gri tonlamalı - Grayscale

Olarak dijital fotoğraf , bilgisayar tarafından oluşturulan görüntü ve kolorimetri , bir gri skala görüntü her birinin değeri olduğu bir dengedir piksel tek bir numune yalnızca temsil miktarda bir ışık ; yani sadece yoğunluk bilgisi taşır . Bir tür siyah beyaz veya gri monokrom olan gri tonlamalı görüntüler, yalnızca gri tonlarından oluşur . Kontrast arasında değişmektedir siyah için zayıf şiddette beyaz en güçlü.

Gri tonlamalı görüntüler, bilgisayar görüntüleme bağlamında yalnızca iki renkli görüntüler olan bir bit iki tonlu siyah beyaz görüntülerden farklıdır : siyah ve beyaz ( çift düzeyli veya ikili görüntüler olarak da adlandırılır ). Gri tonlamalı görüntülerin arasında birçok gri tonu vardır.

Gri tonlamalı görüntüler, belirli bir ağırlıklı frekans (veya dalga boyu) kombinasyonuna göre her pikseldeki ışığın yoğunluğunun ölçülmesinin bir sonucu olabilir ve bu gibi durumlarda , yalnızca tek bir frekans (pratikte dar bir frekans bandı) olduğunda monokromatiktirler . ) yakalanır. Frekanslar prensipte elektromanyetik spektrumun herhangi bir yerinden olabilir (örneğin kızılötesi , görünür ışık , ultraviyole , vb.).

Bir kolorimetrik (ya da daha özel olarak fotometrik gri skala) görüntü tanımlanmış gri tonlama sahip bir görüntüdür renk aralığını ölçülen özelliklerine dayanan kendisi, standart ColorSpace bir akromatik kanala saklanan sayısal numune değerleri haritalar, insan gözüyle .

Orijinal renkli görüntünün tanımlanmış bir renk uzayı yoksa veya gri tonlamalı görüntünün renkli görüntüyle aynı insan tarafından algılanan akromatik yoğunluğa sahip olması amaçlanmadıysa , böyle bir renkli görüntüden gri tonlamalı bir görüntüye benzersiz bir eşleme yoktur .

sayısal gösterimler

Örnek bir gri tonlamalı görüntü

Bir pikselin yoğunluğu, minimum ve maksimum dahil, belirli bir aralıkta ifade edilir. Bu aralık, 0 (veya %0) (toplam yokluk, siyah) ve 1 (veya %100) (toplam varlık, beyaz) arasında herhangi bir kesirli değerle bir aralık olarak soyut bir şekilde temsil edilir. Bu gösterim akademik makalelerde kullanılır, ancak bu, kolorimetri açısından "siyah" veya "beyaz"ın ne olduğunu tanımlamaz . Sayısal yoğunluğun yarı tonlamada ne kadar mürekkep kullanıldığını gösterdiği baskıda olduğu gibi, bazen ölçek tersine çevrilir, %0 kağıt beyazı (mürekkep yok) ve %100 düz siyah (tam mürekkep) gösterir.

Gri tonlama yoluyla hesaplanabilir, ancak işlem olarak, rasyonel sayı , görüntü piksel genellikle nicemlenmiş gerekli depolama ve hesaplama azaltmak için, tamsayılar olarak saklamak için. Bazı eski gri tonlamalı monitörler, yalnızca 4 bit kullanılarak ikili biçimde depolanacak olan on altı farklı tonu görüntüleyebilir . Ancak günümüzde (hem ekranda hem de basılı olarak) görsel olarak gösterilmesi amaçlanan gri tonlamalı görüntüler (fotoğraflar gibi) genellikle örneklenen piksel başına 8 bit ile depolanır. Bu piksel derinliği , 256 farklı yoğunluğun (yani gri tonları) kaydedilmesine izin verir ve ayrıca her piksel örneğine tek bir tam bayt olarak erişilebildiğinden hesaplamayı basitleştirir . Bununla birlikte, bu yoğunluklar, o pikselde temsil ettikleri fiziksel ışık miktarıyla orantılı olarak eşit aralıklarla yerleştirilseydi (doğrusal kodlama veya ölçek olarak adlandırılır), bitişik koyu gölgeler arasındaki farklar, şeritlenme artefaktları olarak oldukça fark edilebilirken , daha açık tonların çoğu algısal olarak ayırt edilemeyen çok sayıda artışı kodlayarak "boşa harcanır". Bu nedenle, gölgeler bunun yerine tipik olarak gama sıkıştırılmış doğrusal olmayan bir ölçekte eşit olarak yayılır ; bu, hem koyu hem de açık gölgeler için tek biçimli algısal artışlara daha iyi yaklaşır ve genellikle bu 256 gölgeyi, fark edilebilir artışlardan kaçınmak için yeterli (sadece zorlukla) yapar.

Teknik kullanımlar (örneğin tıbbi görüntüleme veya uzaktan algılama uygulamalarında), sensör doğruluğundan (genellikle numune başına 10 veya 12 bit) tam olarak yararlanmak ve hesaplamalardaki yuvarlama hatalarını azaltmak için genellikle daha fazla seviye gerektirir . Bilgisayarlar 16 bitlik kelimeleri verimli bir şekilde yönettiğinden, numune başına on altı bit (65.536 seviye) genellikle bu tür kullanımlar için uygun bir seçimdir . TIFF ve PNG (aralarında) resim dosyası formatları tarayıcısı ve pek çok görüntüleme programları düşük düzeni her pikselin 8 bit görmezden gelme eğilimi rağmen, doğal olarak 16 bit gri tonlama destekler. Hesaplama ve çalışma depolaması için dahili olarak, görüntü işleme yazılımı tipik olarak 16 veya 32 bit boyutunda tamsayı veya kayan noktalı sayıları kullanır.

Rengi gri tonlamaya dönüştürme

Rastgele renkli bir görüntünün gri tonlamaya dönüştürülmesi genel olarak benzersiz değildir; renk kanallarının farklı ağırlıkları, farklı renkli fotoğraf filtreleriyle siyah beyaz film çekmenin kameralardaki etkisini etkin bir şekilde temsil eder .

Gri tonlamaya kolorimetrik (algısal parlaklığı koruyan) dönüştürme

Yaygın bir strateji, orijinal renkli görüntüyle (renk uzayına göre) aynı parlaklığa (teknik olarak göreli parlaklığa) sahip olacak şekilde gri tonlamalı değerleri (hedef gri tonlamalı renk uzayında) hesaplamak için fotometri veya daha geniş olarak kolorimetri ilkelerini kullanmaktır. ). Aynı (göreceli) parlaklığa ek olarak, bu yöntem ayrıca, her iki görüntünün de, görüntülendiğinde, görüntünün herhangi bir alanında, metre kare başına kandela cinsinden SI birimlerinde ölçülebildiği gibi , aynı mutlak parlaklığa sahip olmasını sağlar , eşit beyaz noktalar verilir . Parlaklığın kendisi standart bir insan görüşü modeli kullanılarak tanımlanır, bu nedenle gri tonlamalı görüntüdeki parlaklığın korunması , doğrusal parlaklık $Y$ tarafından belirlenen $L$ $*$ (1976 CIE L ab renk uzayında olduğu gibi) gibi diğer algısal açıklık ölçülerini de korur. ( CIE 1931 XYZ renk uzayında olduğu gibi ) herhangi bir belirsizliği önlemek için burada $Y$ $lineer$ olarak adlandıracağız .

Tipik bir gama sıkıştırılmış (doğrusal olmayan) RGB renk modeline dayalı bir renk alanından bir rengi , parlaklığının gri tonlamalı bir temsiline dönüştürmek için, görüntüyü doğrusal bir RGB'ye dönüştürmek için önce gama genişletme (doğrusallaştırma) yoluyla gama sıkıştırma işlevi kaldırılmalıdır. renk aralığı, uygun böylece ağırlıklı toplamı doğrusal bir renk bileşenlerine uygulanabilir ( ), lineer ışıklılık hesaplamak için $Y,$ $doğrusal$ , gri tonlama sonuç, tipik bir lineer olmayan kodlanır ve depolanacak de ise daha sonra gama sıkıştırılmış tekrar olabilen renk uzayı. $R_{\mathrm {doğrusal}},G_{\mathrm {doğrusal}},B_{\mathrm {doğrusal}}$

Ortak sRGB renk alanı için gama genişletmesi şu şekilde tanımlanır:

C_{\mathrm {linear}}={\begin{cases}{\frac {C_{\mathrm {srgb} }}{12.92}},&{\text{if }}C_{\mathrm {srgb } }\leq 0.04045\\\left({\frac {C_{\mathrm {srgb} }+0.055}{1.055}}\sağ)^{2.4},&{\text{aksi halde}}\end{durumlar} }

burada $C srgb$ , üç gama sıkıştırılmış sRGB birincil $öğesinden$ ( $R srgb$ , $G srgb$ ve $B srgb$ , her biri [0,1] aralığında) herhangi $birini$ temsil eder ve $C linear$ , karşılık gelen doğrusal yoğunluk değeridir ( $R linear$ , $G linear$ , ve $B lineer$ , ayrıca [0,1] aralığında). Ardından, doğrusal parlaklık, üç doğrusal yoğunluk değerinin ağırlıklı toplamı olarak hesaplanır. SRGB renk alanı açısından tanımlanır 1931 CIE doğrusal parlaklık $-Y çizgisel$ ile verildiği

Y_{\mathrm {doğrusal} }=0.2126R_{\mathrm {doğrusal} }+0.7152G_{\mathrm {doğrusal} }+0.0722B_{\mathrm {doğrusal} }

.

Bu üç özel katsayı, tipik trikromat insanların kesin Rec'in ışığına karşı yoğunluk (parlaklık) algısını temsil eder . sRGB tanımında kullanılan 709 ilave ana renk (renklilik). İnsan görüşü yeşile en duyarlıdır, dolayısıyla bu en büyük katsayı değerine (0.7152) ve maviye en az duyarlıdır, dolayısıyla bu en küçük katsayıya (0.0722) sahiptir. Gri tonlama yoğunluğunu doğrusal RGB'de kodlamak için, üç renk bileşeninin her biri, hesaplanan doğrusal parlaklığa eşit olacak şekilde ayarlanabilir ( bu doğrusal gri tonlamayı elde etmek için değerlerle değiştirilir ), bu daha sonra geleneksel olmayana geri dönmek için tipik olarak gama sıkıştırılması gerekir. -doğrusal temsil. sRGB için, üç primerinin her biri, yukarıdaki gama genişlemesinin tersi ile verilen aynı gama-sıkıştırılmış $Y$ $srgb'ye$ ayarlanır. $Y_{\mathrm {doğrusal}}$ $R_{\mathrm {doğrusal}},G_{\mathrm {doğrusal}},B_{\mathrm {doğrusal}}$ $Y_{\mathrm {doğrusal}},Y_{\mathrm {doğrusal}},Y_{\mathrm {doğrusal}}$

Y_{\mathrm {srgb} }={\begin{durumlar}12.92\ Y_{\mathrm {lineer}},&{\text{if }}Y_{\mathrm {linear} }\leq 0.0031308\\ 1.055\ Y_{\mathrm {doğrusal} }^{1/2.4}-0.055,&{\text{aksi halde}}\end{durumlar}}

Üç sRGB bileşeni daha sonra eşit olduğundan, bunun aslında gri bir görüntü (renkli değil) olduğunu gösterir, bu değerleri yalnızca bir kez depolamak gerekir ve biz buna ortaya çıkan gri tonlamalı görüntü diyoruz. JPEG veya PNG gibi tek kanallı gri tonlamalı gösterimi destekleyen sRGB uyumlu görüntü formatlarında normalde bu şekilde depolanır. Web tarayıcıları ve sRGB görüntülerini tanıyan diğer yazılımlar, bu tür gri tonlamalı bir görüntü için, üç renk kanalının tümünde aynı değerlere sahip bir "renkli" sRGB görüntüsü için olduğu gibi aynı işlemeyi üretmelidir.

Video sistemlerinde Luma kodlama

PAL , SECAM ve NTSC gibi standart renkli TV ve video sistemlerinde kullanılan Y'UV ve akrabaları gibi renk uzaylarındaki görüntüler için , doğrusal olmayan bir luma bileşeni $($ $Y'$ $)$ doğrudan gama sıkıştırılmış birincil yoğunluklardan hesaplanır Kolorimetrik parlaklığın mükemmel bir temsili olmasa da, fotometrik/kolorimetrik hesaplamalarda kullanılan gama genişlemesi ve sıkıştırma olmadan daha hızlı hesaplanabilen ağırlıklı bir toplam olarak. Gelen Y'UV ve Y'IQ PAL ve NTSC tarafından kullanılan modellerin rec601 luma $($ $Y'$ $)$ bileşeni olarak hesaplanır

{\ Displaystyle Y'=0.299R'+0.587G'+0.114B'}

bu doğrusal olmayan değerleri, biraz farklı bir gama sıkıştırma formülü kullanan sRGB doğrusal olmayan değerlerden (yukarıda tartışılan) ve doğrusal RGB bileşenlerinden ayırmak için asal değeri kullandığımız yer. ITU-R BT.709 için kullanılan standart HDTV tarafından geliştirilen ATSC luma bileşeni olarak işlem, farklı renk katsayılarını kullanır

Y'=0.2126R'+0.7152G'+0.0722B'

.

Bunlar sayısal olarak yukarıdaki sRGB'de kullanılan katsayılarla aynı olsa da, burada doğrusallaştırılmış değerler yerine doğrudan gama sıkıştırılmış değerlere uygulandıkları için etki farklıdır. ITU-R BT.2100 için standart HDR luma bileşeni olarak işlem televizyon henüz kullanımlar farklı katsayı,

Y'=0.2627R'+0.6780G'+0.0593B'

.

Normalde bu renk uzayları, görüntüleme için görüntülenmeden önce doğrusal olmayan R'G'B'ye dönüştürülür. Yeterli hassasiyet kaldığı ölçüde, daha sonra doğru bir şekilde oluşturulabilirler.

Ancak luma bileşeni Y' bunun yerine doğrudan renkli görüntünün gri tonlamalı bir temsili olarak kullanılırsa, parlaklık korunmaz: iki renk aynı luma $Y'ye,$ ancak farklı CIE doğrusal parlaklığa $Y'ye$ (ve dolayısıyla tanımlandığı gibi farklı doğrusal olmayan $Y srgb) sahip olabilir$ . üstte) ve bu nedenle tipik bir insana orijinal renkten daha koyu veya daha açık görünür. Benzer şekilde, aynı parlaklığa $Y$ (ve dolayısıyla aynı $Y srgb$ ) sahip iki renk, yukarıdaki $Y'$ luma tanımlarından herhangi birine göre genel olarak farklı $lumaya$ sahip olacaktır .

Çok kanallı renkli görüntülerin tek kanalları olarak gri tonlama

Renkli görüntüler genellikle , her biri belirli bir kanalın değer düzeylerini temsil eden birkaç yığılmış renk kanalından oluşur. Örneğin, RGB görüntüleri kırmızı, yeşil ve mavi ana renk bileşenleri için üç bağımsız kanaldan oluşur ; CMYK görüntülerinde camgöbeği, macenta, sarı ve siyah mürekkep plakaları vb. için dört kanal bulunur .

İşte tam bir RGB renkli görüntünün renk kanalı bölme örneği. Soldaki sütun, izole edilmiş renk kanallarını doğal renklerde gösterirken, sağda gri tonlamalı eşdeğerleri vardır:

Üç gri tonlamalı görüntüden RGB kompozisyonu

Bunun tersi de mümkündür: ayrı gri tonlamalı kanallarından tam renkli bir görüntü oluşturmak. Kanalları karıştırarak, ofsetleri kullanarak, döndürme ve diğer manipülasyonları kullanarak, orijinal görüntüyü doğru bir şekilde yeniden üretmek yerine sanatsal efektler elde edilebilir.

Gri tonlamalı modlar

Bazı işletim sistemleri gri tonlamalı bir mod sunar. Bir kısayol tuşuna bağlı olabilir veya bu programlanabilir olabilir.

Bazı tarayıcılarda gri tonlamalı mod uzantısı yüklemek de mümkündür.

Ayrıca bakınız

Kanal (dijital görüntü)
Yarım ton
çift ton
yanlış renk
sepya tonu
siyanotip
Morfolojik görüntü işleme
Mezotint
Tek renkli ve RGB renk biçimlerinin listesi – Tek renkli paletler bölümü
Yazılım paletlerinin listesi – Renk gradyan paletleri ve sahte renk paletleri bölümleri
Akromatopsi , görmenin gri tonlamayla sınırlı olduğu toplam renk körlüğü
Bölge Sistemi

Languages

In other projects