Moderní metody v digitální fotografii

´ ı fotografii Modern´ı metody v digitaln´ Karel Lemr ˇ ´ AVCR Spoleˇcna´ laboratoˇr optiky UP Olomouc a FzU web: http://jointlab.upol.cz/lemr email: [email protected]

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

1 / 41

Obsah

1

´ Zaklady teorie barev

2

´ barev Sprava

3

´ ı fotografie Metody pˇri poˇrizovan´

4

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

5

´ ı digitaln´ ´ ı fotografie Software pro zpracovan´

6

Doporuˇcena´ literatura

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

2 / 41

´ Zaklady teorie barev

Obsah

1

´ Zaklady teorie barev

2

´ barev Sprava

3

´ ı fotografie Metody pˇri poˇrizovan´

4

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

5

´ ı digitaln´ ´ ı fotografie Software pro zpracovan´

6

Doporuˇcena´ literatura

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

3 / 41

´ Zaklady teorie barev

Barva

´ ı Barvou rozum´ıme spektraln´ ˇ vychazej´ ´ ıc´ı charakteristiku svetla ´ ˇ z pozorovaneho pˇredmetu. ´ ı barev je subjektivn´ı, Vn´ıman´ barvu lze vˇsak dobˇre popsat. Lidske´ oko vn´ıma´ barvu pomoc´ı tˇr´ı druhu˚ cˇ ´ıpku˚ citliv´ych na cˇ ervenou, zelenou a modrou. ´ ´ Definovat barvu lze pomoc´ı vlastnost´ı lidskeho oka nebo jineho ˇ detektoru nebo pomoc´ı zdroje svetla.

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

4 / 41

´ Zaklady teorie barev

Barevne´ modely a prostory Barevny´ model je souˇradnicov´y ´ urˇcen´y k popisu barev. system Barevny´ prostor je realizace ´ barevneho modelu s nastaven´ım ´ ıch okraju˚ souˇradnicoveho ´ konkretn´ ´ systemu. Prostor CIE 1931 (CIE XYZ): 3 souˇradnice odpov´ıdaj´ıc´ı intenziteˇ ´ na 3 druz´ıch cˇ ´ıpku. signalu ˚ http://en.wikipedia.org/wiki/File:CIExy1931.png ´ ı, pouˇz´ıva´ se normovan´ ˇ ı zavislosti ´ ˇ odstranen´ na absolutn´ı intenzite.

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

5 / 41

´ Zaklady teorie barev

Barevne´ modely a prostory

Prostor CIE 1976 (CIE LAB): 3 souˇradnice ˇ ´ ı barev v´ıce zohlednuje vn´ıman´ ˇ L = svetelnost A = osa zelena´ - cˇ ervena´ B = osa modra´ - zˇ luta´ ˇ ´ ery ˇ vhodn´y pro umeleck e´ zam http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Lab color at luminance 75.png

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

6 / 41

´ Zaklady teorie barev

Barevne´ modely a prostory

Barevny´ model HSV 3 souˇradnice vhodne´ pro intuitivn´ı ´ s barvou praci H = odst´ın (duha) S = saturace (sytost) ˇ V = hodnota (svetlost)

Karel Lemr

http://en.wikipedia.org/wiki/File:HSV color solid cylinder alpha lowgamma.png

´ ı fotografie Digitaln´

7 / 41

´ Zaklady teorie barev

Barevne´ modely a prostory Barevny´ model RGB (prostory sRGB, AdobeRGB, ProPhotoRGB): 3 souˇradnice ˇ zohlednuje zobrazovac´ı ´ a detekˇcn´ı systemy R = cˇ ervena´ G = zelena´ B = modra´ ´ u˚ spektrum RGB kanal nekop´ıruje detekˇcn´ı kˇrivku cˇ ´ıpku˚

Karel Lemr

http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:AdditiveColorMixiing.svg

´ ı fotografie Digitaln´

8 / 41

´ Zaklady teorie barev

Barevne´ modely a prostory

´ ı): Barevny´ model CMY(K) (prostory ISOCMYK + proprietarn´ 3(4) souˇradnice ˇ zohlednuje zaˇr´ızen´ı pro tisk C = azurova´ M = purpurova´ Y = zˇ luta´ K = cˇ erna´ (ˇsetˇr´ı barvu) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Synthese-.svg

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

9 / 41

´ Zaklady teorie barev

Adobe RGB

sRG

v praxi je gamut uzce spjat ´ s moˇznostmi zobrazovac´ıho ´ nebo tiskoveho zaˇr´ızen´ı

B

Gamut urˇcuje rozsah barev, kter´y dan´y barevn´y prostor ´ ze popsat. dokaˇ

ProPho to RGB

´ Gamut barevneho prostoru

snahou je zobrazit barvy co ˇ eji ˇ a tedy pracovat nejvern s gamutem pokr´yvaj´ıc´ım viditelne´ barvy ´ ım gamutem ne vˇzdy vˇsak vol´ıme barevn´y prostor s maximaln´ (napˇr. web) Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

10 / 41

´ Zaklady teorie barev

B´ıla´ barva ´ ktera´ stimuluje vˇsechny druhy cˇ ´ıpku˚ stejneˇ B´ıla´ barva je takova, ´ ı b´ıle´ je vˇsak zat´ızˇ eno schopnost´ı lidskeho ´ Vn´ıman´ oka se ´ ˇ pˇrizpusobit na zaklade zkuˇsenost´ı. ˚ ´ Lidske´ oko si pˇrivykne na ruzn ˚ e´ zdroje a ty pak povaˇzuje za b´ıle. ˇ lze charakterizovat pomoc´ı jeho teploty Zdroj svetla ´ ˇ ˇ chormaticnosti (teplota cˇ erneho telesa se sten´ym spektrem).

Rozcestn´ık na Amish Acres (3500K, 5500K, 8000K) Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

11 / 41

´ Zaklady teorie barev

Dynamick´y rozsah Dynamicky´ rozsah urˇcuje jemnost kroku ´ barevne´ prostoru. v danem Dynamick´y rozsah detektoru je urˇcen nejmenˇs´ım krokem na souˇradnici ´ barevnem ´ prostoru, v pouˇzitem ´ kter´y detektor zaznamena. ´ ım zapisu ´ V digitaln´ je dynamick´y rozsah urˇcen poˇctem bitu˚ ´ v dane´ souˇradnici (kanale). Kostel´ık na ostroveˇ Hven

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

12 / 41

´ Zaklady teorie barev

od ez

va

Gama funkce je matematicka´ ´ ı funkce slouˇz´ıc´ı k mapovan´ ´ na zobrazenou intenzity signalu barvu.

Intenzita

´ ı intenzitn´ı mapovan´ ´ ı - gama Nelinearn´

ˇ ych odst´ınech Skoky ve svetl´ ˇ s´ı, aby se mohly zjemnit se zvetˇ skoky ve tmav´ych odst´ınech. Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

eá lin ne

ˇ s´ı na zmeny ˇ Lidske´ oko je citlivejˇ ve tmav´ych odst´ınech.

rn í

Gama koeficient urˇcuje m´ıru ´ nelinearity. teto

Hodnota

13 / 41

´ barev Sprava

Obsah

1

´ Zaklady teorie barev

2

´ barev Sprava

3

´ ı fotografie Metody pˇri poˇrizovan´

4

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

5

´ ı digitaln´ ´ ı fotografie Software pro zpracovan´

6

Doporuˇcena´ literatura

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

14 / 41

´ barev Sprava

´ barev Sprava ´ barev je soubor pravidel Sprava a postupu, ˚ ktere´ se snaˇz´ı zajistit ˇ ´ vernost barev pˇri jejich zaznamu, manipulaci i zobrazen´ı. Barevny´ profil je pˇrevodn´ı tabulka vstupn´ı informace (napˇr. RGB) → barva (podle CIE). Pˇri pˇrechodu mezi zaˇr´ızen´ımi se pouˇzij´ı jejich barevne´ profily podobneˇ jako tlumoˇcn´ıci mezi ruzn´ ˚ ymi jazyky.

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

15 / 41

´ barev Sprava

´ ´ eˇ barev Zasady pˇri sprav

´ Udrˇzujme vˇsechna zaˇr´ızen´ı kalibrovana´ a profilovana. Drˇz´ıme zdrojov´y datov´y soubor v prostoru s vysok´ym gamutem (ProPhotoRGB) a dynamick´ym rozsahem. Na web exportujeme v prostoru s obecneˇ zobraziteln´ym gamutem (sRGB) a staˇc´ı 8bit hloubka. ´ barev. Pˇri tisku vol´ıme dodavatele, kter´y ma´ dobˇre ˇreˇsenou spravu ´ pro hlavn´ı verzi dat: 16bit TIFF - bezztratov´ ´ y Vhodn´y format

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

16 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri poˇrizovan´

Obsah

1

´ Zaklady teorie barev

2

´ barev Sprava

3

´ ı fotografie Metody pˇri poˇrizovan´

4

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

5

´ ı digitaln´ ´ ı fotografie Software pro zpracovan´

6

Doporuˇcena´ literatura

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

17 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri poˇrizovan´

Fot´ıme do RAWu ´ RAW [z angl. syrov´y] je format ´ ı obrazov´ych dat pˇred zpracovan´ ´ procesorem fotoaparatu RAW nese maximum dostupne´ ´ y) a je informace (bezztratov´ 12-16ti bitov´y (4096 ´ odst´ınu/kan al) ˚ Rackove´ na Waren Dunes

´ ı. Vhodn´y vstup pro dalˇs´ı zpracovan´ ´ maj´ı chytre´ algoritmy, ale nen´ı moˇzne´ je pˇresneˇ Fotoaparaty ´ konfigurovat pro potˇreby daneho sn´ımku.

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

18 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri poˇrizovan´

Exposure bracketting ´ sledu Exposure bracketting je technologie, kdy je v rychlem ´ ´ poˇr´ızena serie sn´ımku˚ s ruzn´ expozice. ˚ ymi delkami ˇ Umoˇznuje zv´ysˇ it v´ysledn´y dynamick´y rozsah. ´ ze data z jednotliv´ych sn´ımku˚ spojit v jeden soubor Software dokaˇ s vysok´ym dynamick´ym rozsahem (32bit) ´ s vysok´ym kontrastem v Tato technologie je vhodna´ pro sceny ˇ intenzite.

´ cn´ı stanek ´ Vanoˇ v Olomouci Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

19 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri poˇrizovan´

Panoramatick´y sn´ımek ˇ Panoramaticky´ sn´ımek vznikne sloˇzen´ım nekolika ruzn ˚ eˇ posunut´ych sn´ımku. ˚ ´ ˇ s´ım zorn´ym uhlem, Z´ıskame sn´ımek s vetˇ neˇz dovoluje objektiv. ´ ´ Z´ıskame sn´ımek s vyˇssˇ ´ım rozliˇsen´ım, neˇz dovoluje detektor. Duleˇ ˚ zite´ pouˇz´ıt stejne´ nastaven´ı u vˇsech sn´ımku˚ (expozice, ´ ı) parametry pˇri zpracovan´

Chicago Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

20 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri poˇrizovan´

Polarizaˇcn´ı filtr

ˇ ı filtr propust´ı Polarizacn´ ´ ı polarizaci. pouze jednu linearn´ ´ Za filtrem nasleduje λ/4 destiˇcka, aby na detektor nedopadala ´ ı polarizace. linearn´

Pozor povozy

´ ı. Tento filtr nelze simulovat pˇri zpracovan´ ˇ ´ nebo vody. Umoˇznuje odstranit odlesky od skla, atmosfery

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

21 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

Obsah

1

´ Zaklady teorie barev

2

´ barev Sprava

3

´ ı fotografie Metody pˇri poˇrizovan´

4

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

5

´ ı digitaln´ ´ ı fotografie Software pro zpracovan´

6

Doporuˇcena´ literatura

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

22 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

Expoziˇcn´ı korekce

ˇ ı korekce umoˇzn´ı v omezene´ m´ıˇre korigovat nevhodneˇ Expozicn´ zvolen´y expoziˇcn´ı cˇ as. Vhodne´ pouze pro jemne´ upravy. ´ ´ ı sˇ um a skokove´ tonov ´ Zavad´ e´ pˇrechody.

´ cn´ı stanek ´ Vanoˇ v Olomouci

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

23 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

´ zen´ı b´ıle´ Vyvaˇ ´ zen´ım b´ıle´ rozum´ıme transformaci barev tak, aby Vyvaˇ ´ ˇ ´ ´ ı, fotografovanemu pˇredmetu, kter´y oznaˇc´ıme za tonov eˇ neutraln´ ´ ´ ı barva. odpov´ıdala tonov eˇ neutraln´ ˇ s´ı je pouˇz´ıt pˇred focen´ım kontroln´ı sn´ımek s sˇ edou Nejpˇresnejˇ kartou. Lze vyuˇz´ıt tabelovan´ych hodnot.

Rozcestn´ık na Amish Acres (3500K, 5500K, 8000K) Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

24 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

´ ´ ı Tonov e´ mapovan´ ´ ı intenzity signalu ´ na barvu. ´ Tonov e´ mapovan´ı je proces mapovan´ Nen´ı tˇreba se omezit pouze na samotnou gama funkci. ´ Pos´ılen´ım nelinearity lze sn´ızˇ it intenzitn´ı kontrast - vytahnout st´ıny.

´ v muzeu zˇ eleznice v Mononu Vagon

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

25 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

´ ´ ı Pokroˇcile´ tonov e´ mapovan´

Mapovac´ı funkce nemus´ı ´ ı. b´yt monotonn´ ´ Lze dosahnout nerealistick´ych efektu. ˚ Pouˇz´ıvaj´ı se ruzn ˚ e´ algoritmy ´ pro sn´ızˇ en´ı dynamickeho rozsahu s c´ılem zachovat maximum informace.

ˇ z na Plumlovske´ pˇrehradeˇ Veˇ

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

26 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

´ Tonov e´ posunut´ı Pracuje s modelem LAB. ´ os A a B. Barvy lze posunout podel Efekty: stara´ fotografie, modre´ osv´ıcen´ı

´ reˇz´ı v Benatk ´ ach ´ Nabˇ Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

27 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

Saturace Pracuje s modelem HSV. ˇ ˇ ı sytost barvy. Zmenou S sloˇzky se men´ ´ barvy Efekty: cˇ ernob´ıl´y sn´ımek, ne(ˇzive)

Socha svobody

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

28 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

Simulace cˇ ernob´ıle´ fotografie ´ ı N kanal ´ u˚ (typicky 3) na 1 kanal. ´ Princip: mapovan´ ˇ (R,G,B), L kanal ´ z LAB, V kanal ´ Ruzn ˚ e´ mapovac´ı funkce: prum ˚ er z HSV

´ Zamek Hluboka´

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

29 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

Simulace barevn´ych filtru˚ ´ ı simulace barevn´ych filtru˚ v cˇ ernob´ıle´ fotografii. Digitaln´ ´ ´ u˚ Vyuˇzijeme model RGB a barevn´y filtr simulujeme nasoben´ ı kanal odpov´ıdaj´ıc´ımi koeficienty. Provedeme renormalizaci na celkovou intenzitu.

ˇ ´ Zamek Cerven a´ Lhota

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

30 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

Doostˇren´ı ´ ı kontrast v obraze (ostrost). Lze zv´ysˇ it lokaln´ Existuj´ı jednoduche´ algoritmy: ploˇsna´ degaussifikace, ale vznikne mnoho sˇ umu. Pokroˇcile´ algoritmy: selektivn´ı degaussifikace, vyuˇzit´ı waveletu. ˚

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

31 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

Korekce sˇ umu ˇ Umoˇznuje sn´ızˇ it mnoˇzstv´ı sˇ umu v obraze. ˇ ı vysok´ych prostorov´ych frekvenc´ı. Zaloˇzeno na odstranen´ Sniˇzuje ostrost obrazu.

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

32 / 41

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

Zobrazovac´ı korekce

´ cneˇ korigovat nekter ˇ Lze cˇ asteˇ e´ zobrazovac´ı vady. ´ ı lini´ı. Korekce zkreslen´ı - narovnan´ ˇ ´ eru ˇ Zmena perspektivy - nevhodn´y uhel zab ´ ˇ Korekce vinetace - odstran´ı tmave´ rohy. Korekce chromaticke´ aberace

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

33 / 41

´ ı digitaln´ ´ ı fotografie Software pro zpracovan´

Obsah

1

´ Zaklady teorie barev

2

´ barev Sprava

3

´ ı fotografie Metody pˇri poˇrizovan´

4

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

5

´ ı digitaln´ ´ ı fotografie Software pro zpracovan´

6

Doporuˇcena´ literatura

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

34 / 41

´ ı digitaln´ ´ ı fotografie Software pro zpracovan´

Jde to i zadarmo!

Vˇsechny v´ysˇ e uvedene´ postupy lze realizovat s vyuˇzit´ım ´ ´ bezplatneho software s otevˇren´ym zdrojov´ym kodem. ´ u. Software je dostupn´y pro celou ˇradu operaˇcn´ıch system ˚ Software se dynamicky vyv´ıj´ı a poskytuje dalˇs´ı moˇznosti. ´ vysoce kvalitn´ıho software, kter´y Nen´ı tˇreba investovat do draheho ´ pouˇzit´ı. se ale nevyplat´ı pˇri obˇcasnem

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

35 / 41

´ ı digitaln´ ´ ı fotografie Software pro zpracovan´

Seznam software RawTherapee ´ ı souboru˚ RAW zpracovan´

Gimp - editor obrazu −→

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

36 / 41

´ ı digitaln´ ´ ı fotografie Software pro zpracovan´

Seznam software Cinepaint - editor s podporou HDR

Hugin - tvorba panoramat

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

37 / 41

´ ı digitaln´ ´ ı fotografie Software pro zpracovan´

Seznam software ´ ´ ı HDR → LDR PFStools - tonov e´ mapovan´

´ Imagemagick - CLI nastroje

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

38 / 41

Doporuˇcena´ literatura

Obsah

1

´ Zaklady teorie barev

2

´ barev Sprava

3

´ ı fotografie Metody pˇri poˇrizovan´

4

´ ı fotografie Metody pˇri zpracovan´

5

´ ı digitaln´ ´ ı fotografie Software pro zpracovan´

6

Doporuˇcena´ literatura

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

39 / 41

Doporuˇcena´ literatura

Doporuˇcena´ literatura David G. Bush: Mastering digital SLR photography Henry Horenstein: Black and white photography - basic manual John Beardsworth: Advanced digital black and white photography John Colett, David Colett: Black and white landscape photography John and Barbara Gerlach: Digital nature photography John Hedgekoe: The art of digital photography Tim Grey: Color confidence - The digital photographer’s guide to color management.

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

40 / 41

Doporuˇcena´ literatura

´ er ˇ Zav ˇ Dekuji za pozornost.

ˇ av ´ an´ ´ ı. Investice do rozvoje vzdel Reg. cˇ . CZ.1.07/2.3.00/09.0042 a CZ.1.07/2.2.00/07.0018 ´ ´ ım fondem a Tato prezentace je spolufinancovana evropsk´ym socialn´ ˇ ´ ım rozpoˇctem Ceske´ republiky. statn´

Karel Lemr

´ ı fotografie Digitaln´

41 / 41