Kapitola 3 ´ Upravy obrazu V n´asleduj´ıc´ı kapitole se sezn´am´ıme se z´akladn´ımi typy u ´pravy obrazu. Prvn´ı z nich je transformace barev pro v´ ystupn´ı zaˇr´ızen´ı, d´ale pr´ace s barvami a expozic´ı pomoc´ı histogramu a u ´pravy obr´azk˚ u s vysok´ ym dynanick´ ym rozliˇsen´ım (obr´azky obsahuj´ıc´ı zdroj svˇetla). Z metod transformace obr´azku uvedeme warping a morfing, kter´e se vyuˇz´ıvaj´ı v grafick´em designu.
3.1
Transformace barev
´ Uprava barvy, napˇr´ıklad zesvˇetlen´ı ˇci ztmaven´ı, pˇrid´an´ı konstrastu atd., se velice ˇcasto pouˇz´ıvaj´ı pˇri u ´pravˇe fotografi´ı. Pr´ace s barvami je ale potˇrebn´a i pˇri tisku. Obraz je upraven s ohledem na technologii barevn´eho tisku a sn´ıˇz´ı se celkov´ y poˇcet pouˇzit´ ych barev. Pokud omez´ıme poˇcet barev, doch´az´ı automaticky ke ztr´atˇe informace. Souˇcasn´e algoritmy se snaˇz´ı, aby oko ˇclovˇeka tyto zmˇeny nedok´azalo poznat. Metody, kter´e se pouˇz´ıvaj´ı, se naz´ yvaj´ı polot´onov´an´ı (halftoning) a rozptylov´an´ı (dithering). Obˇe metody vych´az´ı z toho, ˇze naˇse oko dok´aˇze m´ıt vjem jednoho odst´ınu barvy jako kombinace nˇekolika barevn´ ych bod˚ u bl´ızko u sebe. Podle obr. 3.1 vid´ıme. Na pˇredmˇet, kter´ y obsahuje fialovou a ˇzlutou dopad´a svˇetlo. Vyruˇs´ı se a v´ ysledn´a barva, kterou oko pˇrij´ım´a a mozek interpretuje, je ˇcerven´a. Takˇze, kdyˇz se d´ıv´ate na knihu s ˇcerven´ ym pˇrebalem, tak pod mikroskopem ’ byste vidˇeli s´ıt fialov´ ych a ˇzlut´ ych bod˚ u. Analogicky je to na obr´azku pro ostatn´ı barvy.
Obr´azek 3.1: Odraz a vstˇreb´av´an´ı paprsk˚ u svˇetla 1
´ KAPITOLA 3. UPRAVY OBRAZU
2
3.2
Warping a morfing
Hlavn´ı vyuˇzit´ı obou transformac´ı je v oblasti poˇc´ıtaˇcov´e animace. Filmov´ y pr˚ umysl pracuje s mˇen´ıc´ımi se objekty a sc´eny nejsou re´aln´e, pouze se generuj´ı na v´ ykonn´ ych poˇc´ıtaˇc´ıch. Objekty se mohou r˚ uznˇe pohybovat, vz´ajemnˇe ovlivˇ novat a v nˇekter´ ych pˇr´ıpadech i mˇenit sv˚ uj tvar. Pokud chceme tento jev zachytit i v poˇc´ıtaˇcov´e animaci, pouˇz´ıv´ame animaˇcn´ı techniku zn´amou jako morphing. Morphing samozˇrejmˇe nem´a uplatnˇen´ı pouze v animaci pˇr´ırodn´ıch jev˚ u (r˚ ustov´e simulace), ale pouˇz´ıv´a se zejm´ena pro tvorbu nejr˚ uznˇejˇs´ıch speci´aln´ıch efekt˚ u. Warping se sp´ıˇse uˇz´ıv´a v oblasti designu, kdy nepotˇrebujeme vidˇet pr˚ ubˇeh transformace, ale pouze v´ ysledek. Warping = metoda, kter´a z jednoho obr´azk˚ u vykresl´ı zmodifikovan´ y jin´ y (zkˇriven´ y, deformavan´ y). Zmˇenu urˇc´ı uˇzivatel s´am na p˚ uvodn´ım obr´azku. Morfing = posloupnost, kter´a zobrazuje pˇrechod od jednoho k druh´emu obr´azku. Jako vstup jsou potˇreba dva obr´azky – p˚ uvodn´ı a ten, ke kter´emu chceme pˇrej´ıt.
3.2.1
Warping
Warping lze podle zp˚ usobu proveden´ı rozdˇelit do dvou tˇr´ıd. Prvn´ı tˇr´ıda pouze pˇredepsanou transformac´ı uprav´ı vloˇzen´ y obr´azek, napˇr´ıklad udˇel´a vlnu ˇci spir´alu. Druh´a tˇr´ıda obsahuje obecn´e metody, kter´e umoˇzn ˇuj´ı libovolnou transformaci. Lze pouˇz´ıt s´ıt’ov´ y ˇci u ´seˇckov´ y warping. S´ıt’ov´ y pokryje obr´azek s´ıt´ı kˇrivek (vˇetˇsinou bezierov´ach kubik ˇci spline kˇrivek) a tˇemi uˇzivatel pohybuje. Ty ovlivn´ı pixely obr´azku a ´ ckov´ podle algoritmu jej pˇrepoˇc´ıtaj´ı. Useˇ y warping se pouˇz´ıv´a pˇri lok´aln´ıch zmˇen´ach obrazu. Na obr. 3.2 jsou v prvn´ım oknˇe vyznaˇceny ˇc´asti, kter´e se budou mˇenit. Ve druh´em oknˇe je potom v´ ysledn´a promˇena.
Obr´azek 3.2: Pˇr´ıklad u ´seˇckov´eho warpingu
´ DYNAMICKYM ´ ROZSAHEM(HIGH DYNAMIC RANGE – HDR)3 3.3. OBRAZY S VYSOKYM
3.2.2
Morfing
´ Ulohu morphingu lze formalizovat n´asledovnˇe. M´ame d´any dva zdrojov´e objekty – ´ v´ ychoz´ı a c´ılov´ y. Ukolem je nal´ezt transformaci mezi v´ ychoz´ım a c´ılov´ ym objektem. Takov´ ych transformac´ı existuje jistˇe velk´e mnoˇzstv´ı, ale pro n´as je d˚ uleˇzit´a ta tˇr´ıda transformac´ı, kter´a p˚ usob´ı re´aln´ ym dojmem.
Obr´azek 3.3: Morfing
3.3
Obrazy s vysok´ ym dynamick´ ym rozsahem (High Dynamic Range – HDR)
Ve sv´em okol´ı m˚ uˇzeme vn´ımat r˚ uzn´e rozsahy intenzity svˇetla. V tmav´em lese vid´ıme st´ıny s jasem v ˇr´adu 10−5 cd m−2 , ale p´ısek na pl´aˇzi v poledne m˚ uˇze m´ıt jas aˇz 105 . Dynamick´ y rozsah obr´azku se vyjadˇruje jako pomˇer nejvyˇsˇs´ıho k nejniˇzˇs´ımu jasu. Obyˇcejn´a sc´ena z v´ yletu m´a dynamick´ y rozsah kolem 15:1, ale st˚ ul s rozsv´ıcenou lampou m˚ uˇze m´ıt i rozsah 50 000:1. Pokud sami dˇel´ate fotografie, nen´ı moˇzn´e na jedno nastaven´ı expozice zachytit nejtmavˇejˇs´ı a nejsvˇetlejˇs´ı ˇc´asti sc´eny. Obr´azky s HDR (High Dynamic Range) se z´ısk´avaj´ı napˇr. kombinac´ı r˚ uzn´ ych sn´ımk˚ u s r˚ uznou expozic´ı nebo jsou k dispozici speci´aln´ı sn´ımaˇce. Monitory maj´ı dynamick´ y rozsah asi 100:1, tisk´arny kolem 30:1. Obr´azek se tedy mus´ı transformovat (mapovat) na dan´ y rozsah. Tomuto u ´kolu se ˇr´ık´a mapov´an´ı t´on˚ u (tone mapping). Tato metoda m´a za u ´kol ze z´ıskan´eho HDR sn´ımku udˇelat obr´azek na v´ ystupn´ı zaˇr´ızen´ı, kter´ y bude odpov´ıdat sc´enˇe, jak ji vidˇel ˇclovˇek, kter´ y sn´ımek vytvoˇril. Existuje nˇekolik metod k mapov´an´ı t´on˚ u – glob´aln´ı ˇci lok´aln´ı, kter´e dok´aˇz´ı s r˚ uznou pˇresnost´ı zrekonstruovat a zobrazit p˚ uvodn´ı sc´enu. Zaj´ımav´e a v praxi uˇziteˇcn´e (napˇr´ıklad ve filmu) jsou ˇcasovˇe z´avisl´e metody, kter´e berou v u ´vahu ˇcasovou asiaci oka. Ve tmˇe se oko pˇrizp˚ usob´ı a po nˇejak´e dobˇe slabˇe vn´ım´a okoln´ı pˇredmˇety.
´ KAPITOLA 3. UPRAVY OBRAZU
4
3.4
Histogram
Histogram je graf, kter´ y v´am d´a pˇrehled o tom, kolik pixel˚ u je na vaˇsem sn´ımku obsaˇzeno ve ˇsk´ale od nejtemnˇejˇs´ı do nejvˇetˇs´ıho jasu; b´ yv´a ve v´ ybavˇe lepˇs´ıch editor˚ u a velmi dobr´ ych fotoapar´at˚ u. Jeho hlavn´ı vyuˇzit´ı je pˇri kontrole expozice dan´e fotografie a jej´ı dalˇs´ı u ´pravˇe v poˇc´ıtaˇci. Na mal´em display digit´aln´ıho fotoapar´atu je tˇeˇzko rozeznateln´a spr´avn´a ˇci ˇspatn´a expozice, proto se v lepˇs´ıch fotoapar´atech zobrazuje histogram. Pokud tuto funkci ve fotoapar´atu nem´ate, nab´ız´ı se moˇznost zpˇetn´e u ´pravy histogramu ve vhodn´em poˇc´ıtaˇcov´em programu (napˇr. Photoshop, Gimp – free software). Jak tedy rozpoznat spr´avnˇe exponovanou fotografii? Mus´ı obsahovat vˇsechny u ´rovnˇe jasu. Je vˇsak nutn´e si d´at pozor na sn´ımky, kter´e jsou tmavˇs´ı a obsahuj´ı pouze mal´e mnoˇzstv´ı svˇetl´ ych pixel˚ u (viz obr. 3.4).
Obr´azek 3.4: Tmav´ y obr´azek pokoje a jeho histogram ˇ Spatnˇ e naexponovan´e sn´ımky maj´ı silnˇe zastoupeny pouze nˇekter´e z krajn´ıch hodnot (b´ıl´a vpravo nebo ˇcern´a vlevo v grafu) jak je vidˇet na obr. 3.4. Pro barevn´e fotografie jsou vˇetˇsinou uk´az´any tˇri histogramy pro kaˇzdou z barevn´ ych sloˇzek RGB. V´ ysledn´ y jasov´ y diagram cel´e fotografie se vypoˇc´ıt´a podle vztahu Jas
=
0.3 R + 0.59 G + 0.11 B
U barevn´ ych fotografi´ı si je nutn´e d´avat pozor na pˇreexponov´an´ı pouze jedn´e barvy, kter´a ve v´ ysledn´em jasov´em diagramu nemus´ı b´ yt poznat, nebot’ ve v´ ypoˇctu jasu m´a jen 30-ti procentn´ı vliv.
Obr´azek 3.5: RGB histogram
´ 3.5. KONTROLN´I OTAZKY
5
Obr´azek 3.6: Histogram ˇspatnˇe naexponovan´eho obr´azku – podexponovan´ y a pˇreexponovan´ y obr´azek
Shrnut´ı Histogram je graf, kter´ y zobrazuje poˇcet jednotliv´ ych jasov´ ych stupˇ n˚ u v obr´azku. Pokud m´ate fotoapar´at se zobrazen´ım histogramu, snaˇzte se, aby pro vaˇse fotky vypadal podobnˇe jako na obr. Kdyˇz tuto funkci nem´ate, zkontrolujte si histogram fotografi´ı v programu v poˇc´ıtaˇci a upravte jej na ide´aln´ı tvar.
Obr´azek 3.7: Histogram ide´aln´ı expozice
3.5
Kontroln´ı ot´ azky
1. Co je to warping? 2. Popiˇste princip morfingu. 3. Co znamen´a zkratka HDR? 4. Kdy vznikaj´ı obr´azky s HDR? 5. Co je to histogram? 6. Jak se d´a histogram vyuˇz´ıt pˇri u ´pravˇe fotografi´ı?
´ KAPITOLA 3. UPRAVY OBRAZU
6
3.6
Literatura
´ Uprava barev http://www.root.cz/clanky/programujeme-jpeg-transformace-apodvzorkovani-barev/ Warping a morphing http://herakles.zcu.cz/~jparus/diploma-cz.php (ˇ cesky) http://www.cs.cmu.edu/~german/research/ImageWarping/imagewarping.html http://www.blackbeltsystems.com/mdemos.html (demo uk´ azky) http://www.ababasoft.com/mindconcentration/morfing.html (morfing frakt´ al˚ u) Pr´ ace s obr´ azky s HDR http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/high-dynamic-range.htm http://www.cis.rit.edu/mcsl/icam/hdr/ Histogram http://www.fotografovani.cz/art/fotech_df/histogram.html http://www.digineff.cz/cojeto/ruzne/histogram.html http://www.digineff.cz/cojeto/histogram/histogram1.html http://fotoroman.cz/techniques2/exposure_histo.htm#Jas%20(Brightness)
