Гистограммы

Гистограммы.

Гистогра́мма (от греч. histos, здесь столб + grámma — черта, буква, написание) — способ графического представления табличных данных.

Гистограмма представляет собой графическое изображение зависимости частоты попадания элементов выборки от соответствующего интервала группировки.

Гистограмма в фотографии — графическое представление распределения яркостей фотоснимка.

Изучив гистограмму, можно получить общее представление о правильности экспозиции, контрасте и цветовом насыщении снимка, оценить требуемую коррекцию как при съёмке (изменение экспозиции, цветового баланса, освещения либо композиции снимка), так и при последующей обработке.

Обычно на экране цифрового фотоаппарата показывается лишь гистограмма светлоты, а гистограмма для всех цветовых каналов  доступна уже на компьютере, в приложениях для обработки растровой графики.

Гистограмма представляет собой график распределения тонов в изображении. По горизонтали отложены градации яркости: крайняя левая точка соответствует черному цвету, крайняя правая — белому. По вертикали отображается количество пикселей соответствующей яркости. Оценив по гистограмме количество светов и теней в полученном изображении, можно определить, правильно ли выбрана экспозиция, и при необходимости внести поправки.

Рассмотрим на конкретных примерах возможности этого инструмента.

Фото 1. Видно, что снимок не имеет участков, в которых потеряны детали. Гистограмма подтверждает это: достаточно ровный, без резких всплесков график имеет вид относительно ровного «холма», который протянулся от левого края нижней оси до правого. Такой тип гистограммы означает как наличие ярких и темных областей на снимке, так и широкого спектра полутонов. Эта фотография не требует коррекции. Что произойдет, если мы скорректируем параметры экспозиции? Гистограмма будет уходить вправо или влево, иллюстрируя то, что на снимке потеряны либо светлые, либо темные тона.

Рекомендуемые материалы

Фото 2. Гистограмма этого снимка тоже занимает всю координатную сетку, однако график отличается от предыдущего. На снимке имеется малое количество полутонов. Пики, относящиеся к темным и светлым областям, и провал между ними характеризуют снимок как контрастный. Но, поскольку график дает лишь количественное распределение тонов, никак не отображая распределение пикселей на фотографии, определить контрастность снимка с помощью гистограммы достаточно сложно. Разумеется, как и в предыдущем случае, изменения в экспозиции ухудшат фотографию.

Фото 3. На снимке нет очень ярких или очень темных областей. Диапазон яркостей такого кадра достаточно мал, и гистограмма будет иметь вид сжатого по горизонтали «холма», который значительно не доходит до краев поля графика. Подобная гистограмма характерна для слабоконтрастных снимков. Такой вид диаграммы не означает, что на снимке будут области с потерянными деталями, ведь матрица фотоаппарата в этом случае способна запечатлеть весь диапазон яркостей. Однако следует внимательно отнестись к тому, в какой части графика будет находиться гистограмма. Для объектов, слабо отражающих свет (к примеру, черная одежда, глубокие тени), гистограмма должна быть смещена ближе к левому краю координатной сетки, для средне-серых (типичный пример: листва, трава) — располагаться в районе центра и, наконец, для объектов с хорошей отражающей способностью (например, белое платье невесты) гистограмма должна тяготеть к правому краю.

Если график находится в неправильной части поля, следует внести экспокоррективы. Для смещения гистограммы влево поправки должны быть отрицательными, а для смещения вправо — положительными. Коррекцию рекомендуется делать, изменяя значение выдержки, поскольку при диафрагмировании объектива произойдет изменение глубины резко изображаемого пространства.

Разновидностью данного типа гистограммы является узкий «холм», частично ушедший за пределы координатной сетки в темную или светлую область. При введении соответствующих поправок гистограмма примет надлежащий вид, целиком уместившись на поле графика.

Фото 4. График гистограммы не сходит на нет у краев поля — он выходит за пределы координатной сетки. Такая ситуация возникает в том случае, когда диапазон яркостей снимаемого объекта больше диапазона, воспринимаемого матрицей фотоаппарата. Это самый неприятный случай. Придется выбирать, потерять детали в тенях или в свете. Одним из способов решения такой проблемы является создание снимков с широким динамическим диапазоном (HDR). Для этого необходимо сделать несколько снимков, различающихся только экспозицией. Затем с помощью специального программного обеспечения кадры объединяются в один снимок, не имеющий провалов в тенях и свете.

Следует помнить, что внесение поправок в экспозицию возможно всегда, но не всегда обязательно — это зависит от художественного замысла фотографа. Кроме того, заметим, что дальнейшую коррекцию, например контраста, в Photoshop проще проводить у фотографий, гистограмма которых относится к первому типу. Разумеется, отредактировать можно любой снимок, однако первый вариант гистограммы позволит изменять вид графика с меньшими усилиями.

В заключение стоит отметить тот факт, что не существует «правильной» гистограммы. Все зависит от изображаемого объекта. Гистограмма лишь инструмент, позволяющий в процессе съемки избавиться от ошибок в экспозиции либо свести их к минимуму, не более. Так, например, у фотографии Анселя Адамса Moon and Half Dome гистограмма смещена в область темных тонов, что никак не отражается на уровне фотографии. Один и тот же тип гистограммы может быть как у плохого снимка, так и у гениального.

Ансель Адамс. Moon and half dome

Большинство снимков может быть откорректировано посредством оценки гистограммы. Каждый пиксель на изображении может быть установлен любым из 256 уровней яркости от абсолютно черного (0) до абсолютно белого (255). Итак, гистограмма является графиком, который показывает, как распределяется 256 уровней яркости по изображению.

В Photoshop CS палитра Histogram [Гистограмма] делается видимой посредством меню Window >Histogram [Окно >Гистограмма] (рис. 5.11).

Рис. 5.11. палитра Histogram [Гистограмма]

Здесь представлена гистограмма в Режиме просмотра всех каналов [All Channels View], с активной функцией показа статистики по изображению (Show Statistics)

Строка Channel [Канал] позволяет выбрать режим просмотра. Так, например, вы можете установить режим просмотра только Красного канала (Red), или выбрать Luminosity [Яркость], для отображения гистограммой значений интенсивности составного канала, или Color [Цвет], для просмотра индивидуальных цветных каналов в цвете. Обычно это используется, когда вам требуется использовать режим Compact View [Компактный вид], но необходимо постоянно видеть определенное распределение оттенков по изображению.

Как читать гистограмму?

Левая часть гистограммы показывает распределение теней, средняя часть — среденетоновые цвета. В данном примере легко заметить, что на изображении темные и светлые участки распределены приблизительно равномерно, тем не менее, имеется темный участок, о чем свидетельствует подъем диаграммы в левой части. Чем выше диаграмма, тем оттенки более выражены.

Например, фотография с невысокой контрастностью будет иметь распределение пикселей с более низким динамическим диапазоном, т.е. диаграмма будет уже. Убедитесь в этом, выполнив команду Image >Adjustments >Brightness/Contrast [Изображение >Настройка >Яркость/Контраст]. Попробуйте изменять параметр Contrast [Контрастность]. Статистическая часть гистограммы в себя включает следующие пункты:

Mean [Среднее] — представляет средние значения интенсивности.

Standard deviation (Std Dev) [Стандартное отклонение] — показывает, как сильно изменяются значения интенсивности.

Median [Медиана] — представляет средние значения интенсивности в диапазоне значений интенсивности.

Pixels [Пиксели] — показывает какое количество пикселей было использовано для подсчета гистограммы.

Level [Уровень] — отображает область уровня интенсивности, расположенного под указателем.

Count [Индекс] — показывает общее количество пикселей, соответствующих уровню интенсивности ниже области под указателем.

Percentile [Перцентиль] — отображает совокупное число пикселей в или ниже уровня под указателем.

Cache Level [Уровень Кеша] — показывает, что текущий кэш изображения обычно создает гистограмму.

Если Use Cache [Кэш Использования] для опции Histograms выбран в Memory and Image Cache preferences [Память и установки Кэша Изображения], то гистограмма отображается быстрее. Первоначальное изображение – является кешем первого уровня. Каждый уровень, расположенный выше данного составляет в среднем четыре смежных пикселя ниже, чтобы получить отдельный пиксель, так что каждый уровень равен половине измерений (1/4 пикселей) первого, расположенного ниже.

Корректировка изображения.

С помощью гистограммы легко определить темную тень изображения и самые яркие подсветки, которые называются черной точкой и белой точкой. Фактически это диапазон между двумя точками, который и определяет тональный (он же динамический) диапазон распределения темных и светлых участков. Корректировку изображения в Photoshop можно проводить с помощью Levels [Уровни] (Image >Adjustments >Levels [Изображение >Настройка >Уровни]). Здесь вам дается возможность регулировать яркость изображения пятью ползунками (рис. 5.12).

Рассмотрим корректировку на конкретном примере (рис. 5.13). Из гистограммы видно, что на изображении преобладают темные тона, оно достаточно плохо освещено, яркость всех каналов занижена. После беглой оценки общего вида диаграммы, надо перейти к рассмотрению каждого канала в отдельности, воспользовавшись функцией расширенного просмотра All Channel View [Просмотр всех каналов] (рис. 5.14).

Рис. 5.13. Исходное изображение

Выполняем команду Image >Adjustments >Shadow/Highlights [Изображение >Настройка >Тени/Подсветки] и выставляем

Shadows [Тени] — 100%

Highlights [Подсветки] — 0%

На палитре можно наблюдать смещение диаграммы в сторону светлых оттенков (вправо).

Цвета на фотографии выглядят неестественно, необходимо добавить зеленых цветов. Для этого выполните команду Image >Adjustments >Levels [Изображение >Настройка >Уровни], сделайте активным синий канал (Blue) и передвиньте правый ползунок, расположенный под гистограммой влево (Input Levels [Входные уровни] 29), легко заметить, что, затемняя таким способом данный канал, увеличивается содержание зеленых оттенков на изображении.

Остается только добавить содержание красного, путем ослабления яркости Зеленого канала (Green). Итак, делаем активным канала Green [Зеленый] и передвигаем правый нижний ползунок влево (Output levels [Выходные уровни]: 247).

Все, цвета приведены в норму, изображение откорректировано. Безусловно, абсолютно ярким это изображение не сделаешь, да и в принципе не надо, потому что цветовое распределение оттенков должно соответствовать реальному положению вещей. Так, в данном случае это лес, деревья, маленький кусок неба, фотография в таких условиях не может быть яркой, поэтому в данном случае необходима была корректировка в сторону

Для сравнения посмотрите гистограммы на рис. 5.14.

Рис. 5.14. Гистограммы до корректировки и после

 Оптимизация тонового диапазона и быстрая коррекция цвета изображения.

При съёмке цифровыми фотоаппаратами часто возникает проблема, когда в тоновом диапазоне изображения не хватает тёмных или светлых тонов. Оптимальным является такой тоновой диапазон, в котором самые тёмные области являются чёрными, а самые светлые — белыми. В программе Adobe Photoshop тоновой диапазон можно корректировать с помощью диалогового окна Levels (Уровни).

Еще одной распространённой ситуацией является не совсем точная передача цвета на фотографии, что может объясняться многими причинами. Наиболее быстрым, хотя не всегда самым качественным способом коррекции цвета, является команда Auto color (Автоматическая цветовая коррекция).

Для демонстрации возможностей графического редактора возьмём фотографию подарочного набора конфет «Дед мороз» кондитерской фабрики «Коммунарка» (рис. 5.17.). Исходная фотография неконтрастная, желтоватая, так как при съёмке в неподготовленном помещении преобладал жёлтый свет.

Чтобы устранить подобные дефекты сначала воспользуемся диалоговым окном Levels (Уровни), выбрав команду Image — Adjustments —Levels (Изображение — Коррекция (Настройки) — Уровни) (рис. 5.16). Перемещая ползунки, добьемся нужного эффекта.

8 Взрывоопасность производств и взрывозащита - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

Рис. 5.16. Диалоговое окно Levels (Уровни)

Затем быстро откорректируем цвет, используя команду Image — Adjustments — Auto color (Изображения — Коррекция (Настройки) — Автоматическая цветовая коррекция). Результат можно видеть на рис. 5.18. Фотография приобрела естественный цвет и нормальную плотность.

Рис. 5.17. Оригинал

Рис. 5.18. Результат