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Salve a tutti. Questa è la prima parte di un tutorial teorico-pratico sugli istogrammi
e su certe operazioni di fotoritocco ed elaborazione delle immagini digitali che li riguardano.
Si tratta di videotutorial di livello introduttivo, non rivolti a chi sa già cosa sono
e come vengono utilizzati gli istogrammi, ma a chi si avvicina per la prima volta
all'elaborazione delle immagini e al fotoritocco e non sa come utilizzare questo strumento.
Per gli esempi pratici utilizzerò GIMP 2.8 ma la teoria vale indipendentemente dal programma utilizzato.
Un istogramma è, per definizione, un diagramma a barre, tipicamente verticali, che
(nel caso degli istogrammi di immagini) ha lo scopo di mostrare con che probabilità
o frequenza troveremo un pixel di una data luminosità nell'immagine.
Saper leggere gli istogrammi consente di riconoscere problemi come sovraesposizione, banding,
eccesso di contrasto, eccetera... quindi ci consente di capire cosa andare a sistemare
e con quali strumenti, senza andare “a caso”: l'insieme degli istogrammi disponibili
per un'immagine è, in un certo senso, la cartella clinica di tale immagine.
Facciamo subito un esempio con un caso reale per capire come funziona e come va letta questa rappresentazione.
Per prima cosa, apriamo un'immagine in GIMP. La finestra dell'istogramma dovrebbe trovarsi,
di default, in alto a destra, un'icona del gruppo della finestra d'angolo; qualora non dovesse esserci,
clicchiamo sulla piccola freccia sempre in alto a destra e scegliamo Aggiungi Scheda – Istogramma,
oppure dal menù Finestre scegliamo Pannelli agganciabili – Istogramma.
Selezionata la scheda (che ha per icona delle barre verticali), possiamo anche sganciarla dalla finestra in alto
facendo click sulla piccola freccia in alto a destra e scegliendo “Stacca scheda”:
questo tipo di visualizzazione ha il vantaggio di poter essere messa in secondo piano
o ridimensionata senza ridurre il resto dell'area di lavoro. Diamo un'occhiata al contenuto della finestra.
Nel grafico, l'asse orizzontale, o delle x, rappresenta i possibili valori di luminosità,
colore o trasparenza di un pixel, a seconda del “canale” scelto, come vedremo;
l'asse verticale, come anticipato, indica la probabilità che un pixel abbia quel valore,
quindi in un certo senso la frequenza o la quantità di pixel di quel tipo nell'immagine.
L'istogramma è un grafico che può far riferimento a vari tipi di informazioni, detti “canali”.
In un'immagine a colori senza trasparenza abbiamo a disposizione 5 canali: Valore, Rosso,
Verde, Blu e una quinta modalità RGB che mostra le tre componenti colore in un unico grafico.
Nello schema di colori RGB, un colore è dato dalla miscelazione delle tre componenti Rossa,
Verde e Blu, con valori che vanno da 0 (nero) a 255 (colore pieno), per cui l'RGB 0, 0, 0
è il nero puro, 255, 0, 0 è il rosso puro, 255, 255, 255 è il bianco puro, e così via.
Quando si analizza una singola componente, ad esempio il Verde, il grafico riporta i valori bassi
a sinistra e i valori alti a destra, il che vuol dire – nel caso del Verde – che sull'asse delle x avremo,
da sinistra a destra, varie tonalità di verde, partendo dal nero all'estremità sinistra (valore zero).
Se l'immagine è provvista di trasparenza, abbiamo anche il canale Alpha, che indica quanti pixel
ci sono nell'immagine con un determinato grado di opacità (0 indica opacità nulla,
quindi trasparenza completa, mentre 255 è l'opacità massima, quindi trasparenza nulla).
Nell'immagine che sto mostrando ora a video la maggior parte dei pixel sono trasparenti,
quindi con Alpha 0 o valori prossimi allo zero, ma c'è anche una grande porzione opaca,
quindi con Alpha 255; in effetti, se guardiamo il canale Alpha dell'istogramma associato all'immagine
notiamo che la Mediana è 0, perché ci sono più pixel trasparenti che opachi, mentre la Media aritmetica
è 109,3, ma non ci sono pixel con tale valore di opacità (quindi semitrasparenti).
Questi valori si trovano, insieme ad altri, proprio nella finestra dell'istogramma, in basso;
di default, sono calcolati su tutto il range 0 – 255, tuttavia possiamo spostare i due contrassegni
(rappresentati da triangoli neri) posti sull'asse x del grafico in modo da cambiare
il range da analizzare e, quindi, i valori calcolati.
In questa immagine non ci sono valori intermedi di trasparenza: i pixel sono o trasparenti o opachi;
per contare i pixel opachi, quindi, è sufficiente spostare ad esempio a metà il contrassegno di sinistra,
o scrivere ad esempio 127 nel campo numerico a sinistra.
Diamo un'occhiata alle statistiche dell'istogramma: su 3.871.488 pixel conteggiati nell'immagine,
1.658.900 sono nel range scelto (alla voce “Conteggio”), quindi sono opachi (non ci sono pixel quasi opachi:
Media e Mediana coincidono e la deviazione standard, indice dell'omogeneità dei valori nella selezione, vale 0,
quindi sono tutti concentrati, in questo caso nel valore 255); la voce percentile ci dice che il 42,8% dei pixel sono opachi.
Le considerazioni appena fatte valgono anche per gli altri canali-informazione,
ed anzi coi colori e il canale Valore le cose si fanno più interessanti,
perché possiamo distinguere ad esempio in ombre, mezzitoni e luci; passiamo, ad esempio, al canale Valore.
In un'immagine in scala di grigi, il canale Valore dispone sull'asse x proprio i valori di grigio possibili
per un pixel, quindi da nero a bianco puro, e l'istogramma ci fa capire se l'immagine è molto luminosa,
poco luminosa, ben contrastata, e così via; in un'immagine a colori, Valore è uno pseudo-canale,
calcolato sui valori dei canali RGB che compongono un pixel,
e anche qui ci dà un'idea della luminosità e del contrasto di un'immagine.
Possiamo suddividere un istogramma di un canale RGB o Valore in tre parti (suddividendo in terzi l'asse delle x).
Nel primo terzo avremo pixel molto scuri o, per quanto riguarda i colori, poco saturi;
chiameremo questa parte “ombre” (SHADOWS) perché questi pixel corrispondono,
appunto, alle zone molto scure, tipicamente sottoesposte o in ombra, di un'immagine o fotografia.
La parte centrale è quella dei mezzitoni (MIDTONES), punti che riflettono la luce in maniera diffusa,
senza riflessi speculari o zone sovraesposte.
La terza zona è quella delle luci (LIGHTS), punti molto luminosi, zone sovraesposte,
fonti di luce inquadrate direttamente, riflessi speculari degli oggetti.
L'istogramma del canale Valore dell'immagine che sto utilizzando mostra che non ci sono pixel neri
o comunque molto scuri: tutto è concentrato nei mezzitoni e nelle luci, ma non ci sono nemmeno
zone di riflessi speculari o sovraesposte. Osservando l'immagine è possibile verificare facilmente quanto detto.
Scegliendo gli altri canali di informazione, avremo invece delle indicazioni sulla distribuzione
delle singole componenti colore dell'immagine; da notare che l'istogramma del verde,
il colore dominante di tutta l'immagine, è praticamente uguale a quello del valore, ma d'altronde
si vede a occhio che il verde è quello che contribuisce di più, mentre per il blu abbiamo
una forte concentrazione nel primo terzo (ci sono, quindi, pixel con valori molto bassi o nulli per il canale Blu);
in realtà, il canale Valore prende, per ogni pixel, il valore massimo tra i tre valori RGB,
ed essendo il verde dominante non c'è da stupirsi se le barre di Valore e di Verde sono praticamente uguali.
E' possibile vedere gli istogrammi dei tre canali in un colpo solo, per vedere come sono distribuiti i colori,
scegliendo la voce RGB: verde e rosso sono presenti con una buona saturazione,
ossia non ci sono pixel con valori bassi per i canali rosso e verde, mentre il blu è nel primo terzo,
quindi nero o blu poco saturo, che contribuisce in minima parte alla colorazione dell'immagine.
Di per sé, un istogramma ci restituisce solo delle informazioni, molto utili,
ma non ci mette a disposizione degli strumenti per cambiare la situazione, ossia elaborare le immagini.
Questi strumenti sono, in effetti, filtri ed altri operatori, ad esempio quelli presenti nel menù Colori.
Se volete, potete fare una pausa ora, visto che stiamo passando dai concetti teorici introduttivi alla parte pratica.
con poco contrasto o sovraesposta, utilizzando lo strumento Luminosità e Constrasto del menù Colori
per modificare l'immagine e, quindi, il suo istogramma; in seguito, prima di chiudere questa prima puntata,
parleremo anche del cambiamento di colore per modificare l'istogramma del blu e del verde.
L'istogramma del canale Valore ci dà, come visto precedentemente,
una concentrazione di pixel nei mezzitoni e nelle luci, ma senza andare al massimo.
Apriamo lo strumento Luminosità e Constrasto dal menù Colori e iniziamo
ad aumentare il contrasto dell'immagine, spostando lo slider verso destra.
Le barre dei mezzitoni ci sono ancora, ma sono molto molto basse e separate in maniera netta...
tuttavia, queste barre sono troppo basse rispetto a quelle di prima
(visibili comunque come sfondo della finestra): dove sono finiti i pixel?
In realtà, ora c'è una concentrazione anomala a destra: impostando il range 253-255,
quindi proprio l'intensità massima, si ha che lì la % è molto alta: non si vedono bene per via del bordo destro
del grafico, ma le barre sono lì, e in effetti l'immagine è praticamente verde (di un verde molto saturo).
Sono pochissimi, invece, i pixel scuri: l'immagine è sì più contrastata (si capisce ad esempio
dalla separazione netta tra le bande), ma perlopiù è molto satura, non ci sono molti valori nel primo terzo.
Per risolvere questo problema, abbassiamo il valore del campo Luminosità.
Giochiamo un po' su questi due slider: bassa luminosità e alto contrasto rendono più scura l'immagine
ma lasciano sature le parti più intense (per via dell'alto contrasto), per cui possiamo notare, nell'istogramma,
dei picchi alle estremità sinistra e destra e dei valori molto bassi nel resto del grafico.
Riportiamo gli slider a metà, al valore iniziale (zero).
Che succede se ora abbassiamo il contrasto? Succede che l'immagine perde le parti chiare che aveva
(e tecnicamente perderebbe anche le parti scure, solo che praticamente non ce n'erano) e,
come si può vedere nell'istogramma, e come anticipato più volte in precedenza,
c'è una forte concentrazione di barre al centro dell'istogramma, nella zona dei mezzitoni.
Portando al massimo la luminosità e al minimo il contrasto, avremo un'immagine completamente grigia.
I canali-colore, infatti, sono misure della saturazione del colore scelto
(ad esempio, nel verde si va da nero a verde puro, nel rosso da nero a rosso puro),
e con una trasformazione così estrema si finisce per dare a tutti e tre lo stesso valore...
ma come detto prima, RGB 0,0,0 è il nero puro, 255, 255, 255 è il bianco puro,
e va da sé che tre valori uguali sono, in realtà, gradazioni di grigio, ed ecco spiegata questa situazione.
Ricapitolando, già dalla disposizione delle barre nei terzi è possibile capire qualcosa sul contrasto e la luminosità
di un'immagine e, quindi, anche su che cosa bisogna agire per migliorare (o comunque modificare) la situazione.
Barre molto alte, concentrate nel primo terzo, indicano una grossa percentuale di pixel scuri o poco saturi,
quindi verosimilmente avremo un'immagine, appunto, scura o sottoesposta;
barre concentrate al centro indicano un'immagine poco contrastata (per l'assenza o quasi di zone molto scure
o molto chiare; di contro, barre nel primo e nell'ultimo terzo indicano un'immagine fortemente contrastata, priva di
mezzitoni); barre concentrate nell'ultimo terzo indicano un'immagine molto luminosa, molto satura o proprio sovraesposta.
Prima abbiamo parlato anche della presenza di alcuni valori molto bassi della componente blu per certi pixel;
vediamo ora come correggere il colore eliminando del tutto il canale Blu
(quindi tutti i pixel avranno zero nell'ultimo valore RGB) e, nel mentre, osserviamo come cambiano gli istogrammi.
Torniamo all'immagine originale e, dal menù Colori, scegliamo lo strumento “Bilanciamento del colore”,
in quanto non vogliamo regolare la saturazione di un singolo canale-colore
ma proprio cambiare la tonalità da blu a verde.
Scegliamo, questa volta, l'istogramma RGB, in modo da vedere le distribuzioni dei tre canali-colore contemporaneamente.
Il blu è concentrato nel primo terzo, quello delle ombre, quindi nella sezione “Campo di regolazione”
della finestra dello strumento “Bilanciamento colore” scegliamo, appunto, Ombre.
Spostiamo gli slider a completamente Rosso, completamente Verde e completamente Giallo,
in modo da togliere le componenti Blu e derivati (Magenta e Ciano);
non solo: deselezioniamo anche la casella “preserva luminosità”.
Ora l'immagine è composta da componenti Rosse e Verdi... più qualche pixel nero, in effetti:
a ben guardare, si nota un picco blu all'estremità sinistra, ma quello in realtà non è più un blu,
nemmeno un blu scuro: è proprio nero, valore zero per il canale Blu,
e vuol dire appunto che non ci sono più contributi di blu nei pixel dell'immagine.
Eliminato il blu, è possibile procedere con altri strumenti per gestire meglio il bilanciamento
delle componenti Rossa e Verde, ad esempio con le curve, ma di questo strumento parleremo nella prossima puntata
(dove, tra l'altro, faremo tornare Verde la foglia, abbassando la curva del Rosso).
Bene, per questo tutorial è tutto; abbiamo visto cosa sono gli istogrammi, le associazioni tra luminosità e contrasto
e le bande degli istogrammi e anche come fare per cambiare la tonalità di un dato canale-colore;
nella prossima puntata, inizieremo prendendo in esame uno strumento molto importante: le curve. A presto!