对“自动颜色”里剪切选项的疑惑

月宫囚徒 楼主

对“自动颜色”里剪切选项的疑惑


请看图



“默认情况下，Photoshop 将剪切白色和黑色像素的 0.1% -- 也就是说，在标识图像中的最亮和最暗像素时忽略两个极端像素值的前 0.1%。 ”

什么叫“剪切”？什么叫“忽略”？是一个意思吗？

假设图像中的白色和黑色像素亮度分别是255和0，数量分别是3000个和1000个，那么怎么个剪切法呢？

假设图像中的最亮和最暗像素亮度分别是240和30，数量分别是3万个和1万个，那么怎么个忽略法呢？

月宫囚徒 楼主

我顶一下了

wangruisc

一家之言：
      我是搞图象算法的，想从算法或直方图的角度来说明下这个问题，如果没说对，还请指正。
      我们知道，ps处理的图象都是标量（也就是由一个一个不同颜色亮度饱和度的象素排列形成的图象）。如果图象只是灰度图象，它的直方图，其实就是反映象素灰度分布的概率密度的图。如果图象是RGB彩色的，那就是由红绿蓝三色调和成的，直方图也就有红绿蓝三个。
      计算机识别一幅图象质量的好坏，不像我们直接用肉眼去看，直方图就是它的眼睛：如果一幅图象（比如是灰度的）质量很好，明暗搭配，层次分明，那么构成这个灰度图象的各个亮度的灰度就是连续的。也就是说，从0－255每一个灰度值都会合理暂一定比例。反过来，需要调整的图象问题就直方图不均匀上。
      所以“剪切”和“忽略”是一个意思。
      “假设图像中的白色和黑色像素亮度分别是255和0，数量分别是3000个和1000个，那么怎么个剪切法呢”——它是按概率剪切的。下面我用图说明。

wangruisc

原始图象的直方图如下：
      图象红、绿、蓝色的直方图分布是均匀的，但起伏很明显。

wangruisc

选择“调整－色阶－选项”，ps默认的是“增强每通道的对比度”，0.1%的剪贴值。
观察图象直方图，发现直方图范围有一定扩大，但图象变得不连续。

wangruisc

如果手动把剪贴值扩大到2％，发现直方图分布更均匀，但也更加离散。（中间出现的缝隙便是剪掉的部分，它是按概率算的，2％是概率值）。
“增强每通道的对比度”可最大化每个通道中的色调范围，产生更显著的校正效果。因为各通道是单独调整的，所以“增强每通道的对比度”可能会消除或引入色偏。“自动色阶”命令使用的便是这个算法，用的是默认值0.1%。
从直方图结果我们可以发现，图象的调整其实是通过损失图象细节信息为代价的（剪掉的部分不可能再还原）。

jdcrjdcr

看了楼上的朋友最终效果，跟原来的图像颜色差别很大，用了自动颜色后是不是偏色了？

clz8206

三楼的朋友这些从哪学来的？有没有资料介绍下阿？

回7楼：
色偏的定义本就很难说，而且显示设备和个人对环境光的判断也会有偏差

月宫囚徒 楼主

我这样理解对吗

1，"剪贴"和"忽略",其实是一个意思。

2，假设图片总像素是2000个，最暗的是30，最亮的是240。剪切0.1%，是指把2000的0.1%，即最暗的20个像素的亮度由30(或更高，凑足20个像素为准)，降低为0(可以自定义这个值)。再把最亮的20个像素的亮度由240(或更低，凑足20个像素为准)，加亮到255(可以自定义这个值)。

3，剪切的值越大，就会产生更多的0和255的像素，图片也就反差越大。图片色阶的直方图就会受到更多的左右的拉伸，就像拉皮筋一样，直方图上就会产生更多的断口。

第2点和算法高人wangruisc 的概率说理解不一致。愿听进一步讨论。

wangruisc

原帖由 jdcrjdcr 于 2007-6-21 21:57 发表
看了楼上的朋友最终效果，跟原来的图像颜色差别很大，用了自动颜色后是不是偏色了？

我做这个例子的本意不是为了说明如何调整色偏，所以顺手选了张颜色比较正常的照片，所以怎么调都看不出明显效果的
第二张用ps默认的剪贴值0.1%与第三张手动设置的2%做比较，主要是想形象点回答楼主关于参数设置的疑问。（当然实际使用中我们基本都不可能设这么高的值。）用第二、三张图象处理后的直方图变化来说明取值对图象的影响。

我是学图象处理的，现在搞二维图象的算法分析。通俗点说，就是整天分析ps这类图象处理软件的每个功能是怎么在数学上成立，又怎么用程序实现的，最后自己编出程序。所以对ps软件的内部算法，我了解得比较深入一点。上面的讲解方式，其实就是模仿导师课件的风格，再尽量不出现数学公式

所以回8楼朋友：资料是自己临时用ps做了下再写出来的，现在暂时没有全面资料。不过在“数字图像处理”这类的计算机教材中，原理是随处可见的（遗憾的是课本总使用数学公式＋程序说明问题，不够通俗）。如果大家有兴趣，我会尽量抽时间把它们“翻译”出来。

站在搞图象软件算法的人的立场，我想给ps使用者一点建议：适当尝试着用计算机的思考模式来了解ps。或者说，我们的ps学习不仅需要练习各种教程，还需要把实践上升到理论的高度，尽量总结一下"为什么这个效果要用这种方法实现，使用了这种方法后，图象象素本质上会发生哪些改变？“只有这样，我们才能从根本上避免照着老师的例子做出来的东西很好，但换一张图乃至换一种颜色怎么效果就出不来了的情况。至于使用滤镜直接背参数的方法，就更吃力更不科学了。
如果有兴趣这么试试的朋友，相信会事办功倍，很快举一反三的。

最后，想说明一点：直方图对图象处理真的很重要，它就是计算机读取图象信息的眼睛！否则，寸土寸金的photoshop怎么会给它一个专门的调板呢!!大家不妨随便找张图片试试，丰富的图象信息被隐藏在直方图中，随着图象处理的进行，它也同步变化着。一般而言，原始的数据没有损失的图片，它的直方图肯定是连续的。如果图片爆光合理层次分明，直方图会从0－255都有分布，起伏自然。如果图片爆光过渡或过暗，直方图就会集中在某个范围（我们的图象恢复就是想办法把直方图拉开来）。而整个ps软件的”调整“功能，就是建立在直方图拉伸或其他线性、非线性变换的基础上的。整个ps的滤镜功能，也是以直方图为基础，对目标象素进行数学运算来实现的。所以弄懂了直方图，你就找到了打开“调整”“滤镜”大门的钥匙，再也不为调整图片而盲目了。

wangruisc

楼主真的很厉害！
其实你的三个理解都是对的。只是我第一次用非数学的语言讲专业问题，没把问题说明白。不过我要说明的是，
“可以自定义这个值”其实大可不必，计算机肯定会用0和255这个默认值的。因为标准的完美的图片灰度范围就是要0－255都有分布，这个数据便是计算机努力的目标。
为了更进一步说明直方图的问题，我整理了下导师的课件，选择部分例子说明问题。
首先，说明一下ps中直方图下方几个统计值的含义。为了说明方便，我们一律用灰度图象。
平均值：表示平均亮度值。根据它我们可以大致判断图片属于高光、暗调还是中间调
标准偏差：表示亮度值的变化范围。标准偏差越大，意味着图象的反差越大。
中间值：显示亮度值范围内的中间值。这个值代表象素最多的区域，如果它偏小则图象暗，反之图象偏高光。
象素：用于计算直方图的整幅图象或选区里的象素总数。
色阶：光标下的区域的亮度级别
数量：光标下的区域的亮度级别的象素总数
百分位：光标所指的级别或该级别下的象素累计数。表示为所有象素的百分数，从0%到100%
高速缓存级别：若在“内存与高速缓存”选项中预置了“使用直方图高速缓存”，直方图可显示得更快。如果想检查图片的色调分离，则取消该选项并将级别设为1

wangruisc

较暗图象的直方图

wangruisc

较亮图象的直方图

wangruisc

对比度较低的图象的直方图
我们发现，图象灰度都集中在中间一块：也就是说，构成图象的都是差不多明暗的灰度点，所以图象一片模糊。

wangruisc

对比度较高的图象的直方图
经过观察，我们发现通过直方图的拉伸，图象从0－255都有象素分布。图象质量明显提高了。
但与之对应的，是直方图分布得更稀疏。怎么理解呢？
当图象成象时曝光不足或过度，或由于成象设备的非线性和图象记录设备动态范围太窄等因素都会产生对比度不足的弊病，使图象中的细节分辨不清，这时可将灰度范围线性扩展。ps通过运算（算法略去），把图象象素的灰度范围拉伸了，它明显出现在”调整“功能中。但由于算法是在有限个灰度级上进行的（计算机运算能力不可能无限），因此会造成层次的减少，于是图象细节信息随着我们处理的加深，不可逆的丢失了。
所以针对大家经常讨论的照片还原问题，理论上只要是原始数码照片，总有办法还原（搞算法的可以编写相应程序，通过滤镜还原），但对于已经处理过的，直方图不再连续的照片，计算机就无能为力，只能靠大家手工修图了。

wangruisc

再举一个应用实例说明图象恢复与直方图的关系
上面的钞票极度灰暗，直方图完全集中在一起。但图象的直方图是连续的，所以尝试使用算法对其恢复（就是ps的色调分离），经过恢复，钞票本色可以看出了，同时直方图也”固执的"分散在坐标两边，尽管只有几根了

wangruisc

看了上面的实例，可能大家对我的解释会更好理解一点？！

最后复制几句课件：
直方图均衡化将原始图象的直方图变换为均匀分布的形式，从而增加象素灰度值的动态范围，达到增强图象整体对比度的效果。
直方图均衡化实质上是减少图象的灰度级以换取对比度的加大。在均衡过程中，原来的直方图上频数较小的灰度级被归入很少几个或一个灰度级内，故得不到增强。若这些灰度级所构成的图象细节比较重要，则需采用局部区域直方图均衡。
直方图均衡化的物理解释
1）直方图均衡化，不改变灰度出现的次数（因为那样会改变图象的信息结构），所改变的是出现次数所对应的灰度级。
2）直方图均衡化，力图使等长区间内出现的像素数接近相等。

这段课件讲的就是图象增强的理论，基本上对应ps的“自动对比度”。
所谓直方图，横坐标可以理解为0－255的图象的灰度值，纵坐标可以理解为具体的某个值的灰度（比如灰度为10）的象素点在整个图象象素点中所占的百分比例。它们的和肯定是1。所以我们称为“概率”

以上便是我结合课本对ps部分功能的总结（想通这些我花了一学期时间），有意深入了解ps的朋友有空可以多琢磨一下。相信对你简化设计方法会有帮助的。
也欢迎高手批评指正，不吝赐教。

月宫囚徒 楼主

得到了算法专业的解释，大开眼界啊，讲解的相当通俗和清晰了。

但我有个疑问请指教
“原来的直方图上频数较小的灰度级被归入很少几个或一个灰度级内”－－－－难道总是不能保持原来的灰度级的个数吗？为什么一定要减少呢？
“减少图象的灰度级以换取对比度的加大”－－－－这一定会导致细节丢失吗？

我的理解是：
假设原来有10个灰度级，也就是在直方图上显示10根连续紧密排列的竖线。色调分离后，理想状态是这10根线相当均匀地分散在整个横坐标上，这时我们不能说有细节丢失吧。因为所有的色阶层次都在啊。
如果在色调分离的色阶数值重新运算过程中，有几根线因为色阶数值相近而丢失或者说合并为一根线，那么这时才能说有细节丢失吧。

wangruisc

楼主，你的钻研精神实在太让我佩服了
但是，我们再深入讨论下去，会不会被踢出去？毕竟这里是ps的地盘？！

说实话，你的几个问题刚才已经把我绕晕了，我又复习了课本才有底气继续说下去的。结果我发现课本是用公式说话的，你的问题如果用高数公式我可以很精确的推导出结论（课件上的那几句话就是我老师算了半天数学最后用中文做了个概括），但估计推导过程不会有人欢迎。所以，我还是决定自己画图，用ps说话，但推理的精确度就不敢保证了。

为了回答你的系列问题，我们首先必须搞懂，对计算机而言，“对比度”是个什么东西？（这是进行图象增强的基础。）通俗的讲，对比度是指目标物体与背景之间反差的大小。在计算机看来，就是目标物体与背景之间灰度值差别的大小（还是用灰度图象说明问题）。如果图象轮廓清晰，那么轮廓线与周围象素之间灰度的差值就大。如果图象模糊，那么轮廓与背景的灰度就表现得接近。
但与此对应的是，如果一幅图象细节丰富，纹理细腻，那么它的图象灰度就会过渡得非常自然。这个时候图象对比度也会表现得偏低。所以，我们很难在对图象进行增强处理的时候同时兼顾对比度与细节。

以下我用图片说明这个意思。
首先，我在ps中使用渐变工具填充一个黑白均匀过渡的图象（选灰度模式，渐变时勾选“仿色”），经过观察，发现这个理想中的由0－255灰度均匀组成的图象，它的直方图并不是绝对均匀分布的，而是略有起伏，这是因为计算机也无法生成理想的绝对均匀分布的图象（专业范畴，我们不去管它），就把它近似看作决定均匀的分布。
再看第二副图，我使用色调分离功能，把原图均匀分配到16个色阶上。这时，原本0－255灰度的图象被分别分配到16个灰度上。也就是说，原本用256种灰度值来表现的一幅细腻的完整的图象，被我们用16种灰度近似代替了！比如灰度接近为0（例如10）的象素，它在视觉上表现为近似为黑色的深灰，现在随着色调分离操作，它的灰度被调成了0。如果我们要表现的是人的头发的纹理与光泽，深灰与黑色之间微妙的变化就不复存在了！所以细节就不可避免的损失了！
再看第三副图，使用色调均化，也就是直方图均衡化，其实它的原理与色调分离类似，就是楼主希望的“色调分离后，理想状态是这10根线相当均匀地分散在整个横坐标上”。我们的肉眼看不出来，直方图告诉我们这个操作已经完成了，对比发现连续的灰度被破坏了。我们可以想象，执行了色调均化后，图象的边缘会因为相似灰度的合并而不再朦朦，但同时图象的细节也在合并中丢失了。

“原来的直方图上频数较小的灰度级被归入很少几个或一个灰度级内”－－－－难道总是不能保持原来的灰度级的个数吗？为什么一定要减少呢？根据算法要求，你必须要事先告诉计算机本次操作的最后会剩下几个灰度值，就好像把一箱鸡蛋分到篮子里去，计算机看不到篮子它是不会动的，看到了篮子它会再根据算法研究鸡蛋的类型，判断每个鸡蛋应该放哪里最合适。判断的过程就是运算的过程，结果可能全放一个篮子，也可能按从大到小均匀放，放法的不同就是算法的不同了。同时，篮子越多，计算机每次判断的用时就越长，太多了它算不出来就死机了！所以ps就是一个运算器，它不是万能的。而且我们做直方图操作就是为了给灰度分类，如果不减少，一个鸡蛋一个篮子那有什么意义？
“减少图象的灰度级以换取对比度的加大”－－－－这一定会导致细节丢失吗？这个问题相信你看了前面的解释已经明白了。增加对比度的同时肯定伴随着细节的丢失，因为计算机是靠直方图，靠灰度值判断图象的，它永选不会明白同样是深灰，为什么模糊黑色轮廓的深灰，跟描述人头发的深灰有什么不同，所以总是一视同仁的处理了！在现实的专业的图象增强处理中，我们很难仅仅通过直方图的变换取得绝对理想的增强效果，问题也就出在这里。当然，更新更好的算法早就出现，可能因为运算量过大的缘故，ps一直没有引入吧！不过我们通过多图层加通道蒙板的操作，多少弥补了这个缺陷。

最后假设原来有10个灰度级，也就是在直方图上显示10根连续紧密排列的竖线。色调分离后，理想状态是这10根线相当均匀地分散在整个横坐标上，这时我们不能说有细节丢失吧。因为所有的色阶层次都在啊。楼主，首先我要纠正的是，理想状态是这10根线相当均匀地分散在整个横坐标上通过数学证明，这个运算是不可能实现的。所以，…………

月宫囚徒 楼主

又清楚了。
楼上说到色调分离，我才想起来这个是概括255个色调到几个有限色调的命令。
而在我18楼里提到的色调分离，实际意思是指直方图均衡化，不是ps里的色调分离命令。

这个使我误用这个概念的原因，是楼上在16楼说的“钞票极度灰暗，直方图完全集中在一起。但图象的直方图是连续的，所以尝试使用算法对其恢复（就是ps的色调分离），经过恢复，钞票本色可以看出了，同时直方图也”固执的"分散在坐标两边，”。

我觉得你在这句话里用到色调分离这个名词好象不恰当啊，这句话让我以为色调均匀化的过程前需要先色调分离一下的。

wangruisc

抱歉，看来是我把概念讲混淆了。
在我们专业范围，没有色调分离与色调均化这种概念。它们对应的专业术语分别应该是“直方图规格化”和“直方图均衡化”。楼主有兴趣可以去网上搜一下。两种算法有相似的地方，但具体运算方式不同。关于直方图的运算，现在已经发展得非常成熟了，其实ps的曲线功能，就是在折腾直方图，有兴趣可以用各种匪夷所思的方法试试。

wangruisc

原帖由 wangruisc 于 2007-6-22 01:56 发表 再举一个应用实例说明图象恢复与直方图的关系
上面的钞票极度灰暗，直方图完全集中在一起。但图象的直方图是连续的，所以尝试使用算法对其恢复（就是ps的色调分离），经过恢复，钞票本色可以看出了，同时直方图 ...

就是ps的色调分离——改为色调均化

wbp108

提醒:最后回贴距现在 806 天，请不要无意义回复

原帖由 wangruisc 于 2007-6-22 01:21 发表

"月宫囚徒"说:
我这样理解对吗
1，"剪贴"和"忽略",其实是一个意思。
2，假设图片总像素是2000个，最暗的是30，最亮的是240。剪切1%，是指把2000的1%，即最暗的20个像素的亮度由30(或更高，凑足20个像素为准)，降低为0(可以自定义这个值)。再把最亮的20个像素的亮度由240(或更低，凑足20个像素为准)，加亮到255(可以自定义这个值)。
3，剪切的值越大，就会产生更多的0和255的像素，图片也就反差越大。图片色阶的直方图就会受到更多的左右的拉伸，就像拉皮筋一样，直方图上就会产生更多的断口。
第2点和算法高人wangruisc 的概率说理解不一致。愿听进一步讨论。

"若即离"肯定了"月宫囚徒"的阐述:
楼主真的很厉害！
其实你的三个理解都是对的。只是我第一次用非数学的语言讲专业问题，没把问题说明白。不过我要说明的是，
“可以自定义这个值”其实大可不必，计算机肯定会用0和255这个默认值的。因为标准的完美 ...

尽管是老贴,但问题未解,"若即离"亦非长期离线,故激活此帖绝非无意义,请版主及管理员多包涵!
请教算法高人"若即离":
   为了验证你对楼主阐述的第2点的肯定正确与否,我做了个小验证:
建立一个10*1像素的图像将其放大至最大,取用铅笔工具,将其直径设为1像素,然后将十个像素分别涂成色阶为240、220、200.......60的灰度色,打开"曲线"里的"自动选项",先将阴影的"剪贴"值设为0不管,再将高光的剪贴值从0向上逐渐提高(按上方向键),在0.01%的时候就有三个像素被剪贴成255了(凭记忆,大致这样,你可多试试),和你所肯定的月宫囚徒所阐述的第2点相去甚远.是你们不对,还是我的有误,本人想请你就此能详细谈谈,我对这块儿一直不甚明白.先谢谢了!

[ 本帖最后由 wbp108 于 2009-9-5 18:34 编辑 ]

wbp108

在做10*10像素图像的类似验证时,结果也基本一样.

wangruisc

实在不好意思，当初回这贴的时候我脑袋是昏的，很多东西在理解和表达上有些词不达意，误导大家了。现在重头来说一遍：

1、我回答LZ贴子时，针对的是常用的“自动颜色”（“图像”>“调整”>“自动颜色”）这个功能的算法来说的。也就是“自动颜色校正选项”中选中“查找深色与浅色”这个算法C。

2、“查找深色与浅色”算法，查找图像中平均最亮和最暗的像素，并用它们在最小化剪切的同时最大化对比度。“默认情况下，Photoshop剪切白色和黑色像素的0.1%，即，在标识图像中的最亮和最暗像素时忽略两个极端像素值的前0.1%。”也就差不多是我说的“色调均化”（之前错说成“色调分离”了 ）。

3、关于“wbp108”的问题：你在高为1像素的图上做这个实验，结果肯定跟理论分析不一样的。

      因为在PS的算法中，“查找图像中平均最亮和最暗的像素”不是以1*1像素为单位地去查，平均最亮和平均最暗的值是用3*3或5*5大小的像素块（滤波窗口）通过滤波算法得到的（如平均滤波、中值滤波等）。这样，滤波算法会把灰度为240、220、200的三个像素一起运算，得出的值做为第一个像素值，再把220、200、180三个一起运算，得出的值做为第二个值……通过这样的查找（滤波）算法后，再做剪切算法。所以，在这样小的图上用这个算法，是没多少意义的。

       但如果你在200*20大小的图上，以20*20为色块再做一次这个实验，结果肯定会不一样。（这时滤波窗口相对色块就小了很多，对色块灰度的影响也就小了，只在色调边缘处起作用）。

PS：以上纯属理论分析，感谢wbp108的热心探讨，有兴趣你可以再多试试，做实验时把直方图开着前后对比，会发现很规律的变化。
另：本人在金融危机的影响下，今年毕业后糊里糊涂地转行了。关于以前所学的图像处理的相关知识，乐于在此跟大家分享，权当发挥余热了。不当之处，还请大家指正。

XUEFUXINCHEN73

原帖由 wangruisc 于 2009-9-6 21:44 发表

实在不好意思，当初回这贴的时候我脑袋是昏的，很多东西在理解和表达上有些词不达意，误导大家了。现在重头来说一遍：

1、我回答LZ贴子时，针对的是常用的“自动颜色”（“图像”>“调整”>“自动颜色”） ...

这个选项旨在消除偏色，因此，对于每个通道而言，并不总是会把色阶值剪切到0或255，有时反而会把0剪切到大于0，把255剪切到小于255。若兄既然曾经对图像处理的算法有过深入研究，不妨谈谈这个选项对于色阶端点的剪切规律。谢了！

wbp108

愿与楼上一并聆听.对若兄前面的回复感谢了.

wangruisc

这个问题从理论上来讲，真的很难表达。
我争取周末重新整理一个贴子吧

wbp108

期待中...

XUEFUXINCHEN73

原帖由 wangruisc 于 2009-9-8 11:23 发表
这个问题从理论上来讲，真的很难表达。
我争取周末重新整理一个贴子吧

若兄辛苦，非常感谢，真诚期待。。。

       希望若兄能够给出与PS相吻合的具体算法。另外，不知若兄对“颜色范围”命令中“容差”的算法有无研究，如有，请不吝赐教。