Głębokość bitowa - wyjaśnienia

[Jerzy]

Wielu fotografików, dla których koncepcja cyfrowej obróbki obrazu jest nowa i niezrozumiała, niewłaściwie rozumie pojęcie głębi bitowej (bit depth). Wiedzą, lub raczej przeczuwają, że ma to coś wspólnego z jakością obrazu - więcej bitów lepiej mieć niż mniej - na tym jednak wiedza i zrozumienie się kończą. Spróbujmy wyjaśnić więc w krótki i przystępny sposób to pojęcie, może uda się rozwiać parę wątpliwości.
Pierwsze pytanie jest oczywiste: co to jest bit? Bit jest najmniejszą cząstką informacji (możemy uważać bit za pojęcie pierwotne w informatyce). Może przybierać jedną z dwóch wartości np. 0 lub 1, TAK lub NIE, ON lub OFF, itd. 8 bitów tworzy bajt (byte). Bajt może opisywać 256 różnych stanów (2^8=256). Zdecydowana większość urządzeń przetwarzających obrazy oparta jest na przetwarzaniu 8-bitowym (np. drukarki atramentowe, monitory, itp.) Oznacza to, że porcje 8 bitów używane są do tworzenia obrazu, który możemy obejrzeć.

Z powodów podanych powyżej wydruk czarno-biały z użyciem jedynie kałamarza z czarnym tuszem pozwalałby nam na wyprodukowanie obrazu składającego się jedynie z 256 odcieni szarości. Nie zapewnia to akceptowalnego poziomu jakości wydruku. Zamiast jednego tuszu (czarnego) powinniśmy użyć 3 kolorów podstawowych, odpowiednio zmieszanych. Możemy w ten sposób uzyskać teoretycznie ok 16 milionów odcieni (256x256x256).

Kiedy mówimy o obrazie 8-bitowym, w rzeczywistości mamy na myśli obraz 24-bitowy (każdy punkt takiego obrazu jest opisany 24 bitami), ponieważ do opisania dowolnego punktu takiego obrazu używamy mieszaniny trzech kolorów (np. w standardzie RGB), czyli 3x8.

Zamiast używać 8 bitów (standard JPG) do prezentacji pojedynczego koloru możemy czasami używać 12 (standard formatu RAW dla matryc CCD i CMOS) lub nawet 16 bitów (standard TIFF). Obraz 16-bitowy może opisywać 65536 różnych stanów dla pojedynczego koloru - jak pamiętamy obraz 8-bitowy ograniczony jest do 256 możliwości. Łatwo sobie wyobrazić jak olbrzymi jest to wzrost ilości dostępnych odcieni kolorów. Poza tym, jak powiedzieliśmy sobie, obraz 8-bitowy jest w istocie obrazem 24-bitowym, tak wiec obraz 16-bitowy jest na tej samej zasadzie obrazem 48-bitowym (16x3), gdy tworzymy punkty obrazu z trzech kolorów podstawowych.

Zdecydowana większość elementów światłoczułych w aparatach cyfrowych i skanerach produkuje obrazy 24-bitowe (8x3), lub 36-bitowe (12x3). Obrazy 48-bitowe (16x3) są produkowane jedynie przez prawdziwie profesjonalne urządzenia.

Prawdziwa przewaga obrazów wysokiej jakości (36 i 48 bitowych) ujawnia się, gdy chcemy przeprowadzić modyfikacje poziomów lub krzywych w np. Photoshop-ie. Zmiana wartości tonalnej kolorów w obrazach wysokiej jakości z użyciem regulacji poziomów lub krzywych, w odróżnieniu od obrazów niskiej jakości (24 bitowych), nie powoduje wystąpienia nieporządanych efektów przy usuwaniu, "produkowaniu" lub modyfikacji poszczególnych pikseli. Przy modyfikacji obrazów 24 bitowych mogą wystąpić bardzo wyraźne różnice kolorów sąsiednich pikseli (tzw. efekt toothcomb) co prowadzi do efektu posteryzacji. Posteryzacja to nic innego jak gwałtowne przeskoki kolorów lub poziomów jaskrawości.

Niestety nic nie dostaje się za darmo.
Praca z obrazami wysokiej jakości ma oczywiście również wady. I tak, pierwszą zauważalną różnicą jest wielkość plików - jest ona dwa razy większa. Jeżeli tak, to "moc obliczeniowa" procesora musi zostać gwałtownie zwiększona, zasoby dostępnej pamięci oraz pojemność magistrali również. Kolejnym problemem są aplikacje służące do obróbki obrazów. Nie wszystkie potrafią obsługiwać kolory 48 bitowe. Klinicznym przypadkiem jest Photoshop, który pozwala na wiekszość modyfikacji obrazów 48 bitowych, ale nie umożliwia obsługi warstw oraz kilku elementów edycji dla plików wyższej jakości. W praktyce, po wstępnej obróbce kolorów, poziomów, kontrastu i jaskrawości lub krzywych w trybie 48 bitowym powinniśmy dokonać konwersji obrazu do trybu 24 bitowego używając opcji "Image->Mode->8 bits/channels". Teraz możemy dokonać wszystkich pozostałych czynności edycyjnych.

Przepraszam jeżeli wywód ten wyda się trochę nieskładny, ale jest to odpowiedź "na gorąco". Informacje są częściowo zaczerpnięte z artykułu "Understanding Bit Depth".

Jerzy

[Marcintosh]

Jako ciekawostke dodam, ze obrazy o wiekszej glebi bitowej, tak zwane obrazy HDRI (nie, to nie ma nic wspolnego z dieslem) sa stosowane w grafice 3D do teksturowania lub nawet do oswietlania scen. Mozliwe jest oswietlenie sceny tylko i wylacznie taka tekstura bez zadnych dodatkowych zrodel swiatla. Uzyskuje sie dzieki temu bardzo naturalistyczne efekty. Sam proces przygotowania takiej tekstury jest bardzo ciekawy, Jerzy pewnie potrafil bedzie wytlumaczyc to lepiej, chodzi o to ze scene fotografuje sie z roznymi ustawieniami przyslony/czasu (bracketing). Nastepnie z takiej serii powiedzmy 6 zdjec/ekspozycji tworzy sie jeden obraz o wysokiej glebi bitowej. Dzieki temu mamy duzo pelniejsza informacje o cieniach i swiatlach.
Aby uzyskac pelna panorame 360 stopni (prawie), fotografuje sie otoczenie odbite w lustrzanej kuli, lub ze statywu obracajac aparat o okreslony kat. Samo laczenie obrazow w jeden plik odbywa sie w specjalnym programie. Niestety tylko nieliczne programy maja wsparcie dla obrazow HDR, jednym jak nie jedynym jest oczywiscie LightWave3D

[Jerzy]

Marcin,

Niestety przeceniasz moja wiedze. O 3D i teksturach wiem tyle co nic. Natomiast temat panoram nie jest mi oczywiscie obcy.
Wlasciwie jest to bardzo niebezpieczny temat. Kiedy zetknalem sie z nim pierwszy raz rozpoczalem poszukiwania i proby w piatek po poludniu. Sesje ta zakonczylem w niedziele, gdy juz nie bylem w stanie zablokowac opadajacych powiek. Przestroga dla wszystkich, ktorzy chca zajac sie panoramami.
Szczegolnie efektowne wedlug mnie sa panoramy sferyczne. Wcale nie tak trudne do zrobienia jak wydaje sie na pierwszy rzut oka. Zachecam do wlasnych eksperymentow.
Jakis czas temu zbudowalem kilka animacji modeli. Wygladalo to nizle, ale nie bylo to to, co tygrysy lubia najbardziej. Wpadlem wiec na pomysl by uzyc softwaru do tworzenia panoram, ale odwrocic role i zamiast ustawiac kamere "w srodku", ustawic ja na zewnatrz i obfotografowac model, a nastepnie stworzyc ruchoma panorame 360 stopni. Nietety po wielu probach nie osiagnalem zadowalajacego efektu. Nosze sie stale z zamiarem by powtorzyc te sesje posiadajac juz lepszy sprzet.
Jak mi sie uda, dam znac.
Ponizej zamieszczam kilka linkow do stron poswieconych panoramom.

http://www.anguillaguide.com/panos/index.html

http://www.panoguide.com/reference/spherical.html

http://www.apple.com/quicktime/tools_tips/qtvr.html

Jerzy