Вопрос 5. Алгоритм тоновой коррекции

Операция перераспределения уровней яркости исходного изображения получила название тоновой коррекции. Строго говоря, весь процесс получения и обработки цифрового снимка — это сплошные тоновые преобразования. С момента разделения цветовой информации на красную (Red), зеленую (Green) и синюю (Blue) составляющие, дальнейшие операции выполняются с ними как с самостоятельными изображениями — цветовыми каналами (color channels). На рис. 1 представлены изображение и его цветовые каналы. Светлым областям в канале соответствует большее содержание определенной составляющей, темным — меньшее.

Рис. 1. Изображение и его каналы

Очевидно, одинаковое осветление всех трех каналов должно приводить к более-менее равномерному осветлению всего снимка. А раздельная коррекция позволяет воздействовать также и на цветовой баланс. Вот почему, когда говорят о тоновой коррекции, подразумевают и поканальные манипуляции, дающие очень серьезные цветовые изменения.

Рассмотрим существующие средства тоновой коррекции на примере Adobe Photoshop. Для простоты изложения ограничимся только задачей осветления или затемнения снимка.

Прежде чем приступать, неплохо выполнить калибровку монитора с использованием Adobe Gamma. Если вы не знаете, как это сделать, то хотя бы настройте контраст монитора в районе 90-100%, а яркость так, чтобы отображение не было излишне светлым (обычно в районе 50-65%).

Линейная коррекция

Линейная тоновая коррекция использует в качестве математического аппарата простейшие линейные функции. В Adobe Photoshop они реализованы командой Brightness/ Contrast (Яркость/Контраст) из меню Image (Изображение), Adjustment (Настройка), столь любимой начинающими пользователями. На рис. 2 показано действие команды на изображение.

При простом повышении яркости происходит смещение тонового диапазона, в результате чего могут возникать либо вылеты в светах (при осветлении), либо провалы в тенях (при затемнении). При повышении контраста имеют место оба эффекта. Самое печальное, что при этом нет объективного метода контроля возможных потерь данных. Обратите внимание, что на рис. 2 нижнее, откорректированное изображение утратило часть деталей в светах, и белая ткань сливается с цветом стены.

Рис. 2. Применение команды Brightness/Contrast. Обратите внимание на утрату деталей в светах.

Эффективное применение линейных инструментов сводится к задачам повышения контраста в изображениях с узким тоновым диапазоном, в то время как осветление и затемнение могут приводить к эффекту вуали. Если вам нужны исключительные результаты, откажитесь от использования данного средства в пользу профессиональных инструментов, рассматриваемых ниже.

Гамма-коррекция

За красивым названием скрывается не менее изящная операция, серьезно улучшающая изображения. В ее основе лежит математический аппарат степенных функций с показателем гамма, из-за чего эта процедура и получила свое название. Уникальность гамма-коррекции — в ее связи с человеческим восприятием. Наше зрение логарифмично — для глаза важна не абсолютная разница в яркости, а относительное изменение. В темной комнате свет фонарика кажется невероятно сильным, а днем на улице вы даже не заметите создаваемого им светового пятна. То же и с изображением: нельзя просто добавить каждому пикселю определенный уровень яркости — нужно придерживаться логарифмической шкалы, что и обеспечивает гамма-функция.

Гамма-коррекция — наилучший способ равномерного осветления или затемнения изображений.

Рис. 3. Диалоговое окно команды Levels

В Adobe Photoshop операция реализована командой Levels из меню Image, Adjustment (рис. 3).

Основные элементы интерфейса представлены на рисунке: это точка черного (черный треугольник слева под гистограммой) и точка белого (белый треугольник справа). Уровни яркости между этими 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 черного эквивалентна использованию команды Brightness/Contrast, но с контролем гистограммы изображения. Маркеры должны быть установлены так, чтобы основная масса пикселей гистограммы оказалась между ними, — это гарантирует сохранение всех важных деталей. После чего можно приступать непосредственно к осветлению (затемнению). Для этого достаточно сместить средний (серый) маркер влево (вправо).

Одно из уникальных свойств гамма-коррекции — поведение электронных усилителей, управляющих сигналами от светочувствительной матрицы, также описывается гамма-функцией. Это позволяет не только моделировать различные режимы работы камеры, но и компенсировать цветовые отклонения, возникающие при неверном определении цветовой температуры.