直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

  要讀懂和理解以下的內容,還是應該先認真地讀讀前面的「直方圖的那點事【一】:直方圖與數位影像的關聯」和「直方圖的那點事【二】:直方圖形態與數位影像的表現」。

一、兩個基礎認識

歸納一下前面已經探討過的內容,其實也就是這兩點:

1、直方圖與數位影像存在必然的關聯

直方圖用統計學的方法直觀地展現了數位影像中像素的分布,直方圖中的每一個點都對應著數位影像中相應色調或亮度的像素。這種關聯是客觀的、科學的,不會以你的意志而轉移的。

2、直方圖形態表達了數位影像的視覺表現

不同的直方圖形態表達了數位影像在曝光、色調、亮度以及色彩(因為色彩涉及較多的專業知識,前面的內容中並未提及,等以後有空了再專門探討)等方面的視覺表現。決定了直方圖是分析數位影像最直接和有效的工具,就如同醫院的內窺鏡或CT機。

如果你確定已經讀懂了上述兩條,那麼從數位攝影的角度,也就意味著你已明白了——直方圖就是「照片」,是依據對像素的統計學基礎上,用數學方法「編碼」的「照片」。當然,你得能讀懂這種「編碼」方法並且在需要時會「解碼」。

二、探討「控制和調整直方圖」的目的

在「直方圖的那點事【一】」裡曾提到過「控制和調整直方圖」的說法,那麼:

1、直方圖真的可以被「控制和調整」嗎?

就目前的數位影像處理工具來看,直接對直方圖進行控制和調整還存在較大的技術問題,這也是這組詞為什麼用引號引起來的的原因之一。

為能說明問題,不妨囉嗦幾句。

以汽車為例,為了控制汽車的行駛速度,汽車上有油門組件和轉速表等構成的速度控制系統,分析一下我們控制和調整速度的過程,「控制」這個動作是依靠對油門的直接操作做到的,但是完整的控制過程卻是依照轉速表完成的。不通過轉速表就能確定汽車行駛速度的人,世界上沒幾個。轉速表這類裝置被稱為——指示儀表,說白了,直方圖就是處理數位影像時的指示儀表。從這個角度出發,直方圖是可以被「控制和調整」的。這種「控制和調整」可以理解為是一種反饋式的、間接的。

2、「控制和調整直方圖」真的能最終做到「控制和調整」圖像的目的嗎?

答案當然是肯定的,PS(以及其他類似軟體)給我們提供了眾多的工具,技術無疑是先進的,方法也是現成的。還是那句老話——只有你想不到的,沒有PS做不到的,呵呵。

在PS的基本理論中,對像素灰度的調整都會影響到該像素最終的亮度、色調和色彩,理解了這方面的知識,這個問題就不是問題了。

我們的目的當然就在於此了——通過「控制和調整直方圖」最終達到對數位影像的「控制和調整」。

三、方法和工具

方法嘛,說起來很簡單,就是——「移動」像素,呵呵。通過擴展/壓縮像素階調來改變影像的對比度、通過移動像素分布中心來改變影像的色調、通過修正顏色通道的像素分布校正/渲染顏色,……。

能夠「控制和調整直方圖」的工具,PS提供有「亮度/對比度」、「色階」、「曲線」、「曝光度」、「通道混合器」等等,其實你只要學習過PS的相關內容,明白了數位影像的色調、色彩其實就是亮度/灰度時,所有能影響「亮度」的工具都可以用來「控制和調整直方圖」。而且,由於這些工具對控制和調整「亮度」的操作機理都是相似的,只要熟悉和掌握了其中一個,就可以融會貫通到其他所有的。

四、幾個基本原則問題的說明:

跟政治無關哦,呵呵。

1、脫離具體的數位影像而孤立地分析直方圖,對數位攝影來說是沒有任何實際意義的;

2、不存在所謂「完美的直方圖形態」,如果一定要用「完美」一詞,那僅僅是針對所對應的那一幅圖像的最終視覺表現而言,這個世界上兩張不同數位照片具有相同直方圖的概率只存在於理論上;

3、直方圖是科學的,相同色調類型的數位影像具有類似的直方圖形態,相同缺陷類型的數位影像也具有類似的直方圖形態;

4、對數位影像的修整/修正/修理/修飾等等是為了最終得到「好照片」,而不是直方圖,哪怕它可能是「完美的」,「控制和調整直方圖」只/僅是一種手段。

有人無視直方圖,有人追求「完美的直方圖」,其實都是走火入魔的表現。根據經驗,無視直方圖的人大都是不明白直方圖與數位影像的關聯關係,以及直方圖相對於數位影像重要的「指示儀表」作用,或是懶於學習和實踐;而走向另一個極端的,大多是是半瓶子晃蕩的主兒,往往一葉障目、自以為是。

不要聽了有什麼不舒服——有則改之、無則加勉,呵呵。

五、工具操作演示

不能讓人說無圖無真相是吧,找了一張PP來試試。為節省版面,將直方圖截圖就直接放在PP上了。見圖1:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖1

這張PP曝光不足,像素集中在暗調部分,亮部幾乎沒有像素,但沒有發生像素剪切,圖像表現為整體灰暗、不通透、色彩的飽和度和亮度不足。根據在「直方圖的那點事【二】」中的實例證明,如果將其像素在全階調上擴展開,這些缺陷就會大幅改觀。

選用這張PP的原因就是它曝光不足,需要並且可以在一張圖片上分別演示出像素在暗部和高光兩個方向上的擴展,算是一圖兩用了,呵呵。

1、首先試一試「色階」工具

三張「色階」調板的截圖,左邊是初始打開圖片時的,中間是調整過程,右邊是調整後重新截圖的。具體的操作和為什麼不再贅述,PS手冊和各種「秘笈」裡都會有的。見圖2:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖2

從上面第三張截圖中可以看到,原來集中在暗部的像素被擴展至全階調範圍,不用看也知道影像的表現肯定發生了變化。盡管還沒有達到令人滿意、偏色依然存在,但變化是明顯的,見圖3:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖3

在上面的基礎上,繼續進行調整,是這樣一個動作。見圖4:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖4

中灰點的移動使直方圖發生了分布中心位移,灰色是移動前的,白色是移動後的。這樣的移動導致圖像的色調發生了變化。見圖5:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖5

對比圖1、圖3、圖5,曝光不足造成像素的過度集中,通過對黑場、白場的重新映射使色階擴展到全階調範圍,整個圖像的暗部、中間調和亮部基本正常,再通過移動「灰場」使分布中心移動,圖像整體色調趨於正常。

提示:「色階工具」似乎是以一種線性方式移動像素,所有像素的移動幅度大致是相同的。

2、再試試「曲線」工具

同前,三張「曲線」調板的截圖,左邊是打開圖片時初始的,中間是調整過程,右邊是調整後重新截圖的。見圖6:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖6

和「色階」調整相似,集中的像素被擴展到全階調範圍,圖像發生了變化,見圖7:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖7

對比一下圖3和圖7,你會發現「色階」和「曲線」調整的結果相差不多,也就是說,「色階」和「曲線」都可以做到像素的階調擴展,但由於「色階」和「曲線」的數學模型不一樣,其幅度和效果是不一樣的。

階調壓縮是階調擴展的反向操作,很好理解,動動手就明白了。

同樣,在上面的基礎上,再進行一次「曲線」調整,是這樣一個動作,就是地球人都知道的「S型曲線」。見圖8:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖8

直方圖變得「豐滿」了,中間部分的像素分別向兩端移動,色調發生明顯變化,反差進一步增大,色彩趨向飽和,見圖9:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖9

對比圖1、圖7、圖9,「曲線」工具一樣也可以移動分布中心,和「色階」工具具有相類似的效果。

提示:「曲線工具」是以一種非線性方式移動像素,越靠近中部的像素似乎移動幅度就越大。

3、「亮度/對比度」工具

從前面的操作可以看到,直方圖形態的變化對應像素分布的變化直觀、明了,如果在PS裡親手操作更是即時動態顯示。這個時候「紙上談兵」,顯而易見應該沒什麼問題。我們就直接拿個直方圖樣例來,為了更好的觀察,選了一個「比較完美的直方圖」,見圖10:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖10

打開「亮度/對比度」調板,「對比度」增加,直方圖變「胖」了(圖像會發生什麼變化,想想)。見圖11:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖11

「對比度」減小,直方圖變「瘦」了(圖像會發生什麼變化,想想)。見圖12:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖12

「亮度」增大,直方圖中像素分布向右偏移集中,這不是偏向「高調」的意思嗎?見圖13:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖13

「亮度」減小,直方圖中像素分布向左偏移集中,這不是偏向「低調」的意思嗎?見圖14:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖14

原來,「亮度/對比度」工具也可以「控制和調整」直方圖。

提示:「亮度/對比度」也是以一種非線性方式移動像素,在移動方向上越靠後的像素似乎移動幅度越大。

4、「曝光度」工具

還是前面的那個直方圖,如果能找個自己熟悉的圖片,在PS裡親手操作一下,感性認識會很強。

「曝光度」增加,像素群右移,注意移動幅度和趨勢與「亮度/對比度」明顯不一樣,見圖15:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖15

「位移」向右,看看發生了什麼?見圖16:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖16

不再囉嗦了,應該都能看明白了。見圖17:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖17

現在理解了「所有能影響「亮度」的工具都可以用來「控制和調整直方圖」」的意思了吧?

提示:「曝光度工具」是以一種非線性方式移動像素,其效果和前邊的「亮度/對比度工具」似乎相反。

5、抽象思維

發揮一下思維的歸納、引伸能力,從這些「紙上談兵」的圖形裡,看看這些「控制和調整」是怎樣發生的,想像一下能產生什麼樣的效果。見圖18、圖19、圖20:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖18

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖19

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖20

提示:如果你是個「理工男」,呵呵,你會發現這些工具所產生的形態變化結果或者叫變化趨勢確實各不相同,有線性/非線性、指數/對數、發散/收斂、級進/遞減,等等。

四、總結的話

「控制和調整直方圖」並非是個傳說,在很多人對圖像進行「壓暗」、「提亮」、「拉色階」、「調曲線」、「增加對比度」、「控制反差」時,它也正在發生著,只是很多人可能沒有認識到;

當你在使用「曲線」、「色階」這些工具時,「控制和調整直方圖」正在發生,只是你可能沒有意識到。

「控制和調整直方圖」並不是一個嚴格的技術術語,所有能對直方圖中的像素進行整體或者局部擴展、壓縮、平移、偏移的操作,都可以歸為「控制和調整」;

「控制和調整直方圖」並不是一項特定的專門技術,就如同我們不能說「查看轉速表」能用來加減速的一樣。我們只是從另一個角度,把直方圖作為一種「指示儀表」,作為數位影像處理時的參照工具,使我們在使用相關工具時具備可視性,使我們的目的和效果具備可預見性和可控性。

借助「控制和調整直方圖」,可以直觀的、有目的的對圖像進行可控的調整,並且在絕大多數工作界面都具有即時、動態、可視性強的特點。

通過實例可以明確,我們並不能直接對直方圖進行「控制和調整」(其實新版的ACR已經可以了,在本文最後來探討一下),但我們可以通過某些工具(主要是灰度調整工具)來做到對直方圖的「完美化」,從而達到對數位影像的修整、校色、渲染等等(不過截至目前,我們並未提及直方圖與色彩有什麼關聯,留待以後吧)。

需要注意的是:「控制和調整直方圖」仍然必須遵循基本物理光學和色彩學,影像應符合光學成像規律,色彩應符合色彩構成原理,最終的直方圖依然不能出現「死黑/死白」現象。能將所有像素控制在全階調範圍,通過對像素分布的擴展/壓縮/移動等手段展現出圖像本來的的色調、層次、細節,這樣的照片才是「好照片」,它的直方圖形態必定是「完美的」。

還是要遵守「有圖有真相」,呵呵,看圖吧。我盡量找了一些「像素移動量」大的圖片,便於觀察對比。

實例1:曝光不足

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

實例2:曝光不足、偏藍

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

實例3:欠曝、偏藍

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

實例4:欠曝、偏紅

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

實例5:曝光不足、偏灰

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

實例6:反差小

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

實例7:欠曝、偏綠

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

實例8:曝光不足、偏綠

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

實例9:曝光不足、偏灰

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

實例10:過曝、偏藍

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

五、Camera RAW 8.X版本的”新功能”之一——直接調整直方圖

其實在「直方圖的那點事【一】」裡,我已經把ACR的這一「新功能」提示出來了。

這是Camera RAW 8.X版的直方圖,把圖1在ACR中打開後,將滑鼠移動至直方圖內,會分別顯示圖中5個加亮區域,權且稱之為「像素區」吧,見圖21:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖21

在每個顯示「像素區」的直方圖下方有對應的名詞——黑色、陰影、曝光、高光、白色。這和我們原來習慣定義的暗黑、暗部、中間調、亮部、高光並不矛盾,ADOBE是為了和基本調板中的調整滑塊對應起來。見圖22:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖22

當你把滑鼠移動到這五個「像素區」中的任意一個時,滑鼠變成可向左右拖動的圖標,意味著你可以直接拖動這部分「像素」了。這個操作無法截圖,你還是自己試試吧。

其實這樣的操作與拖動對應的滑塊是等同的,當你拖動直方圖裡的「像素」時你會看到相對應的滑塊也在移動。對應關係見圖23:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖23

於是,你可以直接拖動「中間調像素區」,往右是提亮、往左是壓暗;直接拖動「陰影像素區」調整暗部層次;……。呵呵,很方便不是。

用ACR直接調整的結果。見圖24:

直方圖的那點事兒【三】:直方圖的「控制和調整」

圖24

這就是前面所說的可以在ACR中直接調整直方圖的方法。簡單明了,但要掌握好恐怕得下點功夫。

舉一反三,知道了「像素區」與滑塊的對應關係,ACR基本調板也應該就會用了。

完。