Mapeo de tonos: Mapeo de tonos: perspectivas iluminadoras en visión por computadora

Por Fouad Sabry

¿Qué es el mapeo tonal?

El mapeo tonal es una técnica utilizada en el procesamiento de imágenes y gráficos por computadora para mapear un conjunto de colores a otro para aproximar la apariencia de colores altamente dinámicos. Imágenes de rango dinámico (HDR) en un medio que tiene un rango dinámico más limitado. Las impresiones, los monitores CRT o LCD y los proyectores tienen un rango dinámico limitado que es inadecuado para reproducir toda la gama de intensidades de luz presentes en escenas naturales. El mapeo de tonos aborda el problema de la fuerte reducción del contraste desde el resplandor de la escena hasta el rango visualizable, preservando al mismo tiempo los detalles de la imagen y la apariencia del color, importantes para apreciar el contenido original de la escena.

Cómo se beneficiará

(I) Insights y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Tone_mapping

Capítulo 2: Gamma_correction

Capítulo 3: Captura_HDR_de_multiexposición

Capítulo 4: Representación_de_alto_rango_dinámico

Capítulo 5: Mejora_de_sombras_y_altas_iluminaciones

Capítulo 6: Alto_rango_dinámico

Capítulo 7: Tone_reproduction

Capítulo 8: Luminance_HDR

Capítulo 9: Aurora_HDR

Capítulo 10: EasyHDR

(II) Respondiendo al público arriba preguntas sobre el mapeo tonal.

(III) Ejemplos del mundo real sobre el uso del mapeo tonal en muchos campos.

Para quién es este libro

Profesionales, estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quieran ir más allá del conocimiento o información básica para cualquier tipo de Mapeo Tonal.

 

 

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 28 abr 2024

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Capítulo 1: Mapeo de tonos

Para lograr la impresión de imágenes de alto rango dinámico en un medio con un rango dinámico más bajo, el mapeo de tonos se emplea en el procesamiento de imágenes y gráficos por computadora. Ni las impresiones, ni los monitores CRT o LCD, ni los proyectores son capaces de reproducir con precisión la gama completa de intensidades de luz que se encuentran en entornos del mundo real debido a su rango dinámico restringido. El mapeo de tonos es una técnica que conserva los detalles de la imagen y el aspecto del color, lo que es crucial para apreciar el contenido de la escena original, al tiempo que reduce el contraste dramático entre el brillo de la escena y el rango visualizable.

El mapeo de tonos inversos es un método para aumentar el rango dinámico de una imagen cambiando sus valores de brillo en la dirección opuesta.

Dado que era un desafío capturar la amplia gama de iluminación presente en el mundo real en un negativo químicamente restringido, el advenimiento de la fotografía basada en película causó problemas.

Los primeros desarrolladores de películas intentaron remediar este problema diseñando las películas y los sistemas de revelado de impresión que daban una curva de tono en forma de S deseada con un contraste ligeramente mejorado (alrededor del 15%) en el rango medio y luces y sombras comprimidas gradualmente [1].

El establecimiento de las Zonas de Defensa Aérea, que ajusta la exposición y el tiempo de revelado de acuerdo con la cantidad de detalle de sombra necesaria (controlando así los tonos de luces) aumentó el rango tonal de la escala de grises (y más tarde, aumentó el rango dinámico de la película negativa en color de sus siete paradas normales a 10.

Los fotógrafos también han utilizado la esquiva y la quema para superar las limitaciones del proceso de impresión [2].

El desarrollo de la fotografía digital ofreció la posibilidad de dar respuestas más efectivas a esta problemática.

En 1971, Land y McCann utilizaron una versión temprana de un algoritmo llamado Retinex, inspirado en las teorías de la percepción de la ligereza [3]. Este método se inspira en los mecanismos biológicos de adaptación del ojo cuando las condiciones de iluminación son un problema.

También se ha investigado mucho sobre los algoritmos de mapeo de gama para la impresión en color.

Para predecir cómo podrían aparecer los colores, los investigadores recurrieron a modelos computacionales como CIECAM02 e iCAM.

A pesar de esto, si los algoritmos de mapeo de colores y tonos son inadecuados, todavía había una demanda de un artista talentoso, al igual que en la sala de edición de una sala de cine.

Con el advenimiento de la tecnología de gráficos por computadora de alto contraste, la principal limitación de las pantallas cambió de color a brillo. Para adaptar las fotos HDR (alto rango dinámico) a los monitores normales, se crearon muchos operadores de mapeo de tonos. Los desarrollos recientes en esta área se han expandido más allá del uso del brillo para aumentar el contraste en favor de técnicas como la replicación de imágenes asistida por el usuario. Las soluciones basadas en pantallas son actualmente la norma para la reproducción de imágenes, ya que las pantallas modernas incorporan sofisticados algoritmos de procesamiento de imágenes que mejoran la eficiencia energética, amplían la gama de colores y el rango dinámico, y ajustan la representación de imágenes en función de factores ambientales.

El propósito declarado de la asignación de tonos puede variar mucho entre las implementaciones. Hay aplicaciones en las que el enfoque principal es crear imágenes que sean meramente agradables visualmente, mientras que otras dan más importancia a replicar con precisión tantos elementos de imagen como sea posible o aumentar el contraste. Incluso si el dispositivo de visualización no puede recrear el rango completo de valores de brillo, el objetivo en las aplicaciones de renderizado realista puede ser obtener una coincidencia percibida entre la escena real y la imagen presentada.

En los últimos años se han desarrollado varios operadores de mapeo de tonos.[4] Todos ellos se pueden dividir en dos tipos principales:

Las funciones no lineales que se basan en las variables globales de la imagen, como el brillo y otros factores globales, constituyen operadores globales (o espacialmente uniformes). Una vez que se ha calculado la función óptima de una imagen, todos sus píxeles se asignan de la misma manera, independientemente de los valores de sus vecinos. Estos métodos son rápidos y fáciles de aplicar (se pueden hacer con tablas de búsqueda), pero pueden reducir el contraste. El contraste reducido y los colores invertidos son dos ejemplos de técnicas populares de mapeo de tonos globales.

Operadores locales (o espacialmente variables): los parámetros de la función no lineal varían de un píxel a otro en función de las entidades recuperadas de los parámetros vecinos. En otras palabras, el impacto del algoritmo varía de un píxel a otro en función de las características del área circundante. Dado que la visión humana es principalmente sensible al contraste local, estos algoritmos son más complejos que los globales; pueden mostrar artefactos (como el efecto halo y el timbre); y el resultado puede parecer poco natural; No obstante, pueden (si se aplican correctamente)