Moderní metody v digitální fotografii

Modernı́ metody v digitálnı́ fotografii
Karel Lemr
Společná laboratoř optiky UP Olomouc a FzÚ AVČR
web: http://jointlab.upol.cz/lemr
email: [email protected]
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
1 / 41
Obsah
1
Základy teorie barev
2
Správa barev
3
Metody při pořizovánı́ fotografie
4
Metody při zpracovánı́ fotografie
5
Software pro zpracovánı́ digitálnı́ fotografie
6
Doporučená literatura
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
2 / 41
Základy teorie barev
Obsah
1
Základy teorie barev
2
Správa barev
3
Metody při pořizovánı́ fotografie
4
Metody při zpracovánı́ fotografie
5
Software pro zpracovánı́ digitálnı́ fotografie
6
Doporučená literatura
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
3 / 41
Základy teorie barev
Barva
Barvou rozumı́me spektrálnı́
charakteristiku světla vycházejı́cı́
z pozorovaného předmětu.
Vnı́mánı́ barev je subjektivnı́,
barvu lze však dobře popsat.
Lidské oko vnı́má barvu pomocı́
třı́ druhů čı́pků citlivých na červenou, zelenou a modrou.
Definovat barvu lze pomocı́ vlastnostı́ lidského oka nebo jiného
detektoru nebo pomocı́ zdroje světla.
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
4 / 41
Základy teorie barev
Barevné modely a prostory
Barevný model je souřadnicový
systém určený k popisu barev.
Barevný prostor je realizace
barevného modelu s nastavenı́m
konkrétnı́ch okrajů souřadnicového
systému.
Prostor CIE 1931 (CIE XYZ):
3 souřadnice odpovı́dajı́cı́ intenzitě
signálu na 3 druzı́ch čı́pků.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:CIExy1931.png
použı́vá se normovánı́,
odstraněnı́ závislosti na absolutnı́ intenzitě.
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
5 / 41
Základy teorie barev
Barevné modely a prostory
Prostor CIE 1976 (CIE LAB):
3 souřadnice
vı́ce zohledňuje vnı́mánı́ barev
L = světelnost
A = osa zelená - červená
B = osa modrá - žlutá
vhodný pro umělecké záměry
http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Lab
color at luminance 75.png
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
6 / 41
Základy teorie barev
Barevné modely a prostory
Barevný model HSV
3 souřadnice
vhodné pro intuitivnı́
práci s barvou
H = odstı́n (duha)
S = saturace (sytost)
V = hodnota (světlost)
Karel Lemr
http://en.wikipedia.org/wiki/File:HSV
color solid cylinder alpha
lowgamma.png
Digitálnı́ fotografie
7 / 41
Základy teorie barev
Barevné modely a prostory
Barevný model RGB (prostory sRGB, AdobeRGB,
ProPhotoRGB):
3 souřadnice
zohledňuje zobrazovacı́
a detekčnı́ systémy
R = červená
G = zelená
B = modrá
spektrum RGB kanálů
nekopı́ruje detekčnı́ křivku
čı́pků
Karel Lemr
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:AdditiveColorMixiing.svg
Digitálnı́ fotografie
8 / 41
Základy teorie barev
Barevné modely a prostory
Barevný model CMY(K) (prostory ISOCMYK + proprietárnı́):
3(4) souřadnice
zohledňuje zařı́zenı́ pro tisk
C = azurová
M = purpurová
Y = žlutá
K = černá (šetřı́ barvu)
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Synthese-.svg
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
9 / 41
Základy teorie barev
Adobe RGB
sRG
v praxi je gamut úzce spjat
s možnostmi zobrazovacı́ho
nebo tiskového zařı́zenı́
B
Gamut určuje rozsah barev,
který daný barevný prostor
dokáže popsat.
ProPho
to RGB
Gamut barevného prostoru
snahou je zobrazit barvy co
nejvěrněji a tedy pracovat
s gamutem pokrývajı́cı́m
viditelné barvy
ne vždy však volı́me barevný prostor s maximálnı́m gamutem
(např. web)
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
10 / 41
Základy teorie barev
Bı́lá barva
Bı́lá barva je taková, která stimuluje všechny druhy čı́pků stejně
Vnı́mánı́ bı́lé je však zatı́ženo schopnostı́ lidského oka se
přizpůsobit na základě zkušenostı́.
Lidské oko si přivykne na různé zdroje a ty pak považuje za bı́lé.
Zdroj světla lze charakterizovat pomocı́ jeho teploty
chormatičnosti (teplota černého tělesa se steným spektrem).
Rozcestnı́k na Amish Acres (3500K, 5500K, 8000K)
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
11 / 41
Základy teorie barev
Dynamický rozsah
Dynamický rozsah určuje
jemnost kroku
v daném barevné prostoru.
Dynamický rozsah detektoru
je určen nejmenšı́m
krokem na souřadnici
v použitém barevném prostoru,
který detektor zaznamená.
V digitálnı́m zápisu je
dynamický rozsah
určen počtem bitů
v dané souřadnici (kanále).
Kostelı́k na ostrově Hven
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
12 / 41
Základy teorie barev
od
ez
va
Gama funkce je matematická
funkce sloužı́cı́ k mapovánı́
intenzity signálu na zobrazenou
barvu.
Intenzita
Nelineárnı́ intenzitnı́ mapovánı́ - gama
Skoky ve světlých odstı́nech
se zvětšı́, aby se mohly zjemnit
skoky ve tmavých odstı́nech.
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
eá
lin
ne
Lidské oko je citlivějšı́ na změny
ve tmavých odstı́nech.
rn
í
Gama koeficient určuje mı́ru
této nelinearity.
Hodnota
13 / 41
Správa barev
Obsah
1
Základy teorie barev
2
Správa barev
3
Metody při pořizovánı́ fotografie
4
Metody při zpracovánı́ fotografie
5
Software pro zpracovánı́ digitálnı́ fotografie
6
Doporučená literatura
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
14 / 41
Správa barev
Správa barev
Správa barev je soubor pravidel
a postupů, které se snažı́ zajistit
věrnost barev při jejich záznamu,
manipulaci i zobrazenı́.
Barevný profil je převodnı́
tabulka vstupnı́ informace
(např. RGB) → barva (podle CIE).
Při přechodu mezi zařı́zenı́mi
se použijı́ jejich barevné profily
podobně jako tlumočnı́ci mezi
různými jazyky.
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
15 / 41
Správa barev
Zásady při správě barev
Udržujme všechna zařı́zenı́ kalibrovaná a profilovaná.
Držı́me zdrojový datový soubor v prostoru s vysokým gamutem
(ProPhotoRGB) a dynamickým rozsahem.
Na web exportujeme v prostoru s obecně zobrazitelným gamutem
(sRGB) a stačı́ 8bit hloubka.
Při tisku volı́me dodavatele, který má dobře řešenou správu barev.
Vhodný formát pro hlavnı́ verzi dat: 16bit TIFF - bezztrátový
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
16 / 41
Metody při pořizovánı́ fotografie
Obsah
1
Základy teorie barev
2
Správa barev
3
Metody při pořizovánı́ fotografie
4
Metody při zpracovánı́ fotografie
5
Software pro zpracovánı́ digitálnı́ fotografie
6
Doporučená literatura
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
17 / 41
Metody při pořizovánı́ fotografie
Fotı́me do RAWu
RAW [z angl. syrový] je formát
obrazových dat před zpracovánı́
procesorem fotoaparátu
RAW nese maximum dostupné
informace (bezztrátový) a je
12-16ti bitový (4096
odstı́nů/kanál)
Rackové na Waren Dunes
Vhodný vstup pro dalšı́ zpracovánı́.
Fotoaparáty majı́ chytré algoritmy, ale nenı́ možné je přesně
konfigurovat pro potřeby daného snı́mku.
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
18 / 41
Metody při pořizovánı́ fotografie
Exposure bracketting
Exposure bracketting je technologie, kdy je v rychlém sledu
pořı́zena série snı́mků s různými délkami expozice.
Umožňuje zvýšit výsledný dynamický rozsah.
Software dokáže data z jednotlivých snı́mků spojit v jeden soubor
s vysokým dynamickým rozsahem (32bit)
Tato technologie je vhodná pro scény s vysokým kontrastem v
intenzitě.
Vánočnı́ stánek v Olomouci
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
19 / 41
Metody při pořizovánı́ fotografie
Panoramatický snı́mek
Panoramatický snı́mek vznikne složenı́m několika různě
posunutých snı́mků.
Zı́skáme snı́mek s většı́m zorným úhlem, než dovoluje objektiv.
Zı́skáme snı́mek s vyššı́m rozlišenı́m, než dovoluje detektor.
Důležité použı́t stejné nastavenı́ u všech snı́mků (expozice,
parametry při zpracovánı́)
Chicago
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
20 / 41
Metody při pořizovánı́ fotografie
Polarizačnı́ filtr
Polarizačnı́ filtr propustı́
pouze jednu lineárnı́ polarizaci.
Za filtrem následuje λ/4 destička,
aby na detektor nedopadala
lineárnı́ polarizace.
Pozor povozy
Tento filtr nelze simulovat při zpracovánı́.
Umožňuje odstranit odlesky od skla, atmosféry nebo vody.
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
21 / 41
Metody při zpracovánı́ fotografie
Obsah
1
Základy teorie barev
2
Správa barev
3
Metody při pořizovánı́ fotografie
4
Metody při zpracovánı́ fotografie
5
Software pro zpracovánı́ digitálnı́ fotografie
6
Doporučená literatura
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
22 / 41
Metody při zpracovánı́ fotografie
Expozičnı́ korekce
Expozičnı́ korekce umožnı́ v omezené mı́ře korigovat nevhodně
zvolený expozičnı́ čas.
Vhodné pouze pro jemné úpravy.
Zavádı́ šum a skokové tónové přechody.
Vánočnı́ stánek v Olomouci
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
23 / 41
Metody při zpracovánı́ fotografie
Vyváženı́ bı́lé
Vyváženı́m bı́lé rozumı́me transformaci barev tak, aby
fotografovanému předmětu, který označı́me za tónově neutrálnı́,
odpovı́dala tónově neutrálnı́ barva.
Nejpřesnějšı́ je použı́t před focenı́m kontrolnı́ snı́mek s šedou
kartou.
Lze využı́t tabelovaných hodnot.
Rozcestnı́k na Amish Acres (3500K, 5500K, 8000K)
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
24 / 41
Metody při zpracovánı́ fotografie
Tónové mapovánı́
Tónové mapovanı́ je proces mapovánı́ intenzity signálu na barvu.
Nenı́ třeba se omezit pouze na samotnou gama funkci.
Posı́lenı́m nelinearity lze snı́žit intenzitnı́ kontrast - vytáhnout stı́ny.
Vagón v muzeu železnice v Mononu
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
25 / 41
Metody při zpracovánı́ fotografie
Pokročilé tónové mapovánı́
Mapovacı́ funkce nemusı́
být monotónnı́.
Lze dosáhnout
nerealistických efektů.
Použı́vajı́ se různé algoritmy
pro snı́ženı́ dynamického
rozsahu s cı́lem zachovat
maximum informace.
Věž na Plumlovské přehradě
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
26 / 41
Metody při zpracovánı́ fotografie
Tónové posunutı́
Pracuje s modelem LAB.
Barvy lze posunout podél os A a B.
Efekty: stará fotografie,
modré osvı́cenı́
Nábřežı́ v Benátkách
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
27 / 41
Metody při zpracovánı́ fotografie
Saturace
Pracuje s modelem HSV.
Změnou S složky se měnı́ sytost barvy.
Efekty: černobı́lý snı́mek, ne(živé) barvy
Socha svobody
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
28 / 41
Metody při zpracovánı́ fotografie
Simulace černobı́lé fotografie
Princip: mapovánı́ N kanálů (typicky 3) na 1 kanál.
Různé mapovacı́ funkce: průměr (R,G,B), L kanál z LAB, V kanál
z HSV
Zámek Hluboká
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
29 / 41
Metody při zpracovánı́ fotografie
Simulace barevných filtrů
Digitálnı́ simulace barevných filtrů v černobı́lé fotografii.
Využijeme model RGB a barevný filtr simulujeme násobenı́ kanálů
odpovı́dajı́cı́mi koeficienty.
Provedeme renormalizaci na celkovou intenzitu.
Zámek Červená Lhota
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
30 / 41
Metody při zpracovánı́ fotografie
Doostřenı́
Lze zvýšit lokálnı́ kontrast v obraze (ostrost).
Existujı́ jednoduché algoritmy: plošná degaussifikace, ale vznikne
mnoho šumu.
Pokročilé algoritmy: selektivnı́ degaussifikace, využitı́ waveletů.
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
31 / 41
Metody při zpracovánı́ fotografie
Korekce šumu
Umožňuje snı́žit množstvı́ šumu v obraze.
Založeno na odstraněnı́ vysokých prostorových frekvencı́.
Snižuje ostrost obrazu.
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
32 / 41
Metody při zpracovánı́ fotografie
Zobrazovacı́ korekce
Lze částečně korigovat některé zobrazovacı́ vady.
Korekce zkreslenı́ - narovnánı́ liniı́.
Změna perspektivy - nevhodný úhel záběru
Korekce vinětace - odstranı́ tmavé rohy.
Korekce chromatické aberace
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
33 / 41
Software pro zpracovánı́ digitálnı́ fotografie
Obsah
1
Základy teorie barev
2
Správa barev
3
Metody při pořizovánı́ fotografie
4
Metody při zpracovánı́ fotografie
5
Software pro zpracovánı́ digitálnı́ fotografie
6
Doporučená literatura
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
34 / 41
Software pro zpracovánı́ digitálnı́ fotografie
Jde to i zadarmo!
Všechny výše uvedené postupy lze realizovat s využitı́m
bezplatného software s otevřeným zdrojovým kódem.
Software je dostupný pro celou řadu operačnı́ch systémů.
Software se dynamicky vyvı́jı́ a poskytuje dalšı́ možnosti.
Nenı́ třeba investovat do drahého vysoce kvalitnı́ho software, který
se ale nevyplatı́ při občasném použitı́.
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
35 / 41
Software pro zpracovánı́ digitálnı́ fotografie
Seznam software
RawTherapee
zpracovánı́ souborů RAW
Gimp - editor obrazu −→
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
36 / 41
Software pro zpracovánı́ digitálnı́ fotografie
Seznam software
Cinepaint - editor s podporou HDR
Hugin - tvorba panoramat
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
37 / 41
Software pro zpracovánı́ digitálnı́ fotografie
Seznam software
PFStools - tónové mapovánı́ HDR → LDR
Imagemagick - CLI nástroje
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
38 / 41
Doporučená literatura
Obsah
1
Základy teorie barev
2
Správa barev
3
Metody při pořizovánı́ fotografie
4
Metody při zpracovánı́ fotografie
5
Software pro zpracovánı́ digitálnı́ fotografie
6
Doporučená literatura
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
39 / 41
Doporučená literatura
Doporučená literatura
David G. Bush: Mastering digital SLR photography
Henry Horenstein: Black and white photography - basic manual
John Beardsworth: Advanced digital black and white photography
John Colett, David Colett: Black and white landscape photography
John and Barbara Gerlach: Digital nature photography
John Hedgekoe: The art of digital photography
Tim Grey: Color confidence - The digital photographer’s guide to
color management.
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
40 / 41
Doporučená literatura
Závěr
Děkuji za pozornost.
Investice do rozvoje vzdělávánı́.
Reg. č. CZ.1.07/2.3.00/09.0042 a CZ.1.07/2.2.00/07.0018
Tato prezentace je spolufinancována evropským sociálnı́m fondem a
státnı́m rozpočtem České republiky.
Karel Lemr
Digitálnı́ fotografie
41 / 41