Istogramma e contrasto

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1 Istogramma e contrasto Laboratorio di Multimedia 1 Modulo Grafica Davide Gadia gadia@dico.unimi.it

2 Istogramma Informazioni sulle caratteristiche dell'immagine Ascisse: I valori di quantizzazione definiti dalla profondità colore Ordinate: Numero di campioni con i valori definiti sulle ascisse

3 Dati statistici Definiamo: a i possibili valori di quantizzazione h(a) il numero di campioni di valore a n p il numero totale di campioni Media: m a = 1 n p a a h a Indicazione su luminosità globale Deviazione Standard : ds a = a h a a m a 2 n p 1 Dispersione dei valori dei pixel attorno al valor medio Indicazione sul contrasto dell' immagine

4 Media e Luminosità globale Immagine chiara (High key) Immagine scura (Low key)

5 Contrasto Rapporto tra zone chiare e zone scure Misura globale Michelson: Misura locale Rizzi et al.: Operazioni su dinamica e contrasto: Equalizzazione dell' istogramma Estensione del contrasto Sogliatura Gain-Offset

6 Contrasto Immagine con basso contrasto Immagine ad alto contrasto

7 Equalizzazione dell' istogramma Histogram equalization Modifica la dinamica e contrasto Applica funzione non lineare e non monotona a valori input Funzione invertibile Immagine output con distribuzione uniforme di valori Istogramma piatto (Flat histogram) Effetto finale poco controllabile e spesso esagerato originale Histogram equalization

8 Estensione del contrasto Contrast stretching In caso di dinamica non completamente sfruttata Aumenta la dinamica nella zona dei mezzi toni Applicando una trasformazione lineare Rende più evidenti i contrasti fra le varie zone dell immagine Effetto meno forte dell'equalizzazione dell'istogramma originale Contrast stretching

9 Sogliatura Thresholding L o ut soglia Più usato come strumento propedeutico alla segmentazione L in

10 Gain - Offset Modifica la dinamica di un immagine moltiplicando per un fattore (Gain) e traslando per una costante (Offset) L out Gain Offset L in

11 Gestione del colore Laboratorio di Multimedia 1 Modulo Grafica Davide Gadia gadia@dico.unimi.it Carlo Gatta

12 Sommario Spazi colore RGB HSV CMYK Gamut mapping Profili ICC Non faremo una trattazione approfondita Concetti già visti in Informatica Grafica!

13 Spazi colore: RGB Spazio colore additivo Utilizzato dai monitor Non esiste un unico spazio RGB! Varie proposte: Diversi gamut Diversi bianchi di riferimento Diversi valori per i primari Diversi valori di Gamma Correction

14 Spazi colore: RGB CIE RGB Definito dagli esperimenti di Wright-Guild Base per lo sviluppo dello spazio CIE XYZ srgb Basato su condizioni tipiche di visione su monitor Approssima il gamut della maggior parte dei monitor Poco gamut nell'area blu-verde Non adatto per stampa professionale Adobe RGB Gamut più esteso nell'area ciano-verde Gamut più adatto per la stampa professionale 50% dei colori definiti da CIE (srgb copre solo il 35%) Wide Gamut RGB Estensione dello spazio Adobe Copre il 77% dei colori CIE

15 Spazi colore: RGB Primari Nome Gamma Bianco rif. x R y R x G y G x B y B CIE RGB 2, 2 E 0, 735 0, 265 0, 274 0, 717 0, 167 0, 009 SRGB 2, 2 D65 0, 64 0, 33 0, 3 0, 6 0, 15 0, 06 Adobe RGB 2, 2 D65 0, 64 0, 33 0, 21 0, 71 0, 15 0, 06 Wide Gamut RGB 2, 2 D50 0, 74 0, 27 0, 12 0, 83 0, 16 0, 02

16 Tinta Sfumatura colore Saturazione Purezza del colore Quantità di tinta pura da aggiungere al bianco per raggiungere il colore percepito Valore Luminosità del colore Particolarmente utile in fase di progettazione! Spazi colore: HSV

17 Spazi colore: CMYK Sintesi additiva Sintesi sottrattiva Sintesi sottrattiva Stampanti Ogni oggetto colorato Assorbe determinate onde luminose ne riflette altre. Le onde riflesse e trasmesse all occhio determinano il colore di quell oggetto.

18 Gamut Mapping Ogni dispositivo ha un proprio spazio colore Diversi valori usati per definire i primari Es: cromaticità fosfori Comunicati dal costruttore Diversi insiemi di valori rappresentabili (gamut) Problema: Convertire i valori da un dispositivo all'altro Gamut Mapping

19 Gamut Mapping: approcci Gamut to gamut: Tabella di mapping (LUT) Da un dispositivo all altro Image to gamut Mappa il gamut dell'immagine nel gamut di destinazione. G 1 : gamut immagine (colori effettivamente presenti nell immagine) G : gamut dispositivo di partenza G 1 G non è necessario mappare tutto G ma un suo sottoinsieme. Algoritmi che sfruttano la conoscenza dell immagine sorgente e non solo del gamut sorgente.

20 Gamut Mapping: classi Spazio-invarianti: Applicano una trasformazione ad ogni colore senza considerare la sua posizione nell immagine e/o quali sono i colori vicini al pixel considerato. Spazio-varianti: Applicano una trasformazione al colore di un pixel che può dipendere dai colori dei pixel vicini. Computazionalmente più oneroso della prima classe Tutt ora argomento di ricerca. Lo standard industriale, al momento, prevede solo algoritmi spazio-invarianti.

21 Diversi passi Combinazione lineare o non di clipping e\o compressione Gamut Mapping: algoritmi

22 Gamut Mapping: algoritmi Clipping: Il colore di un pixel che non si trova nel gamut di destinazione viene trasformato nel più vicino colore disponibile all interno del gamut di destinazione. Il concetto preciso di più vicino è assai complesso e dal punto di vista colorimetrico è un concetto ancora in via di definizione. Per esempio, nello spazio CIELAB, il colore che produce un minore valore della distanza colorimetrica E. Pregi: I colori modificati mantenengono la massima saturazione possibile. Difetti: Due colori diversi del gamut di partenza possono essere identici nel gamut di destinazione Possibile perdita di dettagli dall immagine sorgente

23 Gamut Mapping: algoritmi Compressione: Un insieme di colori di un gamut di partenza viene proiettato nel gamut di destinazione Modificando tutti i colori in modo proporzionale Dopo la compressione, tutti i colori appartengono al gamut di destinazione Pregi: Garantisce che le relazioni fra i colori nel gamut di partenza vengano preservate nel gamut di uscita Difetti: I colori vengono spesso fortemente desaturati Perdita rilevante del contrasto Immagine finale sbiadita o ingrigita

24 Color Management System (CMS) Architettura software Permette di "gestire" i colori tra vari device Componenti di un CMS : Color Management Module (CMM) Obiettivi di rendering Profili che descrivono le periferiche (profili ICC) CMS integrati nei sistemi operativi: Apple ColorSync Microsoft ICM

25 Color Management System: come funziona? Esempio: stampa Passo 1: Converte i colori da RGB (Monitor) in uno spazio colore non dipendente dal dispositivo Profile Connection Space (PCS): CIELAB o CIEXYZ Utilizzando il profilo ICC del monitor. Passo 2: Converte i colori da PCS a CMYK utilizzando il profilo ICC della stampante in uso. Passo 3: Confronta il gamut del dispositivo iniziale e di quello finale (nei rispettivi ICC profile) Esegue il Gamut mapping in funzione dell obiettivo di rendering

26 Color Management System

27 Profili ICC Definisce la conversione tra lo spazio colore nativo e il PCS Tre diversi tipi di profili: Profili di input per periferiche come scanner e camere digitali (input or source profiles). Profili di display per i monitor o schermi piatti (display profiles). Profili di output per stampanti, fotocopiatrici, stampanti per pellicola e dispositivi di stampa industriale (destination profiles).

28 Obiettivi di rendering Percettivo: Applica gamut mapping basato su compressione Preserva le relazioni visive tra i colori Se uno o più colori sono fuori dal gamut dello spazio colore di destinazione, comprime il gamut totale Shifta tutti i colori inclusi quelli già in gamut Adatto per immagini fotografiche e\o pittoriche Saturazione: Applica gamut mapping basato su clipping Mantiene la più alta saturazione possibile Adatto per grafici

29 Obiettivi di rendering Colorimetria assoluta: Modifica solo i colori che non fanno parte del gamut di destinazione Utilizzando un clipping per i restanti colori. Utilizzato quasi esclusivamente per simulare a schermo il risultato, ad esempio, del mapping finale che si ottiene su una stampa (soft proofing). Colorimetria relativa: Agisce come l intento precedente Aggiunge una correzione del bianco Il bianco del gamut di partenza verrà a coincidere con il bianco del gamut di destinazione. Viene normalmente utilizzato per stampare pochi colori Evitare che vi siano alterazioni nel colore dovute a diversi bianchi dei dispositivi. Importante nel caso di colori aziendali o legati ad un brand.

30 Color Management System: pregi e difetti Pregi: Utilizzo di uno spazio device-independent garantisce un enorme modularità al sistema Linguaggio comune definito appunto dal PCS Difetti: Algoritmi di gamut mapping sono: gamut-to-gamut. spazio-invarianti contenuti nei profili ICC sono previsti solo 4 intenti Il sistema è rigido rispetto all introduzione di nuovi algoritmi Limiti dovuti a: Limiti computazionali ai tempi della stesura dello standard Necessità di avere processo rapido da eseguire

31 Gamut mapping: sviluppi futuri Ricerca scientifica propone soluzioni più avanzate di quel che lo standard industriale prevede. Algoritmi image-to-gamut Algoritmi spazio-varianti.