分析和觀察圖像的工具

以前觀察圖像時(shí)，總是先看圖像本身，看它哪里有什么缺陷，然后就動(dòng)手，卻很少關(guān)注直方圖，相信很多伙伴也是很少使用直方圖，也有很多只是大致會(huì)看直方圖，PS的神器之一“曲線”中就包含了直方圖，我們要評(píng)估圖像的細(xì)節(jié)，就必須學(xué)會(huì)看直方圖。

直方圖是一個(gè)數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖，它用圖形表示圖像的每個(gè)亮度級(jí)別的的像素?cái)?shù)量，展示像素在圖像中的分布情況。

直方圖的左中右分別表示圖像的陰影、中間調(diào)、和高光區(qū)域，哪個(gè)區(qū)域的山峰越高，表示屬于這個(gè)區(qū)域的像素越多，相應(yīng)的，這個(gè)色調(diào)區(qū)域的細(xì)節(jié)更豐富。

直方圖有三種視圖緊湊視圖、擴(kuò)展視圖、全部通道視圖

哎呀，我覺(jué)得這些都不必說(shuō)了，還有是否顯示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、是否用原色顯示通道，這些自己試一試就好了。

下面我們進(jìn)入正題

R,G,B單個(gè)通道

我們下面的深入都是基于像素與通道，大家要有一些基礎(chǔ)

R、G、B單通道是易于理解的，圖像有三個(gè)通道，每個(gè)通道都是灰度圖像，每個(gè)通道像素的色階與該色階上的像素?cái)?shù)量反映到坐標(biāo)系的x,y軸，就合成了各個(gè)通道的直方圖，比如紅通道，反映了0~255個(gè)色階上每個(gè)色階的像素值，色階表示紅色色光的亮度，0表示最暗，沒(méi)有紅色色光；255表示最暗，紅色色光最強(qiáng)；綠、藍(lán)通道也是如此

RGB復(fù)合通道

我們只知道是復(fù)合通道，那又是如何復(fù)合的呢？復(fù)合通道的色階不是它轉(zhuǎn)化為灰度圖像的色階而是三通道的色階像素值相加，某色階的像素量是紅綠藍(lán)三通道該色階像素值之和

下面我們使用最簡(jiǎn)單的純色圖層，RGB(100,190,100）

圖像400*300像素，共120000像素

觀察RGB單個(gè)通道，

紅通道色階100，像素120000

綠通道色階190，像素120000

藍(lán)通道色階100，像素120000

復(fù)合通道混合原理：某色階的像素值=紅綠藍(lán)通道該色階像素值之和

色階100，像素量：（紅）120000+（綠）0+（藍(lán)）120000=240000（要看統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中的數(shù)量，不是像素，因?yàn)閿?shù)量可以反映相加的原理，圖像像素是不變的，下面有詳細(xì)解釋）

色階190，像素量：（紅）0+（綠）120000+（藍(lán)）0=120000

所以在復(fù)合通道中：色階100的像素量是色階190像素量的2倍，直方圖上表現(xiàn)就是色階100的高度是色階190高度的兩倍

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（/除以，*乘以）

平均值：所有像素的R值+G值+B值/圖片像素量/3

在純色圖層中計(jì)算就很簡(jiǎn)單了（120000）*（100+190+100）/120000/3=130

平均值表示平均每個(gè)像素灰度值（因?yàn)槠骄?jì)算RGB三值相等，就是最后得出的平均值），根據(jù)平均值，可以大致判斷圖像屬于高光、陰影還是中間調(diào)，從139看，圖像屬于中間調(diào)偏亮的圖像

標(biāo)準(zhǔn)偏差：表示亮度值的變化范圍（數(shù)學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)差，方差的算術(shù)平方根，描述數(shù)據(jù)的離散程度），越小，表示色調(diào)分布越靠近平均值，越大，表示圖像的反差越大。

中間值：顯示亮度值范圍內(nèi)的中間值，這個(gè)值代表像素最多的區(qū)域，偏小，圖像偏向陰影；偏大，圖像偏向高光，色階=100處的像素值最多，故中間值=100

像素：圖像或選中區(qū)域的像素總數(shù)，很好理解

下面的幾個(gè)數(shù)據(jù)需要用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)區(qū)域才能顯示，鼠標(biāo)點(diǎn)擊直方圖上的區(qū)域，顯示該色階的色階值、數(shù)量（在三個(gè)通道中所有的像素量）、百分位

色階：顯示鼠標(biāo)點(diǎn)擊區(qū)域的色階值（亮度級(jí)別）

數(shù)量：較難理解，表示三個(gè)通道中所有該色階的像素總量，數(shù)量=該色階的紅通道像素值+綠通道像素值+藍(lán)通道像素值

如在復(fù)合通道色階=253時(shí)，

紅通道色階=253數(shù)量為15913

綠通道色階=253數(shù)量=0

藍(lán)通道色階=253數(shù)量=0

復(fù)合通道色階=253，數(shù)量=15913+0+0=15913，與復(fù)合通道數(shù)量相符，通過(guò)數(shù)量的了解，也就更能理解RGB復(fù)合通道是由紅綠藍(lán)手三通道直接相加而得（或說(shuō)成三通道相加/3，兩種理解本質(zhì)一樣；要看高度的話，是三通道之和/3的高度）

百分位：鼠標(biāo)點(diǎn)擊處該色階或該色階以下的像素累積數(shù)占所有像素的百分比，鼠標(biāo)點(diǎn)擊可顯示某一色階的百分位，鼠標(biāo)按住拖動(dòng)，可顯示該色階即以下色階的像素累計(jì)數(shù)占所有像素的百分比；那像素累積數(shù)如何計(jì)算：數(shù)量/3，數(shù)量是三個(gè)通道疊加和，除以3得到平均每個(gè)通道的該色階像素量

某色階百分位=數(shù)量/3/像素*100%

高速緩存級(jí)別：顯示用于創(chuàng)建直方圖的圖像高速緩存，畢竟得到直方圖需要大量計(jì)算

明度通道

明度通道和RGB復(fù)合通道的區(qū)別：RGB復(fù)合通道是由整個(gè)圖像RGB單個(gè)通道相加而來(lái)，明度通道沒(méi)有經(jīng)過(guò)整個(gè)圖像的RGB單通道提取，直接進(jìn)行根據(jù)單個(gè)像素的RGB進(jìn)行單個(gè)像素的色階計(jì)算

原理：每個(gè)像素的R值*30%+G值*59%+B值*11%，得到該像素的色階

該圖明度通道色階只有一種：因?yàn)閳D像中只有一種像素，明度=153

這個(gè)算法是根據(jù)色彩心理學(xué)的研究得到的，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和調(diào)查，按照這種權(quán)重比例計(jì)算得到的黑白圖像最符合人眼的感知能力，能讓人在黑白圖像中產(chǎn)生對(duì)色彩的聯(lián)想，層次感也更豐富。

用途：準(zhǔn)確表現(xiàn)圖像的明暗色調(diào)分布，而RGB復(fù)合通道只是大致表現(xiàn)明暗分布

顏色直方圖

原理：三通道集合在一起，就是三個(gè)通道置入一個(gè)直方圖中（純重疊放置），不通過(guò)相加等運(yùn)算，重疊的顏色根據(jù)顏色混合原理顯示

三個(gè)通道置入一個(gè)直方圖肯定有重疊的地方

當(dāng)通道無(wú)重疊時(shí)：以原色顯示

當(dāng)兩通道重疊時(shí)：以兩通道混合而成的顏色顯示（青、洋紅、黃）

當(dāng)三通道重疊時(shí)：以灰色顯示

雖然沒(méi)有相加增加直方圖的高度，數(shù)量的值還是以相加的原理顯示，如下圖，紅藍(lán)通道沒(méi)有相加，而是重疊成洋紅色，數(shù)量=紅+藍(lán)=240000

數(shù)量=綠=120000

從顏色直方圖得到的信息：

通道信息：它將單獨(dú)顏色通道顯示在一個(gè)直方圖中

顏色和細(xì)節(jié)：顏色重疊越多，細(xì)節(jié)越豐富

飽和度：灰色區(qū)域與其上的顏色區(qū)域距離越遠(yuǎn)，飽和度越高，因?yàn)橄煞郑ɑ疑┡c彩色成分決定飽和度，越遠(yuǎn)，彩色成分比消色成分越多，飽和度越高

小對(duì)話

為了幫助大家記憶，我編了一個(gè)小對(duì)話，好，節(jié)目開(kāi)始：

圖片對(duì)自家像素說(shuō)：像素們，為了組合直方圖，大家要聽(tīng)我指揮，你們的R值都出來(lái)，排好隊(duì)，是什么值就排到什么值后面，組成紅通道直方圖；然后G值和B值都像R一樣，找到自己的同類，排好隊(duì)，組成綠通道直方圖和藍(lán)通道直方圖；

各個(gè)像素的RGB值，整整齊齊的排好了隊(duì)

圖片說(shuō)：好！我們現(xiàn)在已經(jīng)組成了單通道直方圖，可是不行啊，這占地太大了，為了更好地向用戶展現(xiàn)我們的團(tuán)結(jié)，你們?nèi)齻€(gè)直方圖想辦法進(jìn)入一個(gè)直方圖，紅通道和綠通道，都向前和藍(lán)通道對(duì)齊，不要各自為隊(duì)了！

像素的RGB值又排好了隊(duì)，組成了RGB復(fù)合通道

圖片還是不滿意：這種方式還是不太好，不是很直觀都分不清你們是R值G值或B值了，你們不要相加了，這樣紅通道直方圖在最下方，綠通道直方圖蓋住紅直方圖，藍(lán)直方圖蓋住綠直方圖為了顯示遮住的信息，你們的顏色就按照顏色混合原理顯示，這樣雖然有部分被遮住了，但還是顯示了信息

各個(gè)像素的RGB值又重現(xiàn)排好了隊(duì)，這個(gè)隊(duì)伍真的是五彩繽紛，有紅綠藍(lán)和青洋紅黃還有灰色

圖片對(duì)這個(gè)直方圖甚是滿意，每次用戶使用直方圖，它都默認(rèn)顯示這個(gè)直方圖

后來(lái)，圖片發(fā)現(xiàn)自己的色彩是通過(guò)顏色直方圖顯示了，但自己的明暗分布卻無(wú)法表示，于是它又發(fā)明了一個(gè)直方圖

它對(duì)像素說(shuō)：像素們，別讓你們的RGB值出去排隊(duì)了，畢竟是親兄弟，快讓它們回來(lái)

像素們激動(dòng)地呼喚自己的RGB值：你們?nèi)齻€(gè)快回來(lái)，不用去排隊(duì)了

每個(gè)像素的RGB值都回歸了

圖片說(shuō)：你們每個(gè)像素給我提供一個(gè)值，代表你的亮度，哪個(gè)值這樣算30%R值+59%G值+11%B值

像素們：老大，我們算好了，你拿去組合直方圖吧

圖片拿到了每個(gè)像素所算的色階值，將它們值相等的排成一隊(duì)，組成了明度直方圖

圖片：謝謝大家的配合，prefect！

OK,到這里了，拜拜！