Особенности изменения яркости и контраста цифровых изображений

1. Линейное изменение яркости и контраста. При линейном изменении яркость и контраст в большинстве графических про­грамм (например, в программе Adobe Photoshop) оптимизируются одновременно и объединены одним диалогом.

Для линейного изменения яркости и контраста нужно выбрать из меню Изображение команду Коррекция и включить функцию Яр-

кость/Контраст. Затем в открывшемся диалоговом окнезадать нужное значение яркости и контраста¹ (рис. 209).

Рис. 209. Изображение, подвергнутое обработке, и диалоговое окно линейного изменения яркости и контраста

В диалоговом окне Яркость/Контраст всего две полосы, в ко­торых перемещением движков изменяют яркость и контраст. Для того чтобы изображение сделать более светлым, движок значения яркости перемещают вправо, более темным — влево. Аналогично увеличивают и уменьшают общий контраст изображения.

Данная функция изменения яркости и контраста позволяет пред­варительно оценить эффект обработки, для этого в диалоговом окне должен быть включен флажок Просмотр. В случае, если результат обработки устраивает пользователя, то нажимают кнопку Да.

При линейной коррекции яркость каждого элемента увеличива­ется на фиксированную величину. Например, указывая в про­граммном диалоге величину 10 единиц, программа должна следить

Команды и функции по обработке изображений приведены для программы Adobe Photoshop версии 4. 0. В более современных версиях программы названия команд и функций по обработке изображений могут отличаться.

за тем, чтобы интервал яркостей не выходил за верхний (255) и нижний (0) пределы.

Линейное изменение яркости и контраста при значительной сте­пени коррекции приводит к потере деталей изображения. Так, при выявлении деталей в светах они теряются в тенях и наоборот. Приемлемые результаты получают при небольшой коррекции ярко­сти или же, когда действие изменения ограничивается определен­ным диапазоном яркостей.

Кроме того, при линейном «осветлении», т. е. увеличении ярко­стей всех градаций на одну величину, не учитывается физиология зрения человека.

Человек воспринимает изменения яркости почти логарифмиче­ски, и поэтому, чтобы добиться равномерного осветления, адекват­но учитывающего физиологию зрения человека, его следует произ­водить нелинейно, например в соответствии с экспоненциальной (показательной) функцией. При этом потери информации будут уменьшаться.

2. Нелинейное изменение яркости и контраста. Нелинейно изменять яркость и контраст можно, используя различные функции:

— функция «Кривые», позволяющая изменять яркость и кон­
траст с помощью градационной кривой или таблицы сопоставления
значений;

— функция «Уровни», изменяющая яркость и контраст:

а) глобально, с помощью гамма-характеристики;

б) селективно, для «светов», теней и средних тонов изображения.
Такие стандартные функции имеются в каждой современной

программе обработки изображений, например в программе Adobe Photoshop.

А. Изменение яркости и контраста с помощью градационной кривой.

Яркость и контраст цифровых изображений можно изменять произвольно, задавая вид градационной кривой.

Для того чтобы воспользоваться этой функцией, нужно в меню Изображение выбрать команду Коррекция и включить функцию Кривые. При этом откроется диалоговое окно (см. рис. 200), в кото­ром нужно задать вид градационной кривой для обрабатываемого изображения.

При этом необходимо на графике зафиксировать точки, которые будут ограничивать корректируемый участок тонового диапазона, например область «светов». Для этого подводят курсор к опреде­ленной точке на градационной кривой и, нажав левую кнопку мыши, фиксируют ее. Далее в отмеченном диапазоне графика изменяют вид градационной кривой до получения требуемого результата.

Под графикам представлены две кнопки инструментов для по-строения кривых: слева — инструмент для работы с гладкой кри­вой, справа — для работы с произвольной кривой. Чем больше угол наклона градационной кривой к горизонтали, тем выше кон­траст изображения.

Если результат обработки устраивает пользователя, то нажи­мают кнопку Да в диалоговом окне.

На рис. 210 представлены обработанное изображение и вид градационной кривой, позволяющие получить более светлое изо­бражение и выявить детали в области теней.

[ZGLZJ

Рис. 210. Изображение, подвергнутое обработке, и диалоговое окно функции Кривые

На рис. 211 представлено обработанное изображение и вид градационной кривой для получения более темного изображения с повышением различаемое™ в светлых его участках.

WA

тшщ.

Кзмал РЛВ

	!°Н
! ж, |
Отп?нть |
3arpt<:tfrt j
Co.-paH.frt |
j'
Авто |
\г	,-г	-■'I

W Просмотр

Рис. 211. Изображение, подвергнутое обработке, и диалоговое окно функции Кривые

Не всегда следует создавать заново градационную кривую для однотипных изображений, при известной степени коррекции пра­вильней сохранять градационные кривые и при необходимости их

загружать для таких изображений. В графическом редакторе Adobe Photoshop такая функция предусматривается.

Б. Изменение яркости и контраста глобально с помощью гамма-характеристики. Для изменения яркости и контраста с по­мощью функции Уровни нужно выбрать из меню Изображение ко­манду Коррекция и включить функцию Уровни. На экране откроется диалоговое окно Уровни, в котором представлена гистограмма рас­пределения яркостей в изображении. С помощью графической за­висимости — гистограммы — можно наглядно и объективно оце­нить распределение яркостей в изображении. При этом по оси X откладываются значения яркостей, а по оси Y — количество эле­ментов изображения, имеющих соответствующее значение яркости (рис.212).

Канап j RGB Входные значения:

Выходные значения.

,#,* * Г # <У

J |>/ iiipOCMOTpj

Рис. 212. Диалоговое окно функции Уровни

Оптимальными являются те изображения, в которых присутст­вуют все яркости и нет областей преобладающих яркостей.

Затем в открывшемся диалоговом окне нужно задать определен­ное значение гаммы. Сделать это можно двумя путями: непосредст­венно набрать в диалоговом окне соответствующее численное значе­ние или передвинуть влево или вправо средний движок на шкале

Входные значения в диалоговом окне Уровни. Если результат об­работки устраивает пользователя, то нажимают кнопку Ла.

Значение гаммы цифрового изображения определяет контраст в средних тонах изображения (аналогично коэффициенту контраст­ности традиционного фотоматериала). Если ее значение увели­чить, светлая зона тонов увеличится, а при уменьшении наоборот изображение затемняется. При значении гаммы больше 1 изобра­жение светлеет (рис. 213), а при значении меньше 1 —темнеет (см рис. 214).

Рис. 213. Изображение, подвергнутое обработке, и диалоговое окно функции Уровни при значении гаммы 1,5

Рис, 214. Изображение, подвергнутое обработке, и диалоговое окно функции Уровни при значении гаммы 0,5

Применение функции Уровни позволяет производить сжатие диапазона яркостей, при котором значения яркостей не достигают предельных значений. И это особенно важно для сохранения каче­ства изображения, в то время как при линейном «осветлении» чис­то черный цвет теряется.

Если задать значение гаммы, например, 1,5, минимальные раз­личия яркостей в области нижних градаций (теней) становятся большими, чем в области верхних градаций.

Это эквивалентно повышению контраста в местах изображения с меньшей яркостью, что, в свою очередь, способствует выявлению деталей в области теней.

Таким образом, при глобальном изменении контраста яркости теней и светов формируются автоматически. Они непосредственно зависят от выбранного значения контраста для средних тонов.

В. Селективное изменение яркости и контраста изображений с использованием гамма-характеристики. Функция Уровни позво­ляет также селективно (выборочно) изменять яркость и контраст участков изображения с максимальными, минимальными и средни­ми значениями яркостей. При этом необходимо задать определен­ное значение гаммы для этих элементов изображения (светов, те­ней и средних тонов).

Применение данной функции позволяет исключить все значения яркостей ниже задаваемого порогового значения, приблизить их к черному тону. Аналогично устраняют нежелательные помехи на светлом фоне. Действие данной функции подобно фотографиче­скому методу экспонометрическои дискриминации помех, когда из изображения исключаются детали — помехи в областях недодер­жек или передержек негатива.

Для такой обработки изображения нужно в диалоговом окне Уровни в первую очередь задать определенное значение гамма, а затем указать пороговое значение теней или светов, передвигая левый или правый движки на шкале Входные значения.

На рис. 215 представлено изображение, где с помощью функции Уровни удалось убрать мешающий серый фон.

*.ли,е.. ZZZ 3, (v,it. -i

Рис. 215. Изображение, подвергнутое обработке, и диалоговое окно функции Уровни

Функцию Уровни лучше всего применять для заключительной коррекции изображения.