На главную страницу
Список статей


Преобразование цветных цифровых изображений в черно-белые
(Маленькое ненаучное исследование)

Преобразование цветных цифровых изображений в черно-белые? Что может быть проще! Неискушенный новичок предложит воспользоваться функцией Desaturate, имеющейся практически в любой графической программе. Многоопытный профессионал посоветует выполнить преобразование вручную с помощью одного из стандартных подходов, описанных в руководствах по пользованию пакетом Photoshop.

Время от времени мне доводится участвовать в дискуссиях на тему, какой же метод (фильтр, процедура и т п.) лучше и почему. Эта статья — скорей краткое изложение моей субъективной точки зрения, а не тест. Тем не менее, она размещена в разделе «Маленькие ненаучные тесты», так как аргументация построена в основном на сравнении двух процедур преобразования:

1. автоматического фильтра B/W из пакета PhotoFreebies (plug-in для Photoshop);
2. инструмента Channel Mixer (Photoshop), рассчитанного на творческий подход пользователя.

Другие (хорошо известные и детально описанные в других источниках) способы преобразования изображений в ч/б не упомянуты в данной статье просто потому, что в мои планы никак не входило написание всеобъемлющего и исчерпывающего обзора.

В чём проблема?

Простейшая процедура Desaturate часто не справляется с задачей удовлетворительного преобразования цветных изображений в чёрно-белые в основном по двум причинам:

1. Цветовой контраст не всегда совпадает с контрастом яркостным. Типовой пример: красные титры. На пестром фоне летней листвы такие буквы могут читаться вполне неплохо. Однако при преобразовании картинки в ч/б «читабельность» надписей, выполненных не очень ярким красным цветом, может значительно ухудшиться.

2. На полутоновых изображениях яркостные градиенты, нередко придающие отдельным элементам особую выразительность, воспринимаются по-разному в зависимости от цвета исходного фрагмента.

В традиционной черно-белой фотографии эти проблемы решались с помощью применения цветных светофильтров, позволяющих добиться требуемого тоновоспроизведения цветных объектов. В цветной цифровой фотографии такие задачи целесообразно решать с помощью методов компьютерной обработки.

Рис.1 Исходное тестовое изображение

Проблему с цветными и ч/б контрастами можно проиллюстрировать, например, с помощью тестового изображения, приведенного на рис. 1. Преобразуем его в черно-белое с помощью нескольких программных средств.

Рис. 2 Преобразование с помощью функции Desaturate (Photoshop)

Как видно из рис. 2, применение стандартной функции Desaturate в данном случае приводит к более-менее приемлемому результату. Лишь красный цвет на фоне желтого оказался не достаточно контрастным.

Можно ли получить лучший результат с помощью более продвинутых средств?

Рис. 3 Результат преобразования с помощью фильтра B/W из пакета PhotoFreebies

Пакет PhotoFreebies (рис. 3) позволил получить прекрасный результат, если вести речь о контрастном воспроизведении надписи. Однако, красный цвет в данном случае стал практически черным. При других обстоятельствах этот эффект мог бы оказаться нежелательным. Иными словами, приемлемый контраст не всегда ведет к естественной (или требуемой) передаче полутонов.

Рис. 4 Результат преобразования с помощью Channel Mixer (R = 50%, G = 41%, B = 9%)

На рис. 4 показан результат преобразования с помощью инструмента Channel Mixer. Значения параметров в данном случае неоптимальные. Однако многие руководства рекомендуют их в качестве неплохого начального приближения для дальнейших преобразований.

На мой взгляд, из просмотра изображений, представленных на рис. 2—4, следует лишь один очевидный вывод: разные процедуры дают разный результат. Поэтому на практике желательно не ограничивать себя применением одного единственного инструмента. Особенно это верно в отношении полностью автоматических процедур.

Преобразование реальных фотоизображений

Теперь посмотрим, будут ли различия между методами столь же очевидны, если преобразованию подвергать не тестовый графический файл, а реальное фотоизображение.

 

В качестве тестового фотоизображения возьмем фотографию, показанную на рис. 5. На ней имеются элементы как с очень малым, так и с очень большим контрастом.

Поставим задачу следующим образом. При преобразовании этого изображения в ч/б требуется:

1. Подчеркнуть наличие облаков на небе. Иными словами, надо попытаться избежать трансформации неба в унылую серую область.

2. Сохранить по возможности все архитектурные детали дворца. Наиболее проблематичными в этом плане являются лепные розетки между окнами второго и третьего этажа.

Рис. 5 Тестовая фотография
 

Сначала обратимся к упомянутым стандартным процедурам (см. рис. 6).

Рис. 6 (a, b, c)

На рис. 6a показан результат выполнения простейшей операции Desaturate. В целом, картинка вполне приемлемая. Однако облака акцентировать не удалось.

Изображение на рис. 6b было получено с помощью упомянутого выше фильтра B/W из пакета PhotoFreebies. Если в предыдущем тесте этот фильтр привел к наилучшему результату (по критерию «читабельности букв»), то в данном случае он, к сожалению, явно не оправдал возложенных на него надежд. С неба не только практически исчезли облака, но и лепные розетки получились едва различимыми.

Применение инструмента Channel Mixer (R = 70%, G = 23%, B = 7%) позволило улучшить положение с воспроизведением облаков (рис. 6c). Но розетки почти совсем исчезли. Очевидно, для получения оптимального результата каналы следовало смешивать в другой пропорции.

 


Анализ отдельных каналов показывает, что в данном случае за контрастное отображение облаков на фоне неба отвечает красный канал (R), а лепная розетка удовлетворительно выглядит в синем канале (B). Поэтому именно эти два канала должны играть решающую роль в рассматриваемом случае.

Отключим неинформативный зеленый канал (G = 0) и попытаемся подобрать корректное соотношение между оставшимися двумя каналами.

Фотография, показанная на рис. 7, была получена с помощью инструмента Channel Mixer при следующих значениях параметров: (R = 70%, G = 0%, B = 30%). В результате удалось добится одновременной различимости и облаков, и лепнины.

 

Рис. 7
   

Стоила ли игра свеч? Насколько оправданы были усилия? Не вызывает сомнений, что ответы будут зависеть от конкретного случая. Универсальных рекомендаций не существует.

В цветном телевидении сигнал яркости формируется на основе следующей формулы:

Y = 0,3R + 0,59G + 0,11B.

Здесь в качестве доминирующего служит зеленый канал, так как глаз человека к нему наиболее чувствителен и различает в нем наибольшее количество деталей. В сформированном таким образом широкополосном канале яркости передается максимум информации о деталях в изображении. Два оставшихся цветоразностных сигнала имеют существенно более узкий спектр, то есть информации о деталях передается в них значительно меньше.

Следует однако помнить (и понимать!), что цветное телевидение и компьютерная обработка изображений — это две разные области знаний. Автоматически (бездумно) переносить правила из одной области в другую не следует. Более детально обсуждение этого аспекта находится за рамками данной публикации.

Выводы и рекомендации

Как и в остальных статьях раздела «Маленькие ненаучные тесты», от жестких выводов и рекомендаций я здесь воздержусь. Профессионалы в них вряд ли нуждаются. Начинающим же, а также тем, кто не хочет тратить время на изучение теории, я бы рекомендовал придерживаться следующей процедуры проб и ошибок:

1. Попробовать применить стандартную процедуру Desaturate.
2. Просмотреть все каналы изображения (Channels). Как знать? Может один из каналов как раз содержит то самое изображение, которое вам нужно?
3. Применить один из многочисленных автоматических фильтров (например, B/W из пакета PhotoFreebies). Важно лишь понимать, что никакой автомат, как бы совершенен он не был, не сможет гарантированно привести к успеху в 100% случаев.
4. Если ничего из вышеописанного не приводит к желаемому результату, то ничего не остается делать, как освоить один из методов ручного преобразования. ;-)

Удач!

Ссылки

1. Бесплатный пакет PhotoFreebies можно скачать с сайта The Plugin Site:
http://www.thepluginsite.com/products/photowiz/photofreebies/index.htm

2. Удобным инструментом для ручного преобразования является платный plugin Convert to B/W Pro от компании theimagingfactory. По сути, этот фильтр является смесителем каналов с расширенными возможностями и дополнительными функциями. Если Вы регулярно (или помногу) преобразуете цветные изображения в черно-белые, то имеет смысл вместо стандартных средств Photoshop использовать этот plugin. Рис. 8 и 9 иллюстрируют применение этого фильтра в рассматриваемом случае. (Следует иметь в виду, что я хотел пояснить лишь подход, поэтому представленое на рис. 9 изображение не претендует на совершенство. Более тонкая работа с данным фильтром может привести к более эстетичному результату.)

 
Рис. 8. Для притемнения неба надо движки синего и голубого цвета сместить вниз. Для притемнения желтой краски на фасаде надо сместить вниз движок желтого цвета.
 
Рис. 9. Результат применения фильтра Convert to B/W Pro с параметрами, указанными на рис. 8

На главную страницу
Список статей


© Игорь Ефремов, 2003, 2004, все права сохранены

Для использования материалов этого сайта в коммерческих или некоммерческих целях необходимо получить от меня письменное разрешение, если обратное не оговорено в явной форме.
 

Hosted by uCoz