Гистограммы камер: яркость и цвет

Данная глава призвана помочь вам достичь лучшего понимания того, как яркость и цвет варьируются в изображении, и как это отображается на соответствующих гистограммах. Несмотря на то, что наиболее часто используются гистограммы RGB, для своих целей могут быть более полезны и другие типы.

Рядом с изображением внизу приведены несколько типов гистограмм, которые вам могут встретиться. Наведите курсор на метки внизу, чтобы изменить тип гистограммы цвета. Меняя тип, вы получите соответствующее изображение, которое является чёрно-белым отображением интенсивности соответствующего цвета в изображении. Обратите особое внимание на то, насколько меняются яркости частей изображения, и как цвета каждой части влияют на эту яркость.

Гистограммы яркости

Гистограммы яркости более точны, чем гистограммы RGB в описании воспринимаемого распределения яркости или «освещённости» в изображении. Яркость принимает во внимание тот факт, что человеческий глаз более восприимчив к зелёному свету, чем красному и синему. Посмотрите ещё раз на пример выше, и вы заметите, что уровни интенсивности зелёного цвета наиболее сходны с распределением яркости полноцветного изображения. Это также отражено в том факте, что гистограмма яркости наиболее полно совпадает с гистограммой зелёного. Яркость точно показывает, что следующий ступенчатый градиент становится последовательно светлее, в то время как простое прибавление каждого из значений RGB дало бы аналогичную интенсивность в каждой ступени.

Как строится гистограмма яркости? Для начала каждый пиксель преобразуется так, чтобы представлять яркость, основанную на взвешенном усреднении всех трёх цветов в этом пикселе. Это взвешивание подразумевает, что зелёный представляет 59% воспринимаемой яркости, тогда как красный и синий каналы вносят всего 30% и 11%, соответственно. Наведите курсор на «яркость» на примере внизу, чтобы увидеть, как выглядит этот подсчёт. После преобразования всех пикселей в яркость, гистограмма яркости строится путём подсчёта числа пикселей для каждого из значений яркости, аналогично тому, как строится гистограмма для отдельно взятого цвета.

Важное отличие, которое следует из вышеприведенного расчёта, состоит в том, что гистограммы яркости сохраняют значение в каждом пикселе, тогда как в гистограмме RGB такой информации нет. Гистограмма RGB строит три независимые гистограммы и затем складывает их вне зависимости от того, поступило ли значение цвета из того же пикселя или нет. Чтобы проиллюстрировать это отличие, мы используем изображение, для которого эти два типа гистограмм существенно отличаются.

Вышеприведенное изображение содержит много участков чистого цвета.Внутри каждого участка интенсивность достигает максимума (255),таким образом все они имеют значительные потери в отдельно взятом цвете. Даже несмотря на то, что на изображении нет пикселей абсолютно белого, гистограмма RGB показывает сильные засветки, настолько большие, что если бы это была фотография, она была бы значительно переэкспонирована. Это происходит потому, что гистограмма RGB не принимает во внимание тот факт, что все три цвета никогда не достигают максимума в одной точке.

Гистограмма яркости показывает абсолютно другую картину, на ней нет ни единой точки поблизости от полной яркости. Она также показывает три отдельных пика, по одному на каждый цвет, который был заметно обрезан. Поскольку это изображение содержит больше всего синего, затем красный и меньше всего зелёного, относительные высоты однозначно показывают, где какой цвет. Учтите также, что относительное горизонтальное положение каждого пика определяется в соответствии с процентным соотношением, используемым при взвешенном усреднении в процессе подсчёта яркости: 59%, 30% и 11%.

Так какая гистограмма лучше? Если бы нас интересовали потери цвета, гистограмма RGB наилучшим образом предупредила бы нас о них, поскольку на гистограмме яркости никаких красных флажков не наблюдалось. С другой стороны, гистограмма яркости справедливо отмечает, что в изображении нет ни единого пикселя, который хотя бы приблизился к абсолютно чёрному или абсолютно белому. Каждая из гистограмм имеет своё применение и может быть использована по отдельности или в сочетании. Поскольку большинство цифровых камер показывают только гистограмму RGB, имейте в виду её ограничения. На пальцах, чем более глубокие и чистые цвета содержит ваше изображение, тем больше будут различаться гистограммы яркости и RGB. Уделяйте особое внимание глубоким теням в синем, поскольку вы вряд ли сможете увидеть потери в канале синего на гистограмме яркости.

Гистограммы цвета

В то время как гистограммы RGB и яркости используют все три канала цветности, гистограмма цвета описывает распределение яркостей в отдельно взятом канале. Она может оказаться более полезной при оценке наличия потерь в отдельно взятом цвете.

Лепестки маков освещены прямым солнечным светом, в результате появились потери в канале красного, несмотря на то, что остальное изображение уместилось в динамический диапазон. Участки, где появились потери в канале цветности, теряют всю текстуру, вызванную данным цветом. Однако эти участки могут всё же сохранить некоторую текстуру яркости, если остальные каналы цветности в них не имеют потерь. Потери в отдельно взятом канале зачастую не настолько недопустимы, как потери во всех каналах, хотя всё это зависит от того, что требуется передать.

Гистограммы RGB могут показать, есть ли потери в отдельном канале цветности, но они не скажут вам, в одном канале имеют место потери или во всех. Гистограммы цвета усиливают этот эффект и чётко демонстрируют наличие потерь. Наведите курсор на подписи, чтобы сравнить гистограммы яркости и RGB, а также чтобы увидеть изображение в терминах одного канала цветности или яркости. Заметьте, насколько сильно распределение интенсивности в каждом канале цветности меняется в частях изображения, близких к чистому цвету. Сила и чистота цвета в изображении заставляет гистограммы яркости и RGB существенно различаться.

За дополнительной информацией о гистограммах обратитесь к первой части этой статьи:
«Гистограммы цифровых камер: цвет и контраст»