Гистограмма изображения: Гистограммы цифровых камер: цвет и контраст

Содержание

Гистограммы цифровых камер: цвет и контраст

Понимание гистограмм изображений является, вероятно, наиболее важным элементом приобретения навыков работы с изображениями, снятыми цифровой камерой. Гистограмма расскажет вам, правильной ли была экспозиция изображения, является свет жёстким или мягким, и какие изменения сработают наилучшим образом. Это повысит ваши умения не только в компьютерной обработке, но и как фотографа.

В каждом пикселе изображения содержится цвет, который образован некоторой комбинацией первичных цветов: красного (R), зелёного (G) и синего (B). Каждый из этих цветов имеет значение яркости в диапазоне от 0 до 255 для цифрового изображения разрядностью 8 бит. RGB-гистограмма образуется, когда компьютер сканирует все значения яркостей RGB и считает количество яркостей от 0 до 255 в каждом из них. Существуют и другие типы гистограмм, но все они будут иметь базовый вид, аналогичный примеру гистограммы, показанному ниже.

Цвета

Область, в которой находится большинство значений яркости, называется «тональным диапазоном». Тональный диапазон может радикально отличаться от изображения к изображению, и потому выработать ощущение того, как числа соотносятся с яркостями, зачастую критически важно, как до съёмки, так и по её результатам. Не существует «идеальной гистограммы», которой должны соответствовать все изображения; гистограммы должны соответствовать тональному диапазону сцены и замыслу фотографа.

Вышеприведенный пример изображения имеет весьма широкий тональный диапазон, на котором проставлены маркеры для иллюстрации соотношения между уровнями яркостей и элементами изображения. Эта прибрежная сцена имеет очень немного полутонов, но она изобилует тенями и яркими зонами в нижнем левом и верхнем правом углах изображения, соответственно. Это отражается на гистограмме, которая содержит большое число пикселей как на левой, так и на правой границах.

Свет часто не настолько экстремален, как на приведенном примере. В условиях обычного и ровного освещения при правильно подобранной выдержке гистограмма обычно будет показывать максимум в центральной части, спадая в области теней и яркостей. За исключением прямого солнечного света, отражающегося от крыши и окон здания, сцена с лодкой достаточно равномерно освещена. Большинство камер не испытает никаких затруднений с передачей изображения, которое имеет гистограмму наподобие приведенной ниже..

Изображения в высоком и низком ключе

Несмотря на то, что большинство камер в режиме автоматической экспозиции зафиксирует центрированную гистограмму, разброс пиков в гистограмме зависит также от тонального диапазона предмета съёмки. Изображения с перевесом теней называются «низким ключом», тогда как изображения в «высоком ключе» состоят преимущественно из ярких элементов.

Перед тем как сделать снимок, бывает полезно оценить, относится ли предмет съёмки к высокому или низкому ключу. Поскольку камеры измеряют отражённый свет, а не падающий, они не могут оценить абсолютную яркость предмета съёмки. В результате во многих камерах содержатся комплексные алгоритмы, которые пытаются обойти это ограничение и оценить, насколько ярким должно оказаться изображение. Эти оценки часто создают итоговое изображение со средней яркостью в полутонах. Обычно это решение верно, но для сцен в высоком или низком ключе от фотографа может потребоваться скорректировать экспозицию вручную относительно того, что камера сделала бы автоматически. Возьмите за правило применять экспокоррекцию, если средняя яркость предмета съёмки должна оказаться больше или меньше, чем полутона.

Следующий набор изображений мог бы получиться, если бы я использовал автоэкспозицию камеры. Обратите внимание,как среднее число пикселей сдвигается в сторону полутонов.

Большинство цифровых камер лучше воспроизводят сцены в низком ключе, поскольку это предотвращает засветку ярких областей, вне зависимости от того, насколько тёмным может оказаться остальное ихображение. С другой стороны, сцены в высоком ключе зачастую порождают снимки, которые заметно недоэкспонированы. К счастью, недосвет гораздо более простителен, чем пересвет (хотя он и ухудшает соотношение сигнал-шум). Из тех областей, которые в результате переэкспонирования превратились в абсолютно белый, извлечь детали уже невозможно. Когда это происходит, говорят, что произошла «засветка» или «клип».

Гистограмма является хорошим инструментом контроля засветок, поскольку они непосредственно видны на границе диапазона. В случаях, когда в кадре присутствуют отражения от воды или металла, солнце или другие источники яркого света, некоторый небольшой объём засветок может быть вполне приемлем. В конечном счёте количество засветки остаётся на усмотрение фотографа и воплощения его замысла.

Контраст

Гистограмма может также описать степень контраста в изображении. Контраст является измерением разницы яркостей между светлыми и тёмными частями изображения. Широкие гистограммы отражают сцены со значительным контрастом, тогда как узкие гистограммы означают, что контраст снижен, и изображение может оказаться плоским или скучным. Это может быть вызвано любой комбинацией предметов съёмки и условий освещения. Снимки, сделанные в тумане, будут иметь малый контраст, тогда как те, что были сняты в ярком дневном свете, окажутся высококонтрастными.

Контраст может иметь значительное визуальное влияние на изображение, выделяя текстуры, как показано на снимке выше. На высококонтрастной воде тени глубже, а свет более выраженный, порождая текстуру, которая «торчит» из снимка.

Контраст может также варьироваться в различных частях одного снимка как вследствие самих предметов, так и их освещённости. Мы можем поделить снимок с лодкой на три независимых части, каждая со своей собственной гистограммой.

Из всех трёх частей верхняя наиболее контрастна, поскольку снимок сделан при освещении, которое не отражалось сперва от поверхности воды. Это создаёт более глубокие тени под лодкой и её бортами и более яркие тона на освещённых участках. Средняя и нижняя части полностью освещены рассеянным отражённым светом, и потому контраст в них меньше; они соответствуют тем фотографиям, которые могли бы быть сняты в тумане. В нижней части контраста больше, чем в средней, несмотря на гладкое и монотонное синее небо, поскольку здесь присутствует сочетание тени и более интенсивного солнечного света. Условия в нижней части создают более выраженные зоны яркости, но всё же ей не хватает глубины теней из верхней части. Сумма гистограмм всех трёх частей создаёт гистограмму, приведенную ранее.

За дальнейшей информацией о гистограммах обратитесь ко второй части данной статьи:
«Гистограммы: яркость и цвет»

Гистограмма изображения—ArcGIS Pro | Документация

Гистограмма изображения визуально суммирует распределение непрерывной числовой переменной через измерение частоты, при которой определенные значения появляются в изображении. Ось x в гистограмме изображения представляет собой числовую линию, которая показывает диапазон значений пикселов изображения, который был разбит на несколько диапазонов или групп. Для каждой группы показывается столбец, толщина этого столбца представляет плотность числового диапазона в группе, а высота столбца представляет число пикселов, попавших в этот диапазон. Понимание распределения данных – это важный момент в процессе их изучения.

Переменная

Для гистограммы изображения нужна одна непрерывная Числовая переменная по оси x, состоящая из значений пикселов выбранного канала изображения.

Преобразование

Некоторые аналитические методы интерполяции требуют нормального распределения данных. Если данные сдвинуты (распределение несимметрично), то может понадобиться преобразовать данные к нормальному распределению. Гистограммы позволяют вам оценить эффект логарифмического преобразования и преобразования по методу квадратного корня на распределение данных. Для справки, вы можете добавить график нормального распределения поверх гистограммы, включив отметку Показать Нормальное распределение на панели Свойства диаграммы.

Логарифмическое преобразование

Логарифмическое преобразование часто используется, когда данные смещены в положительном направлении и присутствует мало очень больших значений. Если эти большие значения расположены в наборе данных, логарифмическое преобразование поможет сделать дисперсию более постоянной и привести данные к нормальному распределению.

Например, распределение со смещением в положительную сторону на диаграмме слева трансформировано в нормальное распределение с использованием логарифмического преобразования на диаграмме справа:

Логарифмическое преобразование можно применять только к значениям больше нуля.

Преобразование по методу квадратного корня

Преобразование по методу квадратного корня похоже на логарифмическое тем, что уменьшает правое смещение набора данных. В отличие от логарифмических преобразований, преобразования по методу квадратного корня могут применяться к нулевым значениям.

Преобразование преобразование по методу квадратного корня можно применять только к значениям больше или равно нулю.

Количество бинов

Количество диапазонов по умолчанию соответствует квадратному корню из общего количества записей в наборе данных. Его можно выровнять, изменив значение Числа бинов на вкладке Данные на панели Диаграма. Изменение количества столбцов позволяют увидеть более или менее детальную структуру ваших данных.

Статистика

Некоторые основные статистические параметры также отображаются на гистограмме. Среднее и медиана отображаются каждое одной линией, по одному стандартному отклонению от среднего (выше и ниже) отображается двумя линиями. Вы можете щелкнуть эти элементы в таблице статистики или легенде диаграммы для включения или выключения их.

Таблица Статистика, которая отображается на вкладке Данные панели Свойства диаграммы, содержит следующую статистику для выбранного числового поля:

Среднее
Медиана
Стандартное отклонение
Количество
Минимум
Максимум
Сумма
Значения NULL
Асимметрия
Эксцесс

Если на слое источнике диаграммы имеется выбранный набор, в таблице статистики будет отображаться один столбец со статистикой по всему набору данных, а другой — только со статистикой выбранного набора.

Если слой источник диаграммы является набором тематических или категорийных данных, а не с полями Переменная Число Value, число ячеек для Суммы вычисляться не будет. Используется по умолчанию. Если вы хотите, чтобы в диаграмме присутствовали вычисления Суммы для числа ячеек, щелкните Переменная и включите опцию Настроить число ячеек.

В таблице статистики имеются элементы управления для включения и выключения на гистограмме линий среднего, медианы и стандартного отклонения, а также для изменения их цвета.

Щелкните правой кнопкой мыши в таблице статистики и выберите Копировать таблицу, Копировать строку или Копировать значение, чтобы скопировать и вставить статистику из Свойств диаграммы в другие окна или приложения.

Оси

Границы по оси Y

Границы по оси Y устанавливаются в соответствии с диапазоном данных по оси Y. Эти значения можно настроить, введя нужные граничные значения по оси. Настройки границ оси можно использовать для сохранения масштаба согласованности диаграммы для сравнения. Щелчок на кнопке сброса вернет граничные значения оси к настройкам по умолчанию.

Числовой формат

Вы можете отформатировать способ отображения числовых значений оси, указав категорию форматирования или задав пользовательский формат. Например, $#,### можно использовать как строку пользовательского формата для отображения денежных значений.

Направляющие

Направляющие или диапазоны могут быть добавлены на диаграммы для ориентировки или как способ выделить важнейшие значения. Чтобы добавить направляющую, перейдите на вкладку Направляющие на панели Свойства диаграммы и нажмите Добавить направляющую. Чтобы нарисовать линию, введите значение, где вы хотите ее добавить. Чтобы задать диапазон, укажите начальное и конечное значения. Дополнительно можно добавить к направляющей текст, указав значение Надпись.

Оформление

Заголовки и описание

Диаграммам и осям присваиваются названия по умолчанию на основе имен переменных и типа диаграммы. Эти значения можно редактировать на вкладке Общие панели Свойства диаграммы. Также для диаграммы можно ввести Описание, которое представляет из себя текстовый блок, появляющийся в нижней части окна диаграммы.

Визуальное форматирование

В активном окне диаграммы становится доступной контекстная вкладка Диаграмма, которая позволяет выполнить визуальное форматирование диаграммы. К параметрам форматирования диаграмм относятся следующие:

Изменение размера, цвета и стиля шрифта, используемого для заголовков осей, надписей осей, текста описания и текста легенды
Изменение цвета, ширины и типа линий сетки и осей
Изменение цвета фона диаграммы

Более подробную информацию о том, как изменить внешний вид вашего графика гистограммы, см. в разделе Изменение внешнего вида диаграммы.

Связанные разделы

Отзыв по этому разделу?

гистограмма изображения | Научные объемные изображения

Гистограмма изображения является графическим представлением количества пикселей в изображении как функции их интенсивности.

Гистограммы состоят из бинов , каждый бин представляет определенный диапазон значений интенсивности. Гистограмма вычисляется путем изучения всех пикселей изображения и присвоения каждого из них бину в зависимости от интенсивности пикселей.

Окончательное значение бина — это количество назначенных ему пикселей. Количество бинов, на которые делится весь диапазон интенсивности, обычно порядка квадратного корня из числа пикселей.

Гистограммы изображений — важный инструмент для проверки изображений. Они позволяют с первого взгляда определить фон и диапазон значений серого. Также можно сразу обнаружить отсечение и шум квантования в значениях изображения.

В одномерной гистограмме, показанной здесь ниже (как и в других связанных примерах), количество пикселей в каждом бине представлено как высотой столбца, так и цветовой шкалой, окрашивающей каждый столбец. Более высокие полосы имеют цвета ближе к красному.

Расширяя эту концепцию гистограммы до нескольких измерений, мы также можем создавать представления двухканальных гистограмм или более.

Гистограмма в мастере Essential

Гистограмма изображения вычисляется и отображается в Huygens Essential в процессе деконволюции.

Этап гистограммы включен только в ознакомительных целях, чтобы вы могли выявить проблемы, которые могли возникнуть во время записи изображения. Это не имеет значения для последующего процесса деконволюции.

См. «Просмотр гистограммы изображения» в дорожной карте Essential Deconvolution для получения соответствующих советов по интерпретации.

Расчет гистограммы изображения

В Huygens Professional его можно вычислить любым из следующих способов:

Выберите изображение, щелкнув его миниатюру в главном окне Huygens. Выберите параметр «Гистограмма изображения» в меню «Правка» (или введите Alt+G ). Гистограмма будет рассчитана с использованием значений по умолчанию.
Откройте рабочее окно выбранного изображения, щелкнув маленькую кнопку с надписью O справа от эскиза изображения. Вы найдете выбор Вычислить гистограмму в Анализе. Это дает вам возможность выбрать процентиль и режим представления.

Tcl-команда, введенная непосредственно на вкладке оболочки Tcl в Главном окне. :

 история yourImageName

для значения по умолчанию. Или вы можете ввести, например:

 yourImageName hist -vAxis lin -perc 25 -tclReturn

В этом примере вертикальная ось находится в линейном режиме (также возможен логарифмический или сигмовидный), процентиль равен 25%. Параметр tclReturn полезен при запуске скрипта Tcl в пакетной обработке, когда для дальнейшей оценки необходимы числовые значения гистограммы.

Процентиль указывает значение, ниже которого встречается данный процент значений. Процентиль соответствует значению с указанной кумулятивной частотой. Некоторые процентили имеют особое значение: значение 50-го процентиля указывает, что половина наблюдений меньше этого значения (а половина больше), что является просто другим названием для медианы

. Другими специальными процентилями являются 5-й и 95-й процентили, оба определяют 90-процентный центральный диапазон, диапазон, в котором центральные 90% всех значений ложь.

Отображение гистограммы

Результаты гистограммы отображаются в виде эскиза в главном окне Huygens Professional. Миниатюра дает вам приблизительное представление о результатах. Открытие миниатюры в расширенном средстве просмотра дает вам доступ к числовому анализу на основе пикселей.

Чтобы получить данные гистограммы в текстовой строке, используйте параметр -exportData в команде гистограммы (при вводе в оболочке Tcl в Pro или Scripting).

См. некоторые примеры гистограмм изображений и их применения в следующих статьях:

Вырезанные изображения
Уровень черного
Двухканальные гистограммы
Тео против опыта PSF

Гистограмма изображения—ArcGIS Pro | Документация

Гистограммы изображения визуально обобщают распределение непрерывной числовой переменной путем измерения частоты появления определенных значений на изображении. Ось X на гистограмме изображения представляет собой числовую линию, которая отображает диапазон значений пикселей изображения, разделенных на числовые диапазоны или интервалы. Для каждого бина нарисована полоса, и ширина полосы представляет диапазон значений плотности бина; высота полосы представляет количество пикселей, попадающих в этот диапазон. Понимание распределения ваших данных — важный шаг в процессе исследования данных.