Пикселизация фотографии онлайн

Как это выглядит

Вышеприведенные расчёты и диаграммы весьма полезны для получения представления о таком явлении, как дифракция, однако показать её визуальное влияние может показать только фотография из жизни. Следующая серия снимков сделана с помощью Canon EOS 20D, на котором дифракционный предел начинает сказываться, начиная с f/11 (как показано выше). Наведите курсор на каждую из f-ступеней и проследите изменения в текстуре ткани.

Обратите внимание, как большинство линий ткани всё ещё различимы при f/11, но уже наблюдается снижение мелкодетального контраста или чёткости (в частности там, где полосы расположены очень близко). Происходит это вследствие частичного перекрытия дисков Эйри, аналогично тому, как эффект проявляется на смежных полосах чёрного и белого (как показано справа)

При диафрагме f/22 практически все мелкие детали оказались размыты, поскольку кружок рассеивания превзошёл их по величине.

Цифровое изображение глубина цвета и размер данных

Глубина цвета. Цвет каждого пикселя в RGB представлении закодирован 3 номерами, которые выражают яркость красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) компонентов. Каждый цвет пикселя кодируется в байтах. Байт является основной единицей компьютерной информации и состоит из 8 бит, где бит-это элементарная ячейка способная нести только информацию «0» или «1». Байт информационный, но относительно „бедный“ и может кодировать только целые числа от 0 до 255 — таким образом, в общей сложности 256 уровней.

Глубина определяет общее количество возможных цветов в цифровом изображении. Низкое количество возможных цветов приводит к прерывистым пересечениям.

Размер одной фотографии. Возьмем для примера реальную фотографию, составленную из, например, 6 миллионов пикселей (6 Mpix), чьё разрешение 3000 x 2000 пикселей. Если каждый пиксель поместили в 24-битную глубину цвета на пиксель (3 байта на пиксель), то цифровое изображение должно иметь размер 3×6=18 Мегабайт = 18 МБ. Если мы используем более высокую глубину цвета, размер фотографии поднимется в два раза (36 МБ). Это реальная картина, при условии, что не используется сжатие. Картина, таким образом, сохраняется полностью без сжатия, как это, например, происходит при сохранении в формате TIFF. Поскольку не всегда целесообразно хранить фотографии в полном качестве, прибегают к сжатию цифровых изображений.

Почему цифровые изображения в RAW формате меньше?

Принцип создания изображения с помощью фильтра Байера

Возможно, возникнет вопрос, почему размер RAW файла, в котором хранятся сырые данные с датчика, меньше, чем 36 МБ. Ответ состоит в фильтре Байера и реальной глубине цвета датчика (или его A/D конвертера).

Естественно полагать, что 6 MPix камера имеет свой датчик оснащенный 6 миллионами RGB пикселей. Следовательно, она имеет 6 миллионов чувствительных элементов на красный цвет, 6 миллионов на зеленый и 6 миллионов на синий. Такой датчик должен, следовательно, содержать 6×3=18 миллионов пикселей. К сожалению, реальность сложнее и далеко не так всё просто.

6 MPix камера на самом деле содержит только 6 миллионов пикселей на датчике, но только черно-белых, следовательно, неспособных увидеть цвет. Чтобы датчик видел цвет, перед каждым пикселей цветовой RGB маски, цвета расположены в виде матрицы и зеленая маска занимает места в два раза больше чем остальные (это имитирует повышенную чувствительность глаза к зеленому цвету). Из этого следует, что 6 MPix камера имеет «всего лишь» 1.5 миллиона красных пикселей, 1.5 млн. синих и 3 миллиона зеленых.

К сожалению, техническая сторона вопроса намного сложнее, и большинство цифровых камер используют дополнительные алгоритмы сжатия, так что, реальный размер цифрового изображения в RAW формате будет всегда меньше, чем дают математические расчёты.

Замечания по применимости в практической фотографии

Даже когда ваша оптическая система достигла дифракционного предела или даже превысила его, другие факторы, такие как точность фокусировки, размытие движением (шевелёнка) и несовершенные объективы могут оказать намного большее влияние. Размытие вследствие дифракции становится ограничивающим фактором для общей резкости только при использовании стабильного штатива, поднятия зеркала и высококачественного объектива.

Зачастую небольшая дифракция допустима, если вы хотите пожертвовать избыточной резкостью в фокальной плоскости в обмен на несколько лучшую резкость на границах глубины резкости. Иначе, чрезвычайно малые диафрагмы могут потребоваться для получения длинной выдержки, где это необходимо, например чтобы создать размытие текущей воды движением, снимая водопад.

Было бы неверно приходить к выводу, что «чем шире диафрагма, тем лучше», просто потому что сильно закрытые диафрагмы вносят мягкость в изображение. Большинство объективов не менее мягкие на предельно открытой диафрагме, так что оптимальная диафрагма всегда будет где-то между наибольшим и наименьшим значениями — обычно недалеко от дифракционного предела, в зависимости от объектива. Иначе говоря, оптимальная резкость для некоторых объективов может не достигать дифракционного предела. Данные расчёты показывают только, когда дифракция становится значительной, но необязательно положение оптимальной резкости (хотя они часто совпадают).

Чем меньше пиксель, тем хуже? Необязательно. Просто потому, что дифракционный предел был достигнут для большого пикселя, итоговый снимок не станет хуже из-за того, что пиксели были меньше, и предел был превышен; в каждом из случаев итоговое полученное разрешение будет одинаковым (хотя во втором случае размер файла будет больше). И даже несмотря на то, что разрешающая способность будет одинаковой, камера с меньшим размером пикселей отобразит фото с меньшим количеством дефектов (таких, как цветной муар и ступенчатость). Меньший размер пикселя даст к тому же возможность иметь лучшее разрешение при больших диафрагмах в ситуациях, когда глубину резкости можно сократить. Если учитывать прочие факторы, такие как визуальный шум и глубину резкости, ответ на вопрос, какой размер пикселя лучше, становится ещё более сложным.

Техническое примечание: поскольку физический размер диафрагмы объектива больше у телеобъективов (f/22 даёт большее отверстие при 200 мм, чем при 50 мм), почему размер диска Эйри не зависит от фокусного расстояния? Это происходит потому, что расстояние до фокальной плоскости с увеличением фокусного расстояния также увеличивается, так что диск Эйри на этом увеличенном расстоянии рассеивается сильнее. В результате два эффекта физического размера диафрагмы и фокусного расстояния взаимоисключаются. Следовательно, размер кружка рассеивания зависит только от f-ступени, которая описывает как фокусное расстояние, так и размер отверстия диафрагмы. Этот термин используется для универсального описания «числовой апертуры» (обратной удвоенной f-ступени). Существуют некоторые вариации от объектива к объективу, но они вызваны преимущественно различным дизайном и расстоянием между фокальной плоскостью и «входным отверстием» диафрагмы.

И что всё еще с этим делать

На данный момент мы с Вами пришли к тому, что в зависимости от исходного содержимого и разрешения вывода каждый формат может иметь небольшую разницу в качестве изображения. Как это получается кратко мы попробовали рассказать выше по тексту, где дали ссылки для тех, кто любит читать детальнее.

Всё из того же текста статьи (и даже скриншота) можно понять, что настройки AMD Radeon поддерживают следующие форматы отображения HDMI:

• • Формат изображения YCbCr 4: 4: 4
  • Формат изображения YCbCr 4: 2: 2
  • RGB 4: 4: 4 (Pixel Format Sudio Limeted RGB)
  • RGB 4: 4: 4 (Pixle Format PC Full RGB)

На выходе мы с Вами знаем, что формат YCbCr содержит подмножество данных цветового кодирования, также называемую Chroma Subsampling и представленную в формате 4: n: n (Y: Cb: Cr). Левая цифра обозначает яркость, средняя цифра представляет синий канал, а правая цифра — красный.

Формат RGB содержит ограниченные (16-235 бит) и полные (0-255 бит) параметры, которые представляют диапазон уровней белого и черного, которые могут отображаться.

Всё это конечно замечательно, много интересного написано, но всё еще ни черта не ясно, что же представляет из себя на практике и что с этим делать.

А делать вот что.

Теория

Параллельные лучи света, проходя через малое отверстие, начинают рассеиваться и накладываться друг на друга. Этот эффект становится более заметным по мере уменьшения размера отверстия относительно длины волны проходящего света, но в некоторых количествах он присутствует для любого отверстия или сфокусированного источника света.

Поскольку, расходясь, лучи преодолевают различные расстояния, часть из них оказывается в другой фазе, и в результате лучи начинают накладываться друг на друга — усиливаясь в одних областях и частично или полностью компенсируясь в других. Эта интерференция порождает дифракционный рисунок с пиковыми интенсивностями света в областях, где волны суммируются, и тёмными участками там, где они гасятся. Если измерить интенсивность света в каждой из областей, получатся штрихи следующего вида:

Для идеально круглого отверстия плоский дифракционный рисунок называется «диском Эйри», в честь его первооткрывателя Джорджа Эйри. Размер кружка рассеивания используется в качестве определения теоретического предела разрешающей способности оптической системы (определяется как диаметр первого тёмного круга).

Когда диаметр центрального пика диска Эйри (кружка рассеивания) становится сравним с размером пикселя камеры (или предельно допустимого кружка нерезкости), он начинает оказывать визуальное влияние на изображение. Иначе, если два диска Эйри оказываются расположены ближе половины их размера, они более не являются различимыми (критерий Рэлея).

Таким образом дифракция задаёт фундаментальный предел разрешающей способности, который не зависит от числа мегапикселей или формата плёнки. Он зависит исключительно от f-ступени диафрагмы объектива и длины волны изображаемого света. Можно рассматривать этот предел как наименьший теоретический «пиксель» детальности снимка. Даже если два пика всё ещё могут быть различимы, закрытие диафрагмы может также значительно понизить мелкодетальный контраст в связи с частичным перекрытием вторичного и прочих колец вокруг кружка рассеивания (см. пример фото).

Формат YCbCr

Более «извращенное представление». Так же пишется как, Y′CbCr, или Y Pb/Cb Pr/Cr, Y’CBCR или YCBCR. Чаще всего используется при передачи передачи цветных изображений в компонентном видео и цифровой фотографии.

Y’ — компонента яркости, CB и CR являются синей и красной цветоразностными компонентами. Y’ (с апострофом) отличается от Y, которой обозначают яркость без предыскажения. Апостроф означает, что интенсивность света кодируется нелинейно с помощью гамма-коррекции.

Такая вот страшновывернутая штука:

Если говорить проще, то она более насыщена, ибо не является абсолютным цветовым пространством, скорее, это способ избыточного кодирования информации сигналов RGB, что позволяет передать информацию о яркости с полным разрешением и произвести выборку с уменьшением числа передаваемых элементов изображения, так как человеческий глаз менее чувствителен к перепадам цвета. Это повышает эффективность системы, позволяя уменьшить поток видеоданных.

Если Вы уже всё поняли, то отлично, если ничего не поняли, то можете попробовать доломать себе мозг на Википедии в этой статье, либо перейти к выводам из текущего материала.

Вводная

Чаще всего технологию переключения формата (соотношения) пикселей можно использовать (увидеть) в видеокартах семейства AMD Radeon, в поледних версиях драйвера и при условии, что у Вас монитор подключен по HDMI и всей этой радостью умеет управлять, что существует ужо довольно и относительно повсеместно.

В частности, эта штука существует у многих на телевизоре, который, что логично, подключен куда-либо (ТВ-приставка, компьютер, etc.) по тому же HDMI например. Выглядит как переключение (обычно пультом).. Мм..

Формата изображения, мол: «Кино», «ПК» и тп, что, думаю, многие видели и наверняка заметили ни раз, когда при переключении меняется яркость, резкость, цветопередача и тп.

Давайте разбираться почему так.

Формат пикселей на практике

На практике Вы покупаете дисплей, включаете в него проводки и радостно определяете, что с ним будете делать (играть, например), после чего его включаете. Дальше у вас несколько вариантов (следите за руками):

• Вы выбираете первый формат пикселей (один из четырех) и пробуете пользоваться им с теми настройками, что есть изначально (заводские);
• Вы оставляете этот формат пикселей (или размер пикселей, или соотношение пикселей, или как там Вашей душе удобно его называть к концу этой статьи, — хоть цветовое кодирование) и меняете яркость-контрастность-соотношение цветов-резкость-формат-черного и черт знает что там еще можно еще, пока картинка Вас не устроит (делается кнопочками на мониторе или пульте);
• Вам очень интересно и вообще Вы практик, -после чего Вы выбираете второй формат пикселей и пробуете пользоваться уже им изначально, сбросив настройки;
• Вы оставляете второй формат пикселей и меняете яркость-контрастность-соотношение цветов-резкость и черт знает что там еще можно еще, пока картинка Вас не устроит;
• Сравниваете эти (следили за руками?) четыре варианта и пробуете третий (формат? размер? цветовое кодирование? да как хотите, хоть пространство), сбросив настройки настройки;
• Теперь уже третий формат Вы подкручиваете под себя (кнопками на мониторе или пульте), сравниваете с первыми 4-мя вариантами;
• Если Вы не выкинули до сих пор монитор, то делаете так и с оставшимся форматом  пикселей и настройками под него.

Итого Вы перепробовали 4 формата пикселей и 8 настроек под каждый (заводские и Ваши, т.к всё это всегда выглядит иначе во всех 8 случаях). Если здесь Вы еще не выкинули монитор, то Вы:

• Либо останавливаетесь на каком-то формате с какими-то (Вашими или заводскими) настройками под Ваши цели (Вы еще не забыли, что вначале Вы выбирали для чего покупали монитор? Забыли? А пофиг, всё равно в глазах уже рябит);
• Либо задолбались, купили устройство-паук и скалибровали монитор им и все мониторы в радиусе 300 км тоже;
• Либо крайне терпеливый человек и на Вас надо воду возить.

Выбрали? Теперь проделайте всё тоже самое, но на каждом этапе распечатайте фотографию и сравните с изображением на мониторе. Прежде чем Вы всё уничтожите, давайте к послесловию.

Формат RGB

Red Green Blue — это цветовая модель (формат), как правило, описывающая способ кодирования цвета для цветовоспроизведения с помощью трёх цветов, которые принято называть основными. По первым буквам названия, — это:

• Red, — красный;
• Green, — зелёный;
• Blue, — синий.

Изображение в данной цветовой модели состоит из трёх каналов. При смешении основных цветов, например, синего (B) и красного (R), получается пурпурный (M, magenta), зелёного (G) и красного (R) — жёлтый (Y, yellow), зелёного (G) и синего (B) — циановый (С, cyan). При смешении всех трёх основных цветов получается белый цвет (W, white).

Считается основным форматом для ПК и в общем и целом. Каждый желающий может легко проверить это смешав любые два (или все три) где-нибудь в цветовой палитре с акварелью.

Подробнее об этой радости на Википедии.

Визуальный пример диафрагма и размер пикселя

Размер кружка рассеивания сам по себе полезен только в контексте глубины резкости и размера пикселя. Следующая интерактивная таблица показывает кружок рассеивания в матрице, которая отражает размер пикселя различных моделей камер (наведение курсора на название меняет матрицу).

Вспомните, что сенсор цифровой камеры на базе матрицы Байера в каждом из пикселей получает только один из первичных цветов, а затем интерполирует эти цвета, чтобы получить итоговое полноцветное изображение. В результате работы сглаживающего фильтра сенсора (и вышеописанного критерия Рэлея) диск Эйри может иметь диаметр порядка двух пикселей, прежде чем дифракция начнёт оказывать визуальное влияние (предполагая идеальный в остальном объектив и просмотр в масштабе 100%).

В качестве двух примеров, Canon EOS 20D начнёт показывать дифракцию примерно при f/11, тогда как Canon PowerShot G6 (компактная камера) начнёт проявлять её эффекты уже при f/4.0-5.6. С другой стороны, Canon G6 не требует диафрагм настолько малых, как 20D, для получения аналогичной глубины резкости (для заданного угла обзора) в силу намного меньшего размера сенсора (подробнее об этом позже).

Поскольку размер диска Эйри зависит также от длины волны света, каждый из трёх первичных цветов достигнет своего дифракционного предела при разных отверстиях диафрагмы. Вышеприведенный расчёт принимает за длину волны света середину видимого спектра (~510 нм). Типичные цифровые зеркальные камеры способны зафиксировать свет с длинами волн от 450 до 680 нм, так что в лучшем случае диск Эйри будет иметь диаметр 80% от вышеприведенного размера (для чистого синего света).

Ещё одна сложность состоит в том, что матрица Байера отводит удвоенное число пикселей под зелёный цвет по сравнению с красным и синим. Это означает, что при достижении дифракционного предела в первую очередь произойдёт потеря разрешения в зелёном и в попиксельной яркости. Для потери разрешения в результате дифракции в синем потребуется минимальная диафрагма (максимальное число f-ступени).

Технические замечания:

• В действительности пиксели не занимают 100% площади сенсора цифровой камеры, между ними есть зазоры. Настоящий расчёт подразумевает, что микролинзы достаточно эффективны, так что эти зазоры можно игнорировать.
• Цифровые зеркальные камеры Nikon имеют пиксели прямоугольной формы, и следовательно, потеря разрешения в результате дифракции может быть более заметна в одном направлении. Этот эффект обычно визуально незаметен и сказывается толко при использовании высокоточных измерительных программ.
• Вышеприведенная таблица принимает за отверстие диафрагмы круг, хотя в действительности оно представляет из себя многоугольник, у которого 5-8 сторон (распространённое приближение).
• Наконец, расчёт площади пикселя подразумевает, что пиксели распространяются вплоть до границы каждого сенсора, и что все они вносят свой вклад в итоговое изображение. В действительности производители камер оставляют на границе каждого из сенсоров неиспользуемые пиксели. Поскольку не все производители предоставляют информацию о количестве используемых и неиспользуемых пикселей, в расчёт брались только используемые пиксели. Таким образом показанные выше размеры пикселей несколько больше настоящих (но не более, чем на 5% в худшем случае).

Формат цветовой и немного кодирование

Дисплеи на HDMI могут использовать один из двух разных цветовых форматов: YCbCr и RGB. Эти цветовые форматы являются цифровым эквивалентом аналоговых сигналов Component Video (YPbPr) и D-Sub VGA (Video Graphics Array).

Если говорить проще и точнее, то это скорее способы цветового кодирования, которые по разному этот самый цвет.. Ну не то чтобы отображают, а смешивают (интерпретируют) и результат сего вы потом наблюдаете на экрана своего дисплея. Или кодируют-раскодируют, так сказать.

Формально (очень) существует два основных формата цветового кодирования, — это YCbCr и RGB. Давайте чуть отойдем от темы и поговорим про них.