Яркость и контраст

Яркость и контраст являются субъективными характеристиками изображения, воспринимаемыми человеком.

Яркость (brightness) представляет собой характеристику, определяющую то, на сколько сильно цвета пикселей отличаются от чёрного цвета. Например, если оцифрованная фотография сделана в солнечную погоду, то ее яркость будет значительной. С другой стороны, если фотография сделана вечером или ночью, то её яркость будет невелика.

В цветовом пространстве RGB , яркость можно рассматривать как среднее арифметическое μ красного, зеленого и синего цвета координаты. В цветовых моделях как HSB или HSV значение яркости указано на прямую.

Контраст (contrast) представляет собой характеристику того, насколько большой разброс имеют цвета пикселей изображения. Чем больший разброс имеют значения цветов пикселей, тем больший контраст имеет изображение.

По аналогии с терминами теории вероятностей можно отметить, что яркость представляет собой как бы математическое ожидание значений выборки, а контраст – дисперсию значений выборки.

Яркость и контраст могут рассматриваться не только для всего изображения, но и для отдельных фрагментов. Таким образом, возникают понятия локальной яркости и локального контраста.

Часто требуется изменить яркость или контраст изображения. Рассмотрим функцию, областью определения и значений которой являются значения цветовых компонент в модели RGB. Аргументом функции является цвет пикселя исходного изображения. Значение функции представляет собой цвет пикселя обработанного изображения. Для изменения яркости/контраста функция применяется для каждого пикселя изображения.

Для нормализации выходных значений функции (они должны принадлежать отрезку [0, 1], как для каждого компонента модели RGB) используется так называемая арифметика с насыщением. В арифметике с насыщением при возникновении переполнений или заёмов фиксируется наибольшее представимое или наименьшее представимое значения соответственно. Например, если в результате преобразования оказывается, что значение какого-либо компонента модели RGB меньше 0, то берётся значение, равное 0. На практике же каждый элемент матрицы изображения с 16777216 цветами представляет собой 24-битное значение, где каждый компонент модели RGB представлен 8-ю битами. Поэтому вместо интервала [0, 1] используется интервал [0, 255].

Если яркость и контраст изображения никак не меняются в процессе преобразования, то функция имеет график, представленный на Рис. 4 .31, а. Из рисунка видно, что функция в этом случае просто передаёт на выход значение своего аргумента.

a б в

Рис. 4.31. Графики яркости

Яркость для рассматриваемой функции представляет собой сдвиг прямой линии в вертикальном направлении. Яркость изображения увеличивается пропорционально сдвигу прямой. Если прямая сдвигается вверх (Рис. 4 .31, б), яркость изображения увеличивается, а если прямая сдвигается вниз (Рис. 4 .31, в) – уменьшается.

Поскольку используется арифметика с насыщением, то при установке определённой яркости изображения либо оно полностью окажется засвеченным, либо полностью затемнённым.

При использовании преобразования контраста прямая линия меняет свой наклон. При увеличении контраста изображения (Рис. 4 .32, а) наклон прямой увеличивается, при уменьшении контраста – уменьшается (Рис. 4 .32, б). При этом сдвиг прямой в горизонтальном направлении означает, что помимо контраста изменяется и яркость изображения.

а б

Рис. 4.32. Графики контрастности

Комбинации наклона и сдвига прямой позволяют одновременно изменять и яркость, и контраст изображения. Например, на Рис. 4 .33 представлен график функции, усиливающей контраст и увеличивающей яркость изображения.

Рис. 4.33. Увеличение яркости и контрастности

Преобразование яркости/контраста может быть применено и к отдельным компонентам модели RGB, например к компоненту красного цвета. Тогда яркость/контраст будут изменяться только для красного компонента, а для других компонент они останутся неизменными. Более того, можно задавать различные преобразования яркости/контраста одновременно для каждого компонента модели RGB.