоборот, если она состоит сплошь из зубцов — снимок очень контрастный, даже если гистограмма где-то не доходит до краев диапазона. Соляризованные фотографии зачастую выглядят как несколько столбиков — и это вполне нормально (рис.1.16).

Рисунок 1.16 – Соляризованный снимок

Аналогично будет выглядеть гистограмма рисунка, например, комикса (рис.1.17).

Рисунок 1.17 – Гистограмма цифрового изображения комикса

з) Срезанные в верхней части пики в любой части гистограммы говорят о больших контрастных зонах. Как правило, на изображении это пятна лишенные каких бы

то ни было деталей (рис.1.18).

Рисунок 1.18 – На изображении несколько контрастных зон

и) Гистограмма в виде «расчески» (рис.1.19) (не путайте с формой гистограммы из пункта ж)) говорит о потерях некоторых тонов.

Рисунок 1.19 – Следы коррекции изображения

Естественным образом такая гистограмма возникнуть вряд ли сможет — это следы предыдущей коррекции.

К помощи гистограмм мы можем обратиться сразу после снимка — в большинстве фотоаппаратов можно посмотреть гистограмму изображения. Несмотря на то, аппарат оснащен качественным дисплеем, восприятие изображения на нем сильно зависит от окружающего света. Днем картинка покажется вам слишком блеклой, ночью — слишком яркой. При этом, на дисплее даже ночью трудно отличить действительно белое от почти белого. Как правило, одного взгляда на гистограмму бывает достаточно, чтобы убедится в том, что параметры экспозиции были выставлены правильно и можно снимать дальше. Кроме того — при ночной съемке очень трудно определить визуально яркость и контрастность снимка, при съемке в студии без экспонометра вам придется настраивать фотоаппарат «вслепую», при съемке предметов на белом фоне, для последующей обтравки, очень легко получить пересвеченый снимок — во всех этих случаях гистограмма окажет вам неоценимую услугу предоставив объективную информацию о распределении яркостей вашего снимка.

Коррекцию цифрового изображения необходимо начинать с анализа гистограммы: она дает информацию о светах и тенях совершенно независимо от возможностей монитора и настроек цветовых профилей.

Анализ цвета

Оценка цвета изображения на первых этапах потребует от вас упорства и вдумчивого отношения к применяемым методикам. Ключевыми инструментами для анализа цвета нам послужит палитры Info и Channels.

Рисунок 1.20 - Общий вид палитры Info в процессе настройки параметров

отображения контрольных точек

Палитра Info

Палитру Info можно вызвать из меню Window или нажатием клавиши F8. Рассмотрим параметры, отображаемые в окне палитры. В верхней части окна отображаются параметры цвета в той точке изображения, где находится в данный момент курсор, причем сразу в двух цветовых моделях. Для наших целей хватило бы и одной, однако для нужд полиграфической коррекции и просто для более сложных задач информация дублируется, например в одной половине может быть показано значение в CMYK, а во второй такой важный параметр как суммарное значение краски. Нас интересует в первую значение в цветовой модели RGB, так как именно в этой цветовой модели мы будем работать, а значения в CMYK нам могут помочь для анализа цвета - ведь цвета RGB и CMY очень тесно между собою связаны.

Ниже отображаются координаты курсора и размеры выделенной области. Их удобно использовать при кадрировании изображения, так как сразу можно видеть пропорции длины и ширины. Чтобы настроить единицы измерения, щелкните левой кнопкой на плюсике около значений координат, и в раскрывающемся списке выберите нужные.

В нижней части палитры может отображаться дополнительная информация, настройки которой доступны из контекстного меню палитры. На наш взгляд, самой полезной в общем случае может оказаться информация о времени потраченном на работу с файлом — пункт «Timing».

Кроме цвета под курсором, палитра Info может отображать значения цвета в так называемых контрольных точках. Для того чтобы установить контрольные точки воспользуйтесь инструментом Color Sampler Tool. Для установки точки просто кликните в нужном месте. Чтобы передвинуть контрольную точку -перетащите ее тем же инструментом. Чтобы удалить — кликните по ней, удерживая клавишу Alt. Для того, чтобы удалить все точки, нажмите кнопку Clear панели опций.

Важным параметром контрольных точек является значение Sampler Size. Этот параметр устанавливается выбором вариантов из выпадающего списка на панели опций при активном инструменте Color Sampler Tool или Eyedropper. Он определяет размер так называемой «области считывания». Если выбрано «Point Sample» - в палитре Info будет отображаться значение одной единственной точки, что редко является объективной информацией о цвете данного участка изображения.

Оптимальным для большинства снимков является значение «3 by 3 average» - в этом случае в палитре Info отобразится усредненное значение девяти соседних пикселей. Стоит заметить, что устанавливать точки можно в разных ситуациях:

- при работе с инструментом Eyedropper — удерживая shift для добавления и alt+shift для удаления;

- при работе с инструментами Brush и Pencil — удерживая клавиши alt+shift как для добваления, так и для удаления;

- при работе в панелях Curves, Levels, Channel Mixer, Color Balance, Selective Color, Hue/Saturation — удерживая shift для добавления и alt+shift для удаления.

Знать значение цветов исключительно важно, на этих данных во многом строится коррекция цвета и особенно актуальными они становятся при работе на неоткалиброванном мониторе.

Информация, которую содержат в себе контрольные точки

Исходя из того, как работает наш зрительный аппарат, для создания ощущения любого оттенка нам требуются всего лишь три цвета — красный (Red), желто-зеленый (Green) и синий (Blue). Эти цвета являются базовыми для синтеза цвета, в принципе. Именно с их помощью формируется цвет на экране нашего монитора.

Сочетание пар базовых цветов даст нам еще три цвета — голубой (Cyan — G+B), пурпурный (Magenta — R+B) и желтый (Yellow — R+G). Одновременно все три цвета дадут нам белый, отсутствие всех трех даст нам черный цвет.

Эти шесть цветов составляют цветовой круг, использующийся в цветокоррекции — знать его очень полезно, особенно на этапе обучения (рис.1.21).

Рисунок 1.21 - Цветовой круг RGBCMY

Расположение цветов в круге не случайно — противоположные цвета исключают друг друга, например усиление синего ослабляет желтый, а соседние, наоборот усиливают друг друга.

Процесс идентификации цвета начинается с поисков участков изображения, о которых мы можем сказать что-то определенное вне зависимости от того, как это выглядит на экране. Самое простая ситуация — когда в изображении есть области нейтрального цвета — белая стена, серый тротуар. В цветовой модели RGB такие области представлены равными значениями каждого канала. Если вы навели пипеткой на белый пиджак, а палитра Info сообщает вам, что значение канала B значительно ниже двух остальных, значит, в изображении присутствует значительная доля желтого цвета. Примечательно, что если ненужный оттенок присутствует в светлых тонах, то с большой долей вероятности можно утверждать, что он будет присутствовать в изображении повсюду.

Сложнее, когда в изображении нет нейтральных областей. Здесь нам на помощь приходят таблицы памятных цветов, содержащие информацию о значениях общеизвестных цветов — цвета кожи, травы, неба, фруктов и так далее, а также некоторые общие принципы, по которым строятся некоторые значимые цвета.

Палитра Channels

В палитре Channels хранится информация о распределении яркости в каждом из цветовых каналов, совокупность которых дает нам цветное изображение. Методика проста — самый светлый канал определяет доминирующий цвет. Кроме этого, рассматривая каналы можно узнать, как устроены проблемные участки изображений, и принять решение о выборе оптимального пути коррекции. Зачастую «пропавшие» детали можно обнаружить в одном из каналов и впоследствии «вытянуть» их при помощи команд Channel Mixer или Image Apply.

Инструмент Curves

Инструмент Curves позволяет работать с яркостью и цветом очень гибко, предоставляя нам возможность решать сложные вопросы коррекции. Рассмотренный ранее инструмент Levels — лишь упрощенная версия Curves. Основной принцип работы с кривыми яркости таков: та область яркости, где находятся самые значимые части нашего изображения должна быть круче насколько это возможно. При этом области, за счет которых мы добиваемся этого — там, где кривая станет пологой — будут терять детали.

Для того чтобы эффективно поднимать контраст при помощи кривых нам нужно обратиться к распределению яркости по каналам (рис.1.22).

Рисунок 1.22 – Распределение яркости по каналам

Это дает возможность использовать для поднятия контраста весь доступный

тоновый диапазон и избежать потерей в цвете, особенно это актуально при работе в цветовой модели CMYK, где другой подход просто недопустим. Заходя поочередно в кривые каждого из трех каналов, необходимо найти крайние точки зоны яркости, занимаемой объектом, и смещать светлую в свет, темную в тень.

При этой процедуре первые действия неизбежно исказят цвет, но после установки контраста в последнем канале все станет на свои места. Возможно, далее необходимо еще раз пройти по кривым для окончательной установки и цвета и контраста.

Рекомендуется изначально устанавливать очевидно большие значения, для того, чтобы увидеть, какие принципиальные изменения происходят в файле, на втором круге коррекции большие значения следует уменьшить до необходимых.

Для того, чтобы найти крайние точки объекта просто двигайте по нему курсором, зажав при этом левую клавишу мыши — на кривой появится кружок, который по-

может вам сориентироваться. Чтобы установить крайние точки — найдите самый светлый участок объекта и кликните на нем, удерживая клавишу Ctrl — на кривой появится точка. Аналогично найдите самый темный участок. Сдвигать эти точки необходимо вертикально вверх или вниз. Это можно делать при помощи стрелок «вверх» и «вниз» на клавиатуре или вращая колесо мыши, поместив курсор в окошко «output» слева от графика кривой.

Если самая темная или светлая часть объекта находится рядом с конечными точками — устанавливать дополнительные точки не требуется — просто сдвигайте конечные точки вправо или влево.

Существует, по меньшей мере, три вида корректирующих кривых: прогнутая — если объект находится в зоне светов (рис.1.23); выгнутая — если объект в тенях (рис.1.24); S-образная — если объект находится в зоне средних тонов (рис.1.25).

Рисунок 1.23 - Несмотря на то, что снимок в общем очень темный, значимая часть изображения находится в светлой части тонов. Именно там кривая должны быть максимально крутой. Потеря деталей в темной части нас совершенно не волнует — деталей там и так нет, и в данном случае можно было использовать и более радикальную кривую

Рисунок 1.24 - Кошка и так была почти черной, а тень от листьев в которой она пряталась сделала ее практически неразличимой. Круто изогнутая кривая в темной части полутонов проявляет все интересующие нас детали, кроме пожалуй нижней правой части

Рисунок 1.25 - Судя по гистограмме клубника занимает среднии полутона, в чем можно убедится поводив по ней курсором удерживая нажатой левую клавишу мыши. По логике здесь имеет смысл применить S-образную кривую.

Но при достижении требуемого контраста в изображении стало слишком много желтого. Это особенно заметно в тенях на деревяшке.