Modificari Simpliste Asupra Imaginilor

Cuprins

Introducere

Imagine digitală

Stocarea imaginilor digitale în fișiere

Modificări simpliste asupra imaginilor

2.1. Negativarea unei imagini

2.2. Modificarea luminozității unei imagini

2.3. Rotația unei imagini

2.4. Translația unei imagini

2.5. Reflexia unei imagini

3. Adobe Photoshop

3.1. Prezentarea galeriei de filtre

3.2. Utilizarea filtrelor

3.3. Aplicarea filtrelor din Galeria de filtre

3.3.1. Filtrele Artistic

3.3.2. Filtrele Brush Strokes (Tușe pensulă)

3.3.3. Filtrele Distort (Deformare)

3.3.4. Filtrele Sketch (Crochiu)

3.3.5. Filtrele Stylize (Stilizare)

3.3.6. Filtrele Texture (Textură)

3.4. Transformări ale imaginilor

3.4.1. Exemplul 1

3.4.2. Exemplul 2

4. Concluzii

5. Bibliografie

1. Introducere

În această lucrare de licență voi prezenta o analiză a filtrelor pentru imagini digitale. Aceste filtre se folosesc la editarea imaginilor digitale, la transformarea sau îmbunătățirea lor. Am ales această temă pentru că mă pasionează fotografia și pe viitor mi-aș dori un loc de muncă în acest domeniu.

1.1 Imagine digitală

O imagine digitală este reprezentarea unei imagini reale și este o structură bidimensională de date. Un element al imaginii se numește pixel, cuvânt care provine din engleză de la picture element. Datele acestea pot fi numere naturale, numere complexe sau numere reale care sunt reprezentate pe un număr finit de biți [1].

1.2 Stocarea imaginilor digitale în fișiere

Un fișier este o entitate logică de organizare a informației înscrise pe mediile magnetice de stocare și este compus dintr-un șir de octeți [1]. Pentru stocarea unei imagini este nevoie ca acești octeți să conțină informația aferentă pixelilor, dar și informații despre tipul imaginii cum ar fi dimensiunea, dacă este indexată sau nu, dacă are sau nu are tabelă de culoare atașată, dacă este comprimată sau nu și după ce metodă. Formatele de imagini au devenit cunoscute mai ales după extensia fișierelor ce conțin imaginile stocate cum ar fi: BMP, TIF, JPG, GIF, PCX, RAW etc [1].

2. Modificări simpliste asupra imaginilor

2.1 Negativarea unei imagini

Negativarea imaginilor poate fi realizată transformând componentele culorii fiecărui pixel folosind regula de mai jos. Componentele culorii unui pixel sunt Red-Green-Blue (RGB), adică Roșu-Verde-Albastru [3].

Fig. 1 Regula negativării unei imagini

Fig 1.1 Imagine originală

Fig. 1.2 Imagine negativată

2.2 Modificarea luminozității unei imagini

Putem modifica luminozitatea unei imagini prin adunarea unei valori (), la componentele culorii fiecărui pixel, insă trebuie avut grijă să nu iasă din intervalul [0, 255]. Dacă folosim o valoare pozitivă () vom obține o luminozitate mai deschisă, iar dacă folosim o valoare negativă () vom obține o luminozitate mai închisă. Modificarea luminozității unei imagini se poate realiza folosind regula de mai jos [3]:

Fig. 2 Regula modificării luminozității unei imagini

Fig 2.1 Imagine originală

Fig 2.2 Imagine cu luminozitate mai deschisă

2.3 Rotația unei imagini

Rotația unei imagini se poate realiza prin maparea unui pixel de intrare (x1, y1) în poziția de ieșire (x2, y2) , determinată în urma rotirii cu un unghi , în jurul unei origini (x0, y0). Regula de transformare a coordonatelor pixelilor este [3]:

Fig. 3 Regula de transformare a coordonatelor pixelilor

Fig. 3.1 Imagine originală

Fig. 3.2 Imagine rotită spre dreapta

2.4 Translația unei imagini

Translația unei imagini înseamnă deplasarea pixelilor (x1, y1) din imaginea originală, cu o valoare (β1, β2) specificată de utilizator, în noile poziții (x2, y2) care sunt determinate prin transformările următoare [3]:

Fig. 4 Regula de translație a unei imagini

Fig. 4.1 Imagine originală

Fig. 4.2 Imagine cu pixeli deplasați în altă poziție

2.5 Reflexia unei imagini

Reflexia sau oglindirea transformă imaginea inițială astfel încât pixelii (x1, y1) sunt reflectați față de o axă specificată în noua poziție (x2, y2) în imaginea destinație. Reflexia față de o axă orizontală de ordonată y0 se realizează prin transformările [3]:

X2 = x1

Y2 = -y1 + (2 * y0)

Într-un mod asemănător, reflexia față de o axă verticală de abscisă x0 se realizează în felul următor [3]:

X2 = -x1 + (2 * x0)

Y2 = y1

Oglindirea după o axă orientată într-o direcție arbitrară și care trece prin punctul (x0, y0) [3]:

X2 = x1 – 2 * sin()

Y2 = y1 + 2 * cos()

Unde (x1 – x0) * sin() – (y1 – y0) * cos() [3].

Fig. 5 Imagine originală

Fig. 5.1 Imagine oglindită

3. Adobe Photoshop

Adobe Photoshop este un program utilizat pentru modificarea sau editarea imaginilor digitale. Programul are o interfață foarte intuitivă și permite foarte multe modificări asupra imaginilor cum ar fi modificări de luminozitate și contrast, culoare, focalizare, aplicare de efecte pe imagine sau doar pe anumite zone ale imaginii, retușarea imaginii și multe altele. Ca un scurt istoric pot spune că programul a fost creat de către frații Knoll, Thomas și John, care in septembrie 1988 au semnat un contract de licențiere a Photoshop cu firma americană Adobe. In 1990 a apărut prima versiune, numită Photoshop 1.0 [4].

Principalele avantaje prin care Photoshop se deosebește de aplicațiile concurente în industria prelucrării de imagini digitale sunt:

Selecțiile

Straturile (Layers)

Măștile (Masks)

Canalele (Channels)

Retușarea

Optimizarea imaginilor pentru Web [4]

În prezent, Photoshop a ajuns la versiunea CS6, versiune pe care o folosesc și eu în această lucrare, pe sistemul de operare Windows 7 Ultimate 64-bit.

3.1 Prezentarea galeriei de filtre

Galeria de filtre (Filter Gallery) oferă o previzualizare a filtrelor cu efecte speciale. Avem posibilitatea să aplicăm mai multe filtre, să activăm sau să dezactivăm efectul unui filtru, să resetăm opțiunile pentru un filtru și să modificăm ordinea de aplicare a filtrelor. În Galeria de filtre NU sunt toate filtrele din meniul Filter (Filtru) [5].

Pentru a deschide Galeria de filtre se face clic pe meniul Filter și se selectează Filter Gallery.

Fig. 6 Fereastră Galerie de filtre

Aici filtrele sunt organizate în următoarele categorii:

Artistic, care conține următoarele filtre: Colored Pencil, Cutout, Dry Brush, Film Grain, Fresco, Neon Glow, Paint Daubs, Palette Knife, Plastic Wrap, Poster Edges, Rough Pastels, Smudge Stick, Sponge, Underpainting, Watercolor;

Brush Strokes, care conține următoarele filtre: Accented Edges, Angled Strokes, Crosshatch, Dark Strokes, Ink Outlines, Spatter, Sprayed Strokes, Sumi-e;

Distort, care conține următoarele filtre: Diffuse Glow, Glass, Ocean Ripple;

Sketch, care conține următoarele filtre: Bas Relief, Chalk & Charcoal, Charcoal, Chrome, Conte Crayon, Graphic Pen, Halftone Pattern, Note Paper, Photocopy, Plaster, Reticulation, Stamp, Torn Edges, Water Paper;

Stylize, care conține doar un filtru: Glowing Edges;

Texture, care conține următoarele filtre: Craquelure, Grain, Mosaic Tiles, Patchwork, Stained Glass, Texturizer.

Efectele filtrelor sunt aplicate în ordinea în care sunt selectate. Filtrele pot fi rearanjate după ce sunt aplicate trăgând un nume de filtru într-o altă poziție în lista de filtre aplicate. Rearanjarea filtrelor poate modifica foarte mult modul în care arată imaginea [5].

3.2 Utilizarea filtrelor

Filtrele pot fi folosite pentru modificarea sau retușarea fotografiilor, pentru aplicarea de efecte speciale sau pentru transformări unice utilizând efectele de iluminare și deformările. Filtrele furnizate de Photoshop apar în meniul Filter (Filtru) [5].

3.3 Aplicarea filtrelor din Galeria de filtre

După cum am prezentat și mai sus, filtrele din Galeria de filtre sunt organizate pe categorii. Mai jos voi prezenta câteva filtre din fiecare categorie aplicate pe fotografii realizate de mine.

3.3.1 Filtrele Artistic

Filtrele din categoria Artistic ne ajută să obținem efecte stilistice și artistice pentru un proiect de arte frumoase sau comercial [5].

Colored pencil (creion colorat): Desenează o imagine folosind creioane colorate pe un fundal solid [5].

Fig. 7 Imagine parc originală

Fig. 7.1 Imagine parc după aplicarea filtrului Colored Pencil

Palette Knife (Cuțit de paletă): Reduce detaliile într-o imagine pentru a conferi efectul unei canavale pictate subțire [5].

Fig. 8 Imagine parc originală

Fig. 8.1 Imagine parc după aplicarea filtrului Palette Knife

Dry Brush (pensulă uscată): Pictează imaginea folosind tehnica pensulei uscate, între ulei și acuarelă. Filtrul reduce gama de culori a fotografiei la zonele culorii comune [5].

Fig. 9 Imagine parc originală

Fig. 9.1 Imagine parc după aplicarea filtrului Dry Brush

Film grain (granulație film): Aplică un tipar egal tonurilor întunecate și tonurilor medii. Un tipar mai neted și mai saturat se adaugă zonelor mai luminoase [5].

Fig. 10 Imagine parc originală

Fig 10.1 Imagine parc după aplicarea filtrului Film Grain

Plastic Wrap (Împachetare în plastic): Aplică asupra imaginii o cretare din plastic strălucitor [5].

Fig. 11 Imagine parc originală

Fig. 11.1 Imagine parc după aplicarea filtrului Plastic Wrap

3.3.2 Filtrele Brush Strokes (Tușe pensulă)

Filtrele Brush Strokes oferă un aspect de pictură sau arte frumoase cu ajutorul diverselor efecte de tușă pentru pensulă și tuș [5].

Accented Edges (muchii accentuate): Accentuează muchiile unei imagini [5].

Fig. 12 Imagine biserică originală

Fig. 12.1 Imagine biserică după aplicarea filtrului Accented Edges

Angled Strokes (Tușe diagonale): Repictează imaginea cu ajutorul unor tușe diagonale, cu zone mai deschise și mai închise, pictate cu tușe în direcții opuse [5].

Fig. 13 Imagine biserică originală

Fig. 13.1 Imagine biserică după aplicarea filtrului Angled Strokes

Dark Strokes (Tușe întunecate): Pictează zonele întunecate cu tușe scurte și întunecate, iar zonele mai deschise cu tușe lungi, albe [5].

Fig. 14 Imagine biserică originală

Fig. 14.1 Imagine biserică după aplicarea filtrului Dark Strokes

3.3.3 Filtrele Distort (Deformare)

Filtrele Distort distorsionează geometric o imagine, creând efecte 3D sau alte efecte de reformare [5].

Diffuse Glow (Strălucire difuză): Randează o imagine ca și cum s-ar vedea printr-un filtru de difuzie necontrastantă. De asemenea adaugă un zgomot alb transparent [5].

Fig. 15 Imagine tun originală

Fig. 15.1 Imagine tun după aplicarea filtrului Diffuse Glow

Glass (Sticlă): Face ca imaginea să apară ca și cum ar fi privită prin diverse tipuri de sticlă [5].

Fig. 16 Imagine tun originală

Fig. 16.1 Imagine tun după aplicarea filtrului Glass

Ocean ripple (Văluire ocean): Face ca imaginea să pară a fi sub apă adăugând unde spațiate aleatoriu la suprafața imaginii [5].

Fig. 17 Imagine tun originală

Fig. 17.1 Imagine tun după aplicarea filtrului Ocean Ripple

3.3.4 Filtrele Sketch (Crochiu)

Filtrele Sketch adaugă textură imaginilor, de obicei pentru a obține un efect 3D sau pentru a crea aspectul unei opere de arte frumoase sau a unui desen manual [5].

Bas Relief (basorelief): Transformă o imagine ca să pară sculptată în basorelief [5].

Fig. 18 Imagine fântână originală

Fig. 18.1 Imagine fântână după aplicarea filtrului Bas Relief

Chrome (Crom): Face imaginea să pară ca și cum ar avea o suprafață de crom lucioasă [5].

Fig. 19 Imagine fântână originală

Fig. 19.1 Imagine fântână după aplicarea filtrului Chrome

Photocopy (Fotocopie): Simulează efectul fotocopierii unei imagini [5].

Fig. 20 Imagine fântână originală

Fig. 20.1 Imagine fântână după aplicarea filtrului Photocopy

Water Paper (Hârtie umedă): Face imaginea să pară a fi o hârtie umedă [5].

Fig. 21 Imagine fântână originală

Fig. 21.1 Imagine fântână după aplicarea filtrului Water Paper

Halftone Pattern (Tipar semiton): Simulează efectul unui ecran cu semiton în timp ce menține intervalul continuu de tonuri [5].

Fig. 22 Imagine fântână originală

Fig. 22.1 Imagine fântână după aplicarea filtruluitână originală

Fig. 18.1 Imagine fântână după aplicarea filtrului Bas Relief

Chrome (Crom): Face imaginea să pară ca și cum ar avea o suprafață de crom lucioasă [5].

Fig. 19 Imagine fântână originală

Fig. 19.1 Imagine fântână după aplicarea filtrului Chrome

Photocopy (Fotocopie): Simulează efectul fotocopierii unei imagini [5].

Fig. 20 Imagine fântână originală

Fig. 20.1 Imagine fântână după aplicarea filtrului Photocopy

Water Paper (Hârtie umedă): Face imaginea să pară a fi o hârtie umedă [5].

Fig. 21 Imagine fântână originală

Fig. 21.1 Imagine fântână după aplicarea filtrului Water Paper

Halftone Pattern (Tipar semiton): Simulează efectul unui ecran cu semiton în timp ce menține intervalul continuu de tonuri [5].

Fig. 22 Imagine fântână originală

Fig. 22.1 Imagine fântână după aplicarea filtrului Halftone Pattern

3.3.5 Filtrele Stylize (Stilizare)

Filtrele Stylize produc un efect de pictură sau de tablou impresionist asupra unei selecții dizlocând pixelii și trasând și evidențiind contrastul dintr-o imagine [5].

Glowing Edges (Contur Strălucitor): Identifică toate contururile de culoare și le adaugă o strălucire de neon [5].

Fig. 23 Imagine pisică originală

Fig. 23.1 Imagine pisică după aplicarea filtrului Glowing Edges

3.3.6 Filtrele Texture (Textură)

Filtrele Texture se folosesc pentru a simula aspectul adâncimii sau substanței sau pentru adăugarea unui aspect organic [5].

Grain (Granulare): Adaugă textură unei imagini simulând diverse tipuri de granulare [5].

Fig. 24 Imagine peisaj originală

Fig. 24.1 Imagine peisaj după aplicarea filtrului Grain

Mosaic tiles (Dale mozaic): Face ca imaginea să pară a fi formată din cipuri sau dale mici și adaugă tencuială între dale [5].

Fig. 25 Imagine peisaj originală

Fig. 25.1 Imagine peisaj după aplicarea filtrului Mosaic Tiles

Patchwork (Peticire): Împarte o imagine în pătrate umplute cu culoarea predominantă din acea zonă a imaginii [5].

Fig. 26 Imagine peisaj originală

Fig. 26.1 Imagine peisaj după aplicarea filtrului Patchwork

Stained Glass (Vitraliu): Repictează imaginea sub forma unor celule adiacente cu o singură culoare vectorizate în culoarea din prim-plan [5].

Fig. 27 Imagine peisaj originală

Fig. 27.1 Imagine peisaj după aplicarea filtrului Stained Glass

Texturizer (Texturizator): Aplică textura pe care o selectați sau pe care o creați pentru o imagine [5].

Fig. 28 Imagine peisaj originală

Fig. 28.1 Imagine peisaj după aplicarea filtrului Texturizer

3.4 Transformări ale imaginilor

Mai jos voi prezenta două exemple de transformări mai complexe ale unor imagini realizate de mine.

3.4.1 Exemplul 1

În acest prim exemplu voi realiza o transformare mai simplă a imaginii de mai jos. Voi transforma imaginea in alb-negru (din color), iar petalele trandafirilor vor ramâne color, adică roșii.

Fig. 29 Imagine trandafiri originală

În primul rând deschidem imaginea în Photoshop și facem dublu-click pe Background pentru a-l transforma in Layer (Strat). Vom numi layer-ul Layer 1 și apăsăm OK.

Fig. 29.1 Transformarea imaginii in Layer

Următorul pas este să mergem în meniul Select și să alegem Color Range. Din fereastra de Color Range alegem Eyedropper Tool pentru a selecta o culoare din imagine, iar apoi selectăm butonul Add to Sample pentru a adăuga o altă tonalitate de culoare selecției. După ce am selectat toate tonurile de culoare dorite din imagine, apăsăm OK.

Fig. 29.2 Selectarea tonurilor de culoare

Acum că avem selecția de culoare făcută, mergem la meniul Layer->New și alegem Layer Via Copy (sau apăsăm CTRL+J) pentru a copia selecția intr-un layer nou. După ce am făcut acest lucru, selectăm primul layer, Layer 1, și mergem la meniul Image->Adjustments și selectăm opțiunea de Desaturate pentru a face imaginea alb-negru. Vom obține următoarea imagine:

Fig. 29.3 Imagine trandafiri aproape finalizată

Imaginea a ajuns aproape la ceea ce ne dorim însă o vom face să arate ceva mai bine. În primul rând vom adăuga puțin contrast pe ambele layer-e din meniul Image->Adjustments și selectăm Curves. După ce adăugăm contrastul dorit apăsăm OK.

Fig. 29.4 Adăugare contrast

Acum că am adăugat contrastul putem selecta cele doua layer-e pentru a le uni. Pentru a face acest lucru, ținem apăsat tasta CTRL și selectăm Layer 1 și Layer 2. Apoi mergem la meniul Layer și apăsăm pe Merge Layers. Ce mai putem să facem la această imagine este să adăugăm un Blur. Pentru acest lucru, mergem la meniul Filter->Blur, iar eu voi alege Gaussian Blur. Radius îl voi pune la 2.5 pixeli.

Fig. 29.5 Adăugare Gaussian Blur

Într-un final vom obține imaginea următoare:

Fig. 29.6 Imagine trandafiri finalizată

3.4.2 Exemplul 2

În cel de-al doilea exemplu mă voi folosi de Texturi și de Filtre pentru a face ca imaginea următoare să pară a fi o fotografie foarte veche.

Fig. 30 Imagine oraș originală

Vom începe prin a deschide imaginea in Photoshop și vom face dublu-click pe Background pentru a-l transforma în Layer. Acest prim layer îl vom numi Layer 1.

Fig. 30.1 Transformarea imaginii în Layer

Următorul pas este să reducem saturația imaginii deoarece imaginile vechi nu au culori atât de vii. Acest lucru îl facem din meniul Image->Adjustments și selectăm Hue/Saturation. Voi modifica saturația de la 0 la -45.

Fig. 30.2 Modificarea saturației

Acum voi introduce niște tonuri de Sepia pentru a face imaginea să pară mai “arsă”. Acest lucru îl voi face în felul următor: voi face dublu-click pe Layer 1 (undeva în afara numelui) pentru a deschide fereastra de Layer Style. În această fereastră voi alege (voi bifa) stilul Color Overlay, adică suprapunem o culoare peste imaginea originală. În acest caz voi alege o nuanță de portocaliu. După ce am ales culoarea, schimbăm Blend Mode pe Overlay, iar opacitatea undeva la 60% pentru a obține o imagine ușor arsă și apasăm OK.

Fig. 30.3 Modificarea imaginii într-o imagine mai “arsă”

Următoarea modificare este să adăugăm texturi pentru a face imaginea să pară ca o fotografie îmboțită. O textură este, de fapt, o imagine cu o anumită suprafață sau material. Poate fi nisip, lemn, piele, metal, sticlă etc. În acest caz voi aplica trei imagini/texturi cu suprafața unei hârtii îmboțite. Pentru a face acest lucru, pur și simplu deschidem prima imagine/textură în Photoshop. Această imagine se va deschide într-un nou proiect însă noi vom trage imaginea în proiectul inițial. Acest lucru îl facem având selectat Move Tool și facem click stânga pe imaginea cu textura și o tragem în proiectul inițial. După ce am tras textura peste imaginea inițială, vom modifica opacitatea undeva la 65%, iar blending mode-ul pe Soft Light.

Fig. 30.4 Prima textură aplicată

Fig. 30.5 Imagine oraș după aplicarea primei texturi

Vom face același lucru și pentru celelalte două texturi.

Fig. 30. 6 A doua textură aplicată

Fig. 30.7 Imagine oraș după aplicarea celei de-a doua texturi

Fig. 30. 8 A treia textură aplicată

Fig. 30.9 Imagine oraș după aplicarea celei de-a treia texturi

Acum că am aplicat toate cele trei texturi, putem uni cele patru layer-e. Acest lucru îl facem ținând apăsată tasta CTRL și cu click stânga selectăm toate cele patru layer-e, iar apoi mergem în meniul Layer si apăsăm pe Merge Layers.

Ce putem să mai facem în continuare este să mai ajustăm puțin contrastul din meniul Image->Adjustments->Curves.

Fig. 31 Imagine oraș după ajustarea contrastului

Într-un final vom obține imaginea de mai jos care se apropie de ceea ce mi-am propus, adică să arate ca o fotografie foarte veche.

Fig. 31.1 Imagine oraș finalizată

4. Concluzii

Prelucrarea de imagini este un domeniu foarte complex și dinamic cu numeroase aplicații în foarte multe domenii. Tehnologiile noi utilizate în industria prelucrării imaginilor permit aplicarea a noi algoritmi și metode de extragere a informațiilor utile din imagine: algoritmi paraleli, clasificatoare bazate pe rețele neuronale etc. Există și diverse implementări de sisteme în timp real, bazate pe prelucrarea de imagini, sisteme utilizate în industria militară, medicină, sisteme de control automat a proceselor industriale. S-au făcut multe îmbunătățiri și pentru sistemele de procesare a amprentelor digitale, recunoașterea feței, a scrisului etc.

De asemenea, prelucrarea imaginilor are un rol foarte important în medicină: tomografia asistată de calculator, analiza și interpretarea imaginilor microscopice celulare etc.

5. Bibliografie

Constantin Vertan, „Prelucrarea și analiza imaginilor”, 2009, http://alpha.imag.pub.ro/site_old/release/archive/carte_pai.pdf

Preparator Claudia Mihaela Mark, “Metode de prelucrare a imaginilor”,

http://anale-informatica.tibiscus.ro/download/lucrari/1-2-18-mark.pdf

Arpad Gellert, Remus Brad, “Procesarea imaginilor”,

http://webspace.ulbsibiu.ro/arpad.gellert/html/PI.pdf

http://ro.wikipedia.org/wiki/Adobe_Photoshop

http://help.adobe.com/ro_RO/photoshop/cs/using/index.html

http://ro.wikipedia.org/wiki/Imagine_digital%C4%83

Daniela Colțuc, “Filtre anti-spekle pentru imagini radar”, editura Electra, 2004

Bibliografie

Constantin Vertan, „Prelucrarea și analiza imaginilor”, 2009, http://alpha.imag.pub.ro/site_old/release/archive/carte_pai.pdf

Preparator Claudia Mihaela Mark, “Metode de prelucrare a imaginilor”,

http://anale-informatica.tibiscus.ro/download/lucrari/1-2-18-mark.pdf

Arpad Gellert, Remus Brad, “Procesarea imaginilor”,

http://webspace.ulbsibiu.ro/arpad.gellert/html/PI.pdf

http://ro.wikipedia.org/wiki/Adobe_Photoshop

http://help.adobe.com/ro_RO/photoshop/cs/using/index.html

http://ro.wikipedia.org/wiki/Imagine_digital%C4%83

Daniela Colțuc, “Filtre anti-spekle pentru imagini radar”, editura Electra, 2004