29 Авг

СОВРЕМЕННЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЯ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

В современном мире постоянно совершенствуется техника и технология получения изображения, направленная на улучшение его качества. Поэтому вопросы, занимающиеся оценкой качества получаемого изображения, не теряют своей актуальности.

При оценке качества основных видов сюжетных фотографий (портретов, пейзажей, репортажей, жанровых постановок и т.п.) важной является адекватная передача тональной шкалы яркостей объекта.

Зависимость между яркостями объекта съемки и его фотографического изображения устанавливает теория фотографического воспроизведения тонов (или тоновоспроизведение) [1, с.161]. В данной статье будет рассмотрен метод оценки качества изображения путем построения кривых тоновоспроизведения. Кривая тоновоспроизведения (рис. 1) – это графическая иллюстрация зависимости величины полученного фотографического изображения (в частности плотности почернения на носителе информации, D изображения) от яркости объекта съемки (переведенной в плотности, D тест-объекта).

Для количественной оценки качества получаемого изображения проводятся замеры протяженности и наклона участков (градиент, g) светлых тонов (А), полутонов (В) и темных тонов (С) [2, с. 94].

Рисунок 1. Кривая тоновоспроизведения

В представленной работе проводилась оценка качества изображения путем построения кривых и последующему определению параметров тоновоспроизведения для объектов, снимаемых на цифровую и аналоговую камеры. Для сравнения цифрового и галогенсеребряного изображения фотопленку после проявления сканировали, схема эксперимента представлена на рис. 2.

Рисунок 2. Схема эксперимента

В качестве объекта фотографирования в нашем эксперименте был выбран контрастный пейзаж с большими участками воды и неба, а также участками большой яркости и сильно затененными участками берега. Выбор пейзажа был не случаен, так как похожий объект фотографирования был использован К. Мизом [3, c. 357] при изучении параметров тоновоспроизведения. Кроме того, в кадр была помещена черно-белая шкала, необходимая для пересчета яркостей объекта (B) в оптические плотности (D).

Необходимо отметить, что контраст объекта (или диапазон яркостей изображения) — это соотношение между яркостью самого темного и самого светлого участков поверхности. В эксперименте был использован прямой способ замера яркости, то есть непосредственное измерение максимальной и минимальной яркости точечным яркомером. Поле замера составляло 1%.

Предельное отношение яркостей образуется при съемке черного меха на свежевыпавшем снегу и контраст в данном случае равен 1:330. Средний контраст натурного объекта равен 1:160 [4]. В нашем случае контраст был равен 1:189, контраст пейзажа из эксперимента К.Миза – 1:194. Проблемой передачи яркости подобных контрастных объектов является получение изображения с недостаточной проработкой деталей и в светлых областях, и в темных.

После получения изображений, для их сравнения и построения кривых тоновоспроизведения, было дополнительно построено несколько калибровочных кривых. Для перевода яркостей объекта (пейзажа) в оптические плотности в кадре была помещена шкала (тест-объект) и промерены яркости полей шкалы и яркости деталей пейзажа, также поля тест-объекта были промерены на денситометре, что дало возможность построить калибровочную шкалу перевода яркостей деталей пейзажа в плотности (рис.3).

Рисунок 3. Калибровочная кривая перевода яркости объекта фотографирования в оптические плотности.

Для цифровых изображений затруднен замер значений оптических плотностей, но построение калибровочных кривых дает возможность перевода процентных отношений черного цвета, промеренного инструментом «Пипетка» в программе Photoshop в плотности. Для измерения оптической плотности деталей пейзажа на изображении, полученном после сканирования негативов, была дополнительно отсканирована шкала тест-объекта, использованная при съемке, и была построена калибровочная кривая зависимости процентного содержания черного цвета от оптической плотности этого тест-объекта (рис. 4).

Рисунок 4. Калибровочная кривая перевода процента черного цвета в оптические плотности для сканированного тест-объекта.

Для получения данных изображений, снятых цифровой камерой Canon D7 была построена  аналогичная калибровочная кривая (рис. 5), но процент черного в этом случае замерялся непосредственно на полученном цифровом изображении.

Рисунок 5. Калибровочная кривая перевода процента черного цвета в оптические плотности для цифрового изображения тест-объекта.

По калибровочным кривым все данные, полученные из Photoshop, были переведены в денситометрические величины (оптические плотности). После перевода появилась возможность построения кривых тоновоспроизведения (рис. 8, 9) для изображений, полученных цифровой камерой (рис. 6) и в результате сканирования негатива (рис. 7).

Рисунок. 6. Изображение, полученное цифровой камерой Canon D7

Рисунок. 7. Изображение, полученное при помощи сканирования

пленки Ilford Delta 100

 

Рисунок 8. Кривая тоновоспроизведения для цифровой камеры Canon D7

Рисунок 9. Кривая тоновоспроизведения для изображения, полученного сканированием пленки Ilford Delta 100

Для оценки качества тоновоспроизведения был проведен сравнительный анализ полученных кривых. Кривая для Canon D7 имеет четко выраженные участки светов, полутонов и теней. В тенях и светах можно отметить искажения (участки не прямолинейны), участок теней в 3 раза длиннее участка теней, что свидетельствует о большом количестве темных полутонов с хорошей проработкой. Тем не менее, необходимо отметить, что максимальная плотность объекта равная 2,7 передается на изображении плотностью 2,1. Это означает, что самые темные участки объекта передаются более светлыми тонами, происходит потеря общего контраста изображения. Это подтверждает и общий наклон кривой (g общ), который равен 0,8, в то время как стандартом является градиент равный 1,2. Рассматривая участок передачи полутонов, можно отметить, что градиент прямолинейного участка (g пр) равен 1,9, то есть градации серого передаются более высоким плотностями.

Анализируя кривую, построенную в результате сканирования пленки, можно отметить ее прямолинейность. Это свидетельствует о том, что практически все элементы пейзажа передаются пропорционально, при этом общий градиент кривой равен 1, а градиент прямолинейного участка равен 1,09. Это свидетельствует об очень небольшой потере контраста изображения.  Но на участках малых плотностей на отрезке кривой, отвечающей за передачу светлых тонов можно наблюдать искажение: при увеличении плотности объекта, плотность изображения не увеличивается, передается тем же самым тоном. Это видно и при рассматривании фотографии: светлые участки воды и берега выглядят белыми, в то время как на цифровом изображении эти же участки передаются светлыми оттенками.

По данным, полученным при анализе формы кривых, а так же по численным параметрам можно сделать вывод о том, что с точки зрения тоновоспроизведения, изображение, полученное после сканирования пленки, имеет более высокое качество и проработку деталей изображения, чем при съемке цифровой камерой. То есть фотопленка больше подходит для съемки сюжетов большого контраста.  Единственным недостатком данного метода получения изображения, может быть назван относительно долгий процесс химико-фотографической обработки и последующего сканирования. При использовании цифровых камер, процесс получения изображения практически моментальный, но при этом рекомендацией для получения пропорциональной передачи тонов является проведение дополнительной компьютерной обработки изображения.

Планируются дальнейшие исследования в данной области, направленные на увеличение базы данных съемочной техники и фотоматериалов, сравнения не только электронных изображений, но и отпечатков, а также сравнения параметров тоновоспроизведения изображений контрастных объектов и объектов нормального контраста.

Список литературы:

  1. Котов А. М. и др.//Сборник тезизов Всесоюзного семинара по автоматизации проекти­рования оптических систем. Москва, октябрь,—Л.: ГОИ, 1989. —250 с.
  2. Константинова Е.В. Влияние условий съемки и химико-фотографической обработки на тоновоспроизведение в сквозном фотографическом процессе: дисс. СПб.: СПбГИКиТ, 2000 – 152 с.
  3. Миз К., Джеймс Т. Теория фотографического процесса. Пер. с англ. Под ред. А. Л. Картужанского и В.Н. Синцова. Л.: Химия, 1973, — с.501
  4. Горбатов А. Характеристики объекта съемки. URL: http://photonik.ru/index.php/ekspozitsiya/76-eksponometriya-i-ekspozamer-kharakteristiki-ob-ekta-s-jomki
    СОВРЕМЕННЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЯ
    Данная работа посвящена современному методу оценки качества изображения путем построения кривых тоновоспроизведения на примере оценки качества контрастного изображения. В рамках работы данным методом оценены изображения, полученные при помощи цифровой камеры и аналоговой на фотопленку. В результате анализа кривых тоновоспроизведения сделан вывод о том, что наилучшее изображение получено при сканировании негатива.
    Written by: Соколова Екатерина Викторовна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 02/07/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_29.08.15_08(17)
    Available in: Ebook