Moje zdjęcia prezentowane na tym wykładzie zostały wykonane przez Martę Nowak

Fotografia cyfrowa wykład podejście programisty Wybrane algorytmy przetwarzania obrazów fotograficznych

Warunki zaliczenia ● Test końcowy sprawdzający znajomość tematów poruszanych na wykładzie ● Jeden lub dwa projekty programistyczne

Co się dzieje po zwolnieniu migawki ? Wykład 1

● Demozaikowanie ● Antyaliasing ● Ustalenie balansu bieli ● Odszumianie ● Wyostrzanie ● Konwersja do odpowiedniej przestrzeni barw ● Podbicie kolorów i inne korekcje ● Korekcja Gamma ● Kompresja i zapis w odpowiednim formacie

Swiatło pada na sensor Jak sensor widzi kolory?

Większość aparatów używa tzw. Color Filter Array

pliki RAW (.cr2,.nef)

Proces rekonstrukcji obrazu z CFA nazywamy demozaikowaniem.

Obraz bezpośrednio z czujnika (za pomocą dcraw)

Obraz bezpośrednio z czujnika (za pomocą dcraw)

Najprostszym sposobem uzyskania zdjecia jest interpolacja liniowa dla każdego koloru osobno.

Aliasing Aliasing występuje kiedy zbyt rzadko próbkujemy szybko zmieniający się sygnał, np. zdjęcie przedmiotu o drobnych szczegółach. Jeśli sygnał ma częstotliwość f to powinniśmy go próbkować z częstotliwością 2f. To jest tak zwane twierdzenie Nyquista.

Liczba próbek: 61 Częstotliwość sygnału: 30

Liczba próbek: 59 Częstotliwość sygnału: 30

Liczba próbek: 51 Częstotliwość sygnału: 30

Liczba próbek: 37 Częstotliwość sygnału: 30

Liczba próbek: 33 Częstotliwość sygnału: 30

Liczba próbek: 17 Częstotliwość sygnału: 30

Aliasing

Antyaliasing W aparatach stosuje się filtry dolno przepustowe przed sensorem, eliminują zbyt drobne szczegóły. W praktyce oznacza to rozmycie zdjęcia. Również niektóre algorytmy demozaikowania, mają wbudowane filtry antyaliasingowe.

Balans bieli Kolor przedmiotów zależy nie tylko od ich własności, ale również od koloru światła padającego. Mózg ludzki (może inne też:) posiada zdolność widzenia przedmiotów w przybliżeniu stałym kolorze niezależnie od oświetlenia. To zjawisko nazywa się adaptacją chromatyczną. Czujnik aparatu rejestruje światło takie jakie jest. Dlatego musimy mu „powiedzieć” jakie jest światło. Zwykle podaje się to za pomocą temperatury barwy i tinty.

Temperatura barwy Swiatło o temperaturze T (zwykle podawanej w Kelwinach) to światło emitowane przez ciało doskonale czarne podgrzane do temperatury T. Ciało doskonale czarne to ciało które pochłania całe padające na nie światło

Temperatura barwy

Nie każde źródłó światła da się opisać promieniowaniem ciała doskonale czarnego. Odstępstwa opisuje tinta.

Balans bieli Światło dzienneŻarówka energooszczędna Balans bieli na słońce T: 5000 K tinta: 0

Światło dzienneŻarówka energooszczędna Balans bieli na światło dzienne w cieniu T: 6450 K tinta: -1

Światło dzienneŻarówka energooszczędna Balans bieli na światło żarowe T: 3200 K tinta: +4

Światło dzienneŻarówka energooszczędna Balans bieli na świetlówkę T: 4100 K tinta: +23

Balans bieli Automatyczny balans bieli T: 4000 K tinta: +15 Światło dzienneŻarówka energooszczędna T: 3700 K tinta: +18

Światło dzienneŻarówka energooszczędna Balans bieli dobrany ręcznie T: 3750 K tinta: +1 T: 2450 K tinta: +10

Piękno leży w oku patrzącego

Balans bieli ustalany jest jeszcze przed demosaikowaniem. Następuje to poprzez pomnożenie każdego kanału obrazu przez odpowieni mnożnik. Dlatego dużo trudniej i mniej efektywnie jest ustalić balans bieli dla plików JPEG. Również dlatego, że sygnał w nich jest poddany nieliniowemu przekształceniu. Pliki RAW nie mają ustalonego balansu bieli, a raczej maja tylko zapisane parametry balansu bieli ustawionego w aparacie. Programy do obróbki RAW umożliwiają ustalenia własnego balansu bieli. Korekcja balansu bieli

REKLAM A

Koniec

Szumy Czujnik i wzmacniacze sygnału są elementami elektroniki analogowej, a więc są podatne na szumy. Szumy (głównie termiczne) zależą od: ● Wartości ISO ● Natężenia światła ● rozmiaru pixela (czyli matrycy też)

Szumy ISO 100

Szumy ISO 200

Szumy ISO 400

Szumy ISO 800

Szumy ISO 1600

Szumy ISO 3200

Szumy ISO 3200 Odszumione ISO 3200

Szumy ISO 100 Odszumione ISO 3200

Szumy ISO 3200Odszumione ISO 3200

Szumy ISO 100 Odszumione ISO 3200

Wyostrzanie Zdjęcia tak naprawdę nie da się wyostrzyć (no chyba, że się pracuje dla NASA, lub agencji szpiegowskich). Wyostrzanie polega na zaakcentowaniu krawędzi. Podobno na tej samej zasadzie funkcjonuje malowanie oczu kredką.

Co to jest kolor ?

„Heaven is not a place, it's a feeling” Podobnie jest z kolorem. Swiatło i przedmioty nie mają koloru. Kolor to wrażenie które my odbieramy.

Co to jest kolor ? Jest faktem doświadczalnym, że każde wrażenie koloru można zrekonstruować za pomocą mieszania światła z trzech reflektorów. Współczynniki tej „mieszkanki” mogą być ujemne.

Przestrzenie barw W ten sposób opracowano przestrzeń barw CIE RGB i CIE XYZ. Z tej ostatniej powstała CIExyY. Każdy kolor da się zapisać jednoznacznie przez współrzędne xyY, przy czym xy określają kolor a Y jasność.

Sygnały RGB nie opisują koloru jak długo nie okreśłimy kolorów R,G i B. Dotyczy to zarówno wyświetlanie jak i rejestracji koloru. Składowe RGB definiujemy np. w przestrzeni Cxyz (z=1-x-y). Składowe xyz nie definiują jasności poszczególnych składowych. Dlatego podajemy również punkt bieli, odpowiadający R=G=B

Korekcja Gamma W monitorach CRT (i telewizorach) natężenie światła nie jest proporcjonalne do sygnału (napięcia).

Korekcja Gamma W monitorach CRT (i telewizorach) natężenie światła nie jest proporcjonalne do sygnału (napięcia). Ta nieliniowa zależność musiała być kompensowana przy zapisie| (tworzeniu sygnału).

Korekcja Gamma Ta zasada nie obowiązuje monitorów LCD. Zresztą korzystając z wbudowanych Look Up Tables (LUT) można ich charaktersytykę modyfikować. Nie mniej korekcja Gamma gra ważną rolę umożliwiając zapis sygnału w mniejszej ilości bitów.

Korekcja Gamma Wrażenie wzrokowe (jasność) nie jest proprocjonalne do natężenia światła. Można je przybliżyć jako trzeci pierwiastek z natężenia. Nie wszystkie bity są równie ważne

Korekcja Gamma Wrażenie wzrokowe (jasność) nie jest proprocjonalne do natężenia światła. Można je przybliżyć jako trzeci pierwiastek z natężenia. Zdjęcia są zapisywane po przetworzeniu ich za pomocą podobnych krzywych

Profile ICC Profile ICC mogą być dołączane do plików zdjęciowych i definiują przestrzń barw. W zczególności definiują składowe RGB i punkt bieli. Ponadto definiują transformację użytą do korekcji Gamma. Profile ICC mogą opisywać również urządzenia, np aparaty czy monitory.

Formaty Graficzne: JPEG Joint Photographic Experts Group TIFF 501KB 307KB (LZW) 264KB(ZIP) JPEG 178KB

Formaty Graficzne: JPEG JPEG 40 KB TIFF 501KB 307KB (LZW) 264KB(ZIP)

Formaty Graficzne: JPEG Kompresja JPEG: ● Sygnał RGB jest przekształcany na YCrCb. Y zawiera informacje o jasności, a Cr i Cb o kolorze. ● Sygnał kolorowy jest próbkowany z dwukrotnie mniejszą częstością ● pixele są łączone w bloki 8x8 ● Na każdym bloku dokonywana jest dyskretna transformacja cosinusowa ● Składowe transformacji o wysokich częstościach są zaokraglane ● Całość jest kompresowana kodem Huffmana

DCT

Formaty graficzne: TIFF Tagged Image File Format

Dziękuję Państwu za uwagę.