UNIVERZITET U ZENICI Pedagoški fakultet u Zenici Godina studija: IV Odsjek: Matematika i informatika Student: Mirsad Subašić Broj indeksa: 3566/MI

SEMINARSKI RAD IZ PREDMETA RAČUNARSKA GRAFIKA

- Histogrami slike –

MENTOR: Zenica, 12.2.2007.godine v.as.mr Samir Lemeš

1

Sadržaj: strana

1. Histogram uopšte 2 2. Razumijevanje histograma slike 2

a. Dinamičko područje 5 b. Svjetlomjer 21.vijeka 5

3. Histogram 7 4. Primjeri 9 5. Histogrami jednostavno “jesu” 11 6. Literatura 14

2

Fotoaparati imaju mnogo sistema za mjerenje osvjetljenja. Ti sistemi mogu mjeriti prosjek po cijeloj slici, mogu mjeriti samo u centru, mogu mjeriti s naglaskom na području izoštravanja. Većina fotografa zamišlja samo ugrađeni svjetlomjer. Novi način, koji nam omogućava digitalna tehnika je pregled histograma.

1. Histogram uopšte

Histogram je statistički grafikon. On predstavlja grafički prikaz učestalosti(broja) pojavljivanja posmatranih elemenata u nekom uzorku.

Npr. starosna struktura stanovnika nekog područja može biti predstavljena sljedećim histogramom:

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

broj stanovnika

do 10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 preko

70

starosna dob

2. Razumijevanje histograma slike

Histogram slike prikazuje broj pojavljivanja piksela istog intenziteta boje na datoj slici. Dakle, uzorak je slika a elementi su intenziteti boje.

Vjerovatno da histogram predstavlja najkorisniju alatku dostupnu u digitalnoj fotografiji. Začudo bi se moglo reći i da je ta alatka najmanje shvaćena.

Gotovo svaka digitalna kamera, od najprostije do najsofisticiranije, ima mogućnost prikaza histograma bilo direktno tj. prije slikanja bilo odmah nakon slikanja fotografije (ova druga mogućnost je puno češća).

3

Šta histogram slike može reći fotografu?

Zamislite da fotografiju pretvorite u crno-bijelu, tako da sačuvate informaciju samo o osvjetljenju. Tada tačke podijelite u 256 hrpica: u prvoj su potpuno crne, u zadnjoj potpuno bijele, a one između imaju različite intetnzitete sivog (od najtamnije do najsvjetlije). Zamislite da su sada te hrpice tačaka postali stubići kovanica. Što je više u svakoj hrpici tačaka to je stubac kovanica viši. Te stupce složite tako da su na lijevoj strani oni koji pripadaju crnim, a na desnoj oni koji pripadaju bijelim tačkama. Između, naravno imate stubiće koji predstavljaju sive tonove, složene po svjetloći od lijeva na desno. Napravili ste histogram!

Recimo, da su svi stupci prazni, osim jednog između. To znači da je slika u cijelosti siva, kao da ste slikali sivi list. To se u stvarnosti nikad ne dogodi jer niti jednakomjerno sivi list nije tako jednakomjerno siv da ne bi susjedni stupci odstupali za neku minimalnu vrijednost (najčešće dobijemo u tom slučaju Gausovu krivu – krivu koja opisuje normalnu raspodjelu).

Ali moguće je da su svi prazni osim skroz desnog ili skroz lijevog. Ako ste tako malo osvijetlili da nijedna tačka nije dobila dovoljno svjetlosti da bi postala barem malo siva i sve tačke su potpuno crne, naravno da je histogram sastavljen samo iz lijevog stupca. Ako ih je nekoliko uspjelo dobiti malo sivog tona, histogram se pomakne udesno (takođe ima i nešto tamno sivih) iako još uvijek prevladava prvi. Koliko god je u stvarnosti bilo dovoljno tamno, na slici će biti crno i tako će ostati. To vidimo na trećoj slici.

4

Ni sa kakvom računarskom obradom nećemo moći dobiti informacije o tom dijelu slike koji je zapisan s potpuno crnim tačkama. Svaka informacija koja u histogramu dođe u prvi stubac je izgubljena. Isto, zapravo simetrično objašnjenje vrijedi za sve što se pojavi u zadnjem stupcu. One tačke koje su potpuno bijele i zato sve što je u prirodi dovoljno svijetlo, fotoaparat će zapisati s istom vrijednošću. I tamo su informacije potpuno izgubljene. Nebo

5

na drugoj slici je uništeno i tamo oblake više nećemo moći spasiti. Zato, ako se može, slikajte tako da su prvi i zadnji stubac prazni. Čak i ako je slika pre ili pod osvijetljena, dokle god histogram nema krajnjih stubaca, možete je popravljati. Tako je slikana prva slika.

Kako se najbolje može iskoristiti informacija sa histograma?

2.a. Dinamičko područje

Čip za digitalizaciju slike u kameri je vrlo sličan klasičnom fotoosjetljivom kolor filmu kada biva izložen svjetlosti.

Poput filma za klasične fotoaparate, ako neki dio prima previše svjetlosti on “izgori” a ako je premalo svjetlosti onda pocrni. Prepoznatljivu sliku dobijamo samo ako svjetlost koju hvata čip pada u raspon od oko 5 zona.

(Upamtite – svaki podiok na ekspoziciji znači duplanje ili polovljenje količine svjetlosti koja pada na film. Kod digitalnih aparata dešava se skoro isto, pa je čak i dinamičko područje skoro isto kao i za film za klasične fotoaparate – oko 5 zona. Imajte još na umu da je ukupno područje vrijednosti intenziteta boja koje se postiže u stvarnosti samo oko 10 zona – od najmanjeg svjetla koje možete uočiti pa do najsvjetlije scene na plaži ili na snijegu u kojoj se možete naći.).

2.b. Svjetlomjer 21.vijeka

Slijedi i prvi primjer

6

Canon EOS 1Ds, 16-35mm f/2.8L lens @ 24mm. ISO 200

Ovaj histogram pokazuje gotovo savršenu raspodjelu tonova koja pokriva približno 4 zone dinamičkog područja - od dubokih sjena sa lijeve strane do kratkih svijetlih momenata sa desne strane histograma. Ovo komotno staje u 5 zona dinamičkog područja koje je u mogućnosti registrovati većina čipova za digitalizaciju slike.

Očitanje svjetlomjera govori nam koja ekspozicija će standardnu 18% sivu referentnu kartu (18% sivi list) registrovati kao srednji ton. Ovo očitanje može biti napravljeno jer je kamera očitala razna područja scene i uprosječila ih, ili zato što ste posmatrajući najosvjetljenije dijelove, sjenke i neka druga područja odlučili da bi ta postavka predstavljala najbolju kompromisnu ekspoziciju za tu scenu.

Ta postavka, poput bilo koje druge koju vi ili vaša automatizovana kamera napravite, jeste kompromis. U većini stvarnih situacija ne postoji idealna ekspozicija. Samo postoji ona koja smješta tonalne vrijednosti scene na najprihvatljiviji način uzimajući u obzir mogućnosti čipa za digitalizaciju vaše kamere. A “najprihvatljiviji način” znači da srednji tonovi sa slike ulaze ugrubo na pola puta između najtamnijih i najsvjetlijih vrijednosti.

7

Canon EOS 1Ds, 135mm f/2.0L lens @ ISO 100

Na ovoj slici snimljenoj u 8-bitnom modu (nećemo sada razmatrati 12,14 i 16-bitne modove) postoji 256 pojedinih nivoa intenziteta boje između totalno crnog (0) i totalno bijelog (255). 18% siva (tačka koju svi mjerači ekspozicije mjere) ima numeričku vrijednost od oko 128, na pola puta između crne i bijele. Ako malo razmislite to je sasvim logično. To znači da ako tražite ekspoziciju za jednu prosječnu temu, kao npr. scenu sa ljudima, drvećem, travom itd., ekspozicija će biti otprilike na srednjoj tački dinamičkog područja kamere. Zašto je to važno?

Razlog tome je to što ako je tema izložena preblizu bilo kojeg ekstrema suočićete se sa ograničenjima mogućnosti čipa da zabilježi sliku. Preblizu totalno crne (0) i nećete imati slike ili će ona biti mračna i nejasna, ili preblizu totalno bijele (255) i nećete imati ništa sem prezasićenih piksela bez informacije o slici.

3. Histogram

Ovdje nastupa histogram. To je jednostavan grafik koji prikazuje koji su sve nivoi intenziteta boje zastupljeni na slici, od najtamnijeg do najsvjetlijeg. Ove vrijednosti su nanizane na dnu grafika (na horizontalnoj osi) počevši od krajnje lijeve strane (najtamnije) do krajnje desne strane (najsvjetlije). Vertikalna osa (visina tačaka grafika) prikazuje broj piksela date slike koji se nalaze na datom nivou intenziteta boje.

8

Praktično je izdijeliti intenzitete boja na 5 zona koje skupa predstavljaju dinamičko područje zapisivo pomoću kamera. Tih pet zona su vrlo tamna, tamna, srednja, svijetla i veoma svijetla. Svaka od ovih zona sadrži u sebi nešto preko 50 pojedinih nivoa intenziteta boje (256/5=50,2).

Pogled na stražnji LCD na Canon-u 1Ds prikazuje histogram određenog snimka i iscrtkane vertikalne linije koje je Canon ugradio radi podjele na 5 zona dinamičkog područja koje je dostupno. Kao što možete vidjeti ova slika ima većinu sadržaja ili u sjenama ili u najsvjetlijim dijelovima, sa malo sadržaja u srednjem području.

9

Sada stvari postaju jasnije. Histogram nam pokazuje sasvim malo, i poput kazaljki ručnog analognog sata koji vam jasno pokazuje vrijeme iako se nikad ne opterećujete tačnim numeričkim vrijednostima, tako slično kada se uvježbate u “čitanju” histograma moći ćete gotovo trenutno vrednovati kvalitet ekspozicije koju pravi kamera. Ovo se naročito ispoljava kada je histogram dostupan prije slikanja ili se nalazi odmah do slike, čineći tako grafik mnogo značajnijim. Pogledajmo neke primjere.

4. Primjeri

Kao što je prije spomenuto, sa izuzetkom histograma koji je jače pomjeren prema desnoj strani (preeksponiran), ne postoji “loš” histogram kao ni “dobar” histogram. Histogram jednostavno pokazuje stanje kakvo jeste a na vama je da odlučite šta činiti dalje. Slijede neki primjeri.

10

Ovdje vidimo istu fotografiju napravljenu sa ekpozicijama od oko tri i po podioka (zone osvjetljenja) razlike. Obje su na otvoru blende od f/9. Lijeva je uslikana na 1/2000 sec a desna na 1/200 sec. Histogram slike lijevo je pribijen uz tamni kraj (podeksponirana slika) dok je histogram desne slike pribijen uz svijetli kraj (preeksponirana slika).

Uključujući i današnje digitalne aparate (kao i transparentni film), ne postoji ekspozicija koja bi mogla obuhvatiti puno dinamičko područje ove fotografije — koje iznosi oko 8 zona. Da bi se uradila ova scena, moraju se donijeti neke odluke. Da bi se smjestilo 8 zona široko dinamičko područje u zapis slike koji može podnijeti samo 5 zona imate sljedeće opcije:

— koristiti balansirani ispunjavajući blic na prednjoj strani

— koristiti stepenovani filter neutralne gustoće

11

— napraviti slike sa različitim ekspozicijama i spojiti ih digitalno

— ići kući

Ispunjavajući blic ne bi koristio u ovom slučaju jer je prednji subjekt prevelik i predalek. Stepenovani filteri neutralne gustoće teško da će vam biti pri ruci, a odustajanje nikome ne služi na čast. Umjesto toga dvije prethodno prezentirane slike koje su uslikane sa razlikom u ekspoziciji od tri i po podioka (zone) spojene su digitalno. Naredna slika je rezultat. Nije neka umjetnost, ali služi svrsi.

5. Histogrami jednostavno “jesu”

12

Kao što smo prije spomenuli, uz mogući izuzetak prikaza teže “izgorjelih” najsvjetlijih dijelova, zaista ne postoji histogram koji bismo mogli nazvati lošim.

Histogram ovog snimka pokazuje da su skoro svi podaci sa ove slike u najtamnijim oblastima sa vrlo malom količinom podataka koji prikazuju svijetli mjesec. Međutim, pošto tamna područja nisu visoka skroz na lijevom kraju histograma kao što ni svijetla područja nisu visoka skroz na desnom kraju histograma, tema ulazi u dinamičko područje koje može biti “uhvaćeno”. Detalj u mjesecu je onaj koji “čini” ovu fotografiju.

13

U ovoj slici vidimo sasvim suprotno. Skoro svaka vrijednost registrovana je na desnoj strani histograma, u najsvjetlijem području. Međutim, to je i neophodno da bi se pravilno prikazala bjelina ove snježne scene. Naime, pošto na histogramu nema visokih svijetlih područja na samom desnom kraju, možemo zaključiti da nema “izgorjelih” svijetlih dijelova.

Ne tako davno histogram slike je bio nepoznanica. Danas je on postao cijenjena alatka za fotografe koji žele da izvuku maksimum kvaliteta slike iz svojih digitalnih kamera.

14

Počnite da koristite opciju pregleda histograma na vašoj digitalnoj kameri. Podesite kameru da prikazuje kombinovani pregled niza slika i histograma na svakih 5 do 10 sekundi razmaka između pojedinih slika. Neka vam uđe u naviku da ga pogledate. Radi se o najvećoj invenciji od ugrađenog svjetlomjera.

6. Literatura

- “Understanding Histograms”, Michael Reichmann, http://www.luminous-landscape.com - “Traženje idealnog osvjetljenja na digitalni način”, Jernej Filipčič, http://www.telfon.net