חדשות הצילוםביקורותמאמריםפורום צילום d-spot.co.il  

אלגוריתמים להבהרה מקומית

מאת:
אלגוריתמים להבהרה מקומית אינם דבר חדש, הם קיימים בעיקרון כבר הרבה מאוד שנים. אולם רק בתקופה האחרונה אנחנו מתחילים לראות אותם כמוצרים של ממש. ראשית היו אלה Nikon שהציעו את D-Lighting במצלמות הCoolPix של החברה, לאחר מכן Adobe השיקה את כלי ה- Shadows/Highlights בתוכנת Photoshop, באותו הזמן בערך DXO השיקה את אלגוריתם ה- DXO Lighting. לאחר מכן היה ניתן לראות בפעם הראשונה אלגוריתם הבהרה מקומית במצלמת רפלקס, הSony A100 מציעה אפשרות כזו תחת השם Dynamic Range Optimization. ולאחרונה, Nikon החלה להציע את D-Lighting גם במצלמות הרפלקס של החברה.
בתחום המקצועי של עיבוד תמונה ישנם עשרות אם לא מאות אלגוריתמים לביצוע דחיסת מרחב דינאמי, או בקיצור DRC. למרות הריבוי הנפוץ של אלגוריתמים אילו רוב רובם עובדים באותו העיקרון.
למעשה מספיקה פעולת Gamma פשוטה המבהירה באופן חזק את החלקים הכהים של התמונה ומבהירה פחות את החלקים הבהירים של התמונה כדי להשיג את אותו אפקט הבהרת צללים. אולם פעולת Gamma על תמונה הינה פעולה גלובלית אשר ממפה מחדש כל ערך פיקסל בתמונה לערך חדש על פי העקומת הGamma. למרות שהצללים מובהרים, שיטה זו נוטה לאבד ניגודיות באזורים מקומיים ויוצרת תמונה שטוחה ומשעממת למדי. משהו חכם יותר דרוש כדי לשמור על המראה טבעי של התמונה גם לאחר הבהרת הצללים.
שיטות DRC השונות כוללות יצרת מסכה. המסכה היא תמונת שחור לבן, כאשר האלגוריתם משתמש במסכה זו כמפת הבהרה. במקומות בהם המסכה צבועה בלבן האלגוריתם יבהיר את התמונה המקורית, במקומות בהם המסכה צבועה בשחור האלגורתם יכהה את התמונה. באזורים בהם יתקבל אפור של 128, האלגוריתם לא יבצע שינוי על התמונה. באפורי הביניים, האלגוריתם יבהיר או יכהה את התמונה במידה מסוימת, בהתאם לגוון האפור בתמונה. כמובן שזו דרך אחת לעבוד עם מסכה. לא חייבים לחלק את המסכה לשניים בדיוק ב-128. אפשר לבחור כל תחום בגוון המסכה. למשל, עד כה במצלמות דיגיטליות ניתן לבצע הבהרת צללים בלבד ללא שחזור חלקים בהירים, כך שמסכת ההבהרה אינה עובדת על כל התחום.
מסכת הבהרה נוצרת בעזרת מסנן מיוחד הנקרא מסנן Low Pass. המסנן עובר על כל הפיקסלים שבתמונה כאשר הוא מעביר תדרים נמוכים ומנחית תדרים גבוהים. כך שבסופה של פעולת המסנן נקבל תמונה ללא קצוות ברורים ועם אזורים שטוחים בלבד.
כדי להמחיש את הדבר נציב בפניכם תמונת הדגמה אשר תעבור את התהליכים הבסיסיים הדרושים להבהרה מקומית. התמונה למטה היא תמונת הבסיס אותה נרצה להבהיר.
שלב 1
בשלב הראשון האלגוריתם ייצר תמונת שחור לבד. זו תהיה מסכת ההבהרה של האלגוריתם. בדרך כלל מסכה זו תהפוך לתמונה נגטיבית אולם אין זה חובה. מבחינה מתמטית תמונה נגטיבית מקצרת תהליכים. התמונה למטה מציגה כיצד הדבר יראה.
שלב 2
כפי שניתן לראות התוצאה מכילה קצוות רבים. אם נשתמש בתמונה זו כמפת הבהרה התוצאה תראה רע. זאת מפני אין מעבר רך ונעים בין הפיקסים המיועדים להבהרה והפיקסלים מיועדים להכהה. לכן, יש צורך במסנן טשטוש. בשלב זה נעביר מסנן Low Pass גדול על כל התמונה, המסנן ישטח את הקצוות ויצור מעברים רכים בין גוונים כהים לגוונים בהירים. הדוגמה למטה מדגימה כיצד תראה התוצאה לאחר מסנן זה.
שלב 3
כעת כל שנותר הוא לחבר בין זוג התמונות. האלגוריתם יעבור על כל הפיקסלים בתמונה ובהתאם לערך הפיקסל המקביל במסכה, יחליט האלגוריתם האם להבהיר או להכהות את הפיקסל הנוכחי. כך למעשה מסנן הLow Pass בשלב 2 קבע את המידה שהפיקסל זקוק להבהרה או הכהיה בהתאם לסביבה בו הפיקסל הנוכחי נמצא. זהו המפתח לאלגוריתם DRC. כמובן יש הרבה יותר מעבר לחיבור פשוט בשלב זה (למעשה מדובר בהכפלה), אך אין זה חלק משמעותי בדרך בה האלגוריתם עובד.

התמונה למטה המציגה את התוצאה הסופית, עבור על השלבים כדי להביט בתהליך. אזורים לבנים במסכה מסמנים לאלגוריתם להבהיר, איזורים שחורים במסכה יסמנו לאלגוריתם להכהות.

לפני אחרי
תמונה מקורית מסכת הבהרה טישטוש חיבור (תוצאה)
*עבור על הכפתורים כדי לצפות בשינויים.
הילות
רוב האלגורתמים להבהרה מקומית שקיימים בשוק סובלים מזוג בעיות עיקריות. הבעיה הראשונה היא המשמעותית יותר והיא הילות. הילות גורמות לתוצאה להראות מעט פחות טבעית מהמקור. בנוסף, במקרים מיוחדים כמו המצאות פרצופים בתמונה, הילות מסוגלות לשנות את תחושת כיוון האור. למשל, הילות על פני אדם עלולות להעניק הרגשה שישנם שני מקורות אור בתמונה או שמקור האור שינה את כיוונו.
בתמונה למטה תוכלו לראות הגדלה של 100% מתוך תמונת העיבוד שלנו המציגה הילות.
לפני אחרי
תמונה מקורית מסכת הבהרה טישטוש חיבור (תוצאה)
*עבור על הכפתורים כדי לצפות בשינויים.
בעזרת מעבר על כפתורים השונים בדוגמה למעלה ניתן לראות כי בתמונות המקור לא היו הילות בקצוות הענפים והעלים. לעומת זאת, מסכת ההבהרה המטושטשת כן מציגה הילות באותו האיזור. לכן כאשר נחבר את התמונה לתמונה הסופית, ההילות במסכת ההבהרה יגרמו לאלגוריתם להגביר בהדרגתיות גם את הפיקסלים הסובבים לעלים בתמונה הסופית. ניתן לראות זאת בצורה ברורה במעבר בין מסכת הטישטוש לתוצאה הסופית.
זה די ברור בשלב זה כי הילות אילו במסכת ההבהרה נוצרות כתוצאה מהטשטוש. לכן, אם יהיה ניתן לטשטש את התמונה מבלי ליצור הילות נקבל תוצאות טובות יותר.
כאן חבוי המפתח לאלגוריתם DRC טוב. הדרך בה יבוצע מסנן הLow Pass אשר מטשטש את התמונה היא המפתח לתוצאה סופית טובה. אם היצרן יצליח להביא את ההילות שבמסכה למינימום או לחסל לגמרי הילות בדרך זו או אחרת התוצאה תהיה הרבה יותר טבעית.
ישנן דרכים לפתור את עניין ההילות, שכן ישנן הרבה מאוד דרכים לסנן את התמונה באופן אפקטיבי כדי ליצור מסכת הבהרה חסרת הילות. זה שיצליח לעשות זאת מבטיח לעצמו תוצאות טובות.
צבעים
הבעיה השנייה הנפוצה באלגוריתמים אלו הם הצבעים, אולם זו קלה יותר לפתרון. בהתאם למרחב הצבע בו מתבצע האלגוריתם התוצאה הסופית עלולה לשנות את הגוון של הצבע. לעיתים הדבר מטיב עם התמונה אך לעיתים שינוי הגוון עלול להיות לא רצוי. בנוסף, ישם מקרים בהם התוצאה הסופית תראה רוויה יותר מהרצוי, למרות שפועל רק בהירות התמונה השתנתה. במצב כזה יהיו יצרנים שירצו לשנות את הרוויה של הצבעים בכוונה כדי להחזיר לתמונה את המראה הטבעי יותר. לעיתים זה עלול להצליח ולעיתים זה עלול להכשל. סיבה נוספת להסרת רוויה היא הרעש, הבהרת תמונה תעלה רעש לפני השטח. הורדת רוויה תעזור להפוך רעש צבעוני לפחות פולשני.
מילים אחרונות
אלגוריתם DRC הוא יכולת מעניינת מאוד, אומנם נראה שהשוק מגיב לאט ואין הרבה התלהבות רבה מהרעיון. אולם כן ניתן לראות יותר מוצרים עם אלגוריתם DRC מאשר בעבר ולכן נראה כי ישנה מגמת עליה. אני מניח שהפחד הגדול ביותר של יצרני מצלמות מאלגוריתמים כאלו הוא רעש. מאחר וברוב המוצרים DRC מופעל אחרי הסרת רעשים ישנו סיכוי שרעש יעלה לפני השטח לאחר ההפעלה. אולם גם לזה יש פתרון, והוא הכנסת אלגוריתם ה- DRC בתוך צינור עיבוד התמונה לפני הסרת הרעשים והתמרת הצבעים. אפילו ישנה אפשרות ששילוב האלגוריתם עם פעולת ה- Gamma תטיב עם הרעש. למעשה, היצרן היחידי שכבר הכניס את אלגוריתם הDRC לתוך צינור עיבוד התמונה הוא Sony, כאשר בA100 הדבר נעשה בחומרה ממש בשלבי עיבוד התמונה.
ניתן רק להניח כי Sony תמשיך עם המגמה הזו, אולי בעתיד תצטרפנה גם יצרניות אחרות לשילוב אלגוריתמים של DRC מתקדמים לתוך צינור עיבוד התמונה. אז אולי נוכל לנצל את הטכנולוגיה הזו טוב יותר.

תגים:

  • מאת Sony - מידע על חיישני תמונה חדשים» d-spot.co.il - אתר הצילום הדיגיטלי הישראלי:

    […] הדינמי. כל חברה עם השם המתאים שלה אבל בבסיס מדובר בשיטה דומה ודי פשוטה. בבסיסה חשיפה עם פיצוי שלילי מסויים כדי לשמר […]