L' istogramma dei livelli

L'istogramma dei livelli

l'istogramma dei livelli rappresenta con un grafico la quantità di pixel presenti nell'immagine per ogni livello di grigio.
l'asse orizzontale rappresenta il valore dei grigi, in scala di luminosità da 0 (nero) a 255 (bianco).
l'asse verticale rappresenta il numero dei pixel per ogni livello (luminosità), ed è visualizzato in valori percentuali e non assoluti, quindi il picco non ha un valore "finito", ma rappresenta il livello con il numero di pixel più elevato.

Per semplificare questo concetto, prendiamo ad esempio un immagine composta da 4 pixel grigi di differenti valori RGB (R=red/rosso G= green/verde B=Blu ):
50/50/50 - 100/100/100 - 200/200/200 - 240/240/240

Ogni singolo pixel è posizionato in un preciso livello, ed occupa 1/4 dell'immagine, l'istogramma relativo mostra infatti 4 livelli di luminosità, composti dalla stessa percentuale di pixel espressa sull'asse verticale.





proviamo a visualizzare quindi un immagine simile ma con 4 pixel aventi i seguenti valori rgb:
100/100/100 (1 pixel) - 200/200/200 (1 pixel) - 240/240/240 (2 pixel uguali)




I pixel uguali si possono facilmente individuare al livello 240, formando insieme il 50% dell'immagine, il relativo livello verrà rappresentato (grossomodo) alto il doppio degli altri, che rappresentano singolarmente il 25% dell'immagine.




CORREZIONI DI INPUT

I 3 cursori posizionati immediatamente sotto il grafico rappresentano delle maniglie, grazie alle quali è possibile effettuare delle correzioni in 3 distinte zone dell'immagine, alte luci (livello 255) mezzitoni (livello 128) ed ombre (livello 0) e controllano i livelli di input.
la correzione delle ombre e delle alte luci sfrutta una scala 0-255
la correzione dei mezzitoni si esprime in una scala da 0 (mezzitoni schiariti) e 10 (mezzitoni scuriti)



Vediamo l'effetto delle correzioni su un immagine di dimensioni 50x256 pixel, composta quindi, da 256 gruppi di pixel (ogni gruppo è composto da 50 pixel), aventi valori di luminosità sfumata da 0 a 255 (256 livelli).




Come si può notare, l'istogramma rappresenta una serie continua di livelli, ognuno composto dalla stessa percentuale di pixel, essendo uguali nel numero di pixel e "sfumati" in modo regolare da 0 a 255, i livelli si presentano compatti e tutti della stessa "altezza".

Vediamo una prima, "massiccia" correzione:




Prendendo la maniglia di controllo delle alte luci e spostandola dal livello 255 al livello 128, tutti i pixel posizionati dal livello 255 al livello 128, subiscono una sorta di "compressione" e diventano più chiari assumendo un valore di 255 in rgb, i pixel con un livello compreso tra 127 e 0 subiranno di conseguenza un effetto "elastico", distendendosi, andranno ad occupare la gamma lasciata "scoperta".





(n.b. la rappresentazione grafica rispetta comunque un esigenza di leggibilità chiara ed immediata, come si può notare dall'istogramma il livello 255 non viene rappresentato 128 volte più alto degli altri, ma adattato ad una lettura più "comoda")


Un' ultima analisi del nostro nuovo istogramma ( quello dopo la correzione) ci mostra alcune conseguenze del nostro intervento:
Il livello 255 ( a destra) è composto dalla metà dei pixel (prima 128 - 255 ) che compongono la nostra immagine, ed i 128 livelli di pixel rimanenti (prima 0-128), per compensare la compressione nelle alte luci, si sono distribuiti in 255 livelli (0-254), generando di conseguenza un effetto "pettine", questo effetto purtroppo "collaterale", determina l'aumento di contrasto e la perdita di "fluidità" nei passaggi da tono a tono, creando uno "strappo" tra livello e livello.




Una correzione analoga può essere fatta con le curve, il risultato sarà il medesimo.




Effettuiamo una correzione equivalente, ma nelle ombre :




la stessa correzione con l'uso delle curve.




La correzione vedrà come risultato la compressione dei pixel "0-128" trasformati in pixel con livello 0, e l'effetto elastico dei rimanenti (129 - 255).




La similitudine con le correzioni, tra livelli e curve, la si trova anche nell'uso del cursore centrale dei mezzitoni:





in questo caso si deve parlare di similitudine di correzione, in quanto l'uso delle curve con un solo punto di input, porta ad uno schiarimento dei mezzitoni ed un aumento di contrasto, dato dallo schiarirsi più intenso anche delle alte luci, l'intervento più simile è grossomodo il seguente:




Come possiamo notare, vincolando le alte luci, e schiarendo mezzitoni ed ombre, la resa con le curve somiglia molto di più alla correzione dei mezzitoni con i livelli.




Approfondiamo l'uso dei livelli e della correzione dei mezzitoni, modificando la dominante di questa immagine, composta da 4 livelli di grigio RGB:
0-0-0 / 64-64-64 / 192-192-192 / 255-255-255.




L'istogramma mostra i canali RGB "sommati", proviamo a vedere come si presenta una correzione dei mezzitoni nel canale del rosso:




Spostando la correzione dei mezzitoni del canale del rosso verso sinistra, i pixel con valori medi, subiranno una "schiarita" del valore del rosso, possiamo quindi notare che i pixel con valori 0-0-0 e 255-255-255 non hanno subito variazioni , mentre pixel con valore R64-G 64-B 64 (64-64-64) vengono modificati in R106-G64-B64, di conseguenza i pixel con valore R192-G192-B192 diventano R220-G192-B192.
Da questa prova possiamo stabilire che, la dominante rossa, è data dall'aumento di "luminosità" dei pixel nel solo canale del rosso, questo concetto vale per ogni alterazione nei singoli canali.
Viceversa scurendo i mezzitoni nel canale del rosso, otterremo una dominante cyan, dato che i valori di verde e blu (sommati in proporzione uguale danno il colore cyan) saranno maggiori (più luminosi) del rosso.




CORREZIONI DI OUTPUT

Le 2 maniglie di correzione in basso, servono a correggere i livelli di output, e controllano rispettivamente (come le maniglie di input), le alte luci (quella di destra) ed ombre (quella a sinistra).

Mentre le correzioni di input, su alte luci ed ombre, consentono di spostare verso gli estremi la luminosità dei pixel (aumento di contrasto), le correzioni di output, consentono di spostare i pixel verso il centro dell'istogramma, dando come risultato un abbassamento del contrasto.
Vediamo qualche esempio:




Spostando il cursore delle alte luci da 255 a 128, i pixel con un livello di 255, verranno trasformati in pixel meno luminosi, con un nuovo valore di 128( grigio medio).


Come possiamo notare dall' istogramma, l'immagine modificata, non ha pixel con valori superiori al 128, il punto più chiaro è un grigio medio, abbiamo ottenuto quindi un immagine meno contrastata.

Di conseguenza notiamo che i livello 0 è rimasto invariato e tutti i pixel che erano contenuti all'interno dell'intervallo 1-254 si sono "compressi" in metà dello spazio occupato precedentemente.




La stessa correzione con le curve




L'analoga correzione nelle ombre, schiarisce il nero, portando il suo valore da 0 a 128.




Notiamo di seguito la stessa compressione dei pixel notata nell'esempio precedente, ma verso le luci.




La stessa correzione con le curve.




Un ultimo esempio, spostando contemporaneamente i cursori verso l'interno, possiamo come il contrasto si abbassi notevolmente, in pratica abbiamo schiarito il nero con valore 0 portandolo ad un grigio valore 55, ed abbiamo scurito il bianco valore 255 portandolo ad un grigio valore 200




L'effetto di compressione verso il centro.




La stessa correzione con le curve.