Door de veelheid aan cameratelefoons is fotografie een onderdeel van ons dagelijks leven geworden. Foto's kunnen bijna altijd en overal worden gemaakt, omdat mensen hun mobiele telefoon overal bij zich hebben. Ook wordt de kwaliteit van de afbeeldingen steeds beter en is het mogelijk om een bijna professionele foto te maken zonder enige vooropleiding of ervaring wanneer je gewoon langs een interessant object of een scène loopt.
De binnenkant van een mobiele telefoon mag dan een totaal mysterie blijven voor de gemiddelde consument, toch wordt er tegenwoordig een eersteklas uitstraling verwacht van deze kleine gadgets. Als het gaat om het inpassen van de optische systemen in de dunne mobiele apparaten, verleggen we al de grenzen. Door de groottebeperkingen zijn de mobiele fabrikanten genoodzaakt om steeds meer te investeren in het verbeteren van de cameramogelijkheden met software. De meest indrukwekkende recente ontwikkelingen op het gebied van fotografie van mobiele apparaten komen al van de software in plaats van van duurdere en geavanceerdere sensoren en lenzen. Tegenwoordig kan een smartphone betere foto's maken dan sommige meer speciale camera's.
Beeldkwaliteit
Het principe van het vastleggen van digitale beelden is ontleend aan de functionaliteit van het menselijk oog. Een beeldsensor detecteert de intensiteit van invallende fotonen en zet deze om in een elektrisch signaal. De respons van elke pixel in een sensor hangt nauw samen met de hoeveelheid fotonen (licht) die de pixel raakt. Een onbewerkt afbeeldingsbestand bevat bijna onverwerkte gegevens van de beeldsensor van de camera, en dit is de versie van de afbeelding die de gebruiker van de mobiele telefoon nooit ziet voordat deze is verbeterd met verschillende algoritmen.
Wat betekent beeldkwaliteit? Dit is misschien wel een van de moeilijkste vragen als het gaat om beeldverwerking en beeldvorming in het algemeen. Kwaliteit is grofweg in te delen in twee categorieën: objectief zoals de hoeveelheid ruis of scherpte, en subjectief zoals thema en compositie. En zelfs als we de objectieve eigenschappen kunnen meten, kunnen ze nog steeds een zeer subjectieve aangelegenheid zijn. Dit betekent dat zelfs als het ene beeld objectief wordt beoordeeld als beter dan het andere, sommige mensen misschien meer van het laatste houden. Uiteindelijk komt het allemaal neer op persoonlijke smaak.
Over het algemeen zijn er een paar algemene criteria die de beeldkwaliteit meestal bepalen: ruis, scherpte, kleur, contrast, dynamisch bereik, compositie en onderwerp.
Ruis wordt meestal gezien als willekeurige rode, groene en blauwe stippen die het meest zichtbaar zijn in de donkere delen van een afbeelding. Dit komt door ruis van elektronische circuits en de stochastische aard van het vastleggen van fotonen. Door de hoeveelheid licht die op de sensor valt te vergroten, worden deze “fouten” verborgen, maar dit is niet altijd mogelijk.
Afbeelding 1: Geluidsniveau en middeling. Links: invoer, midden: gemiddeld 5 afbeeldingen, rechts: gemiddeld 100 afbeeldingen.
Scherpte vertelt ons letterlijk hoe scherp de randen in de afbeelding zijn. Met andere woorden, hoe uitgespreid is de rand van een scherpe rand in het beeld. Een scherp beeld ziet er meestal beter uit dan een wazig beeld. Een onscherp beeld is moeilijker om naar te kijken, zoals lezen zonder leesbril.
Contrastis het verschil in intensiteit tussen verschillende delen van een foto. Een hoog contrast maakt objecten beter van elkaar te onderscheiden, afbeeldingen met een laag contrast zien er meestal dof en grijs uit.
Afbeelding 2: Contrast. Links: invoer, rechts: histogram-egalisatie
Dynamisch bereik: Een camerasensor kan maar een beperkt lichtbereik vastleggen en dit is het dynamisch bereik. Het is eigenlijk het verschil tussen het lichtste licht en het donkerste donker in het beeld. Vooral bij de heldere scènebeelden met veel contrast kunnen de details verloren gaan als het licht te fel is. Ofwel de helderste gebieden worden overbelichte witte massa of de donkerste gebieden worden een zwarte puinhoop zonder details.
Afbeelding 3: High Dynamic Range (HDR) met zeer hoog helderheidsbereik
Compositie verwijst naar hoe de objecten en onderwerpen in het beeld worden gepositioneerd. Compositie wordt meestal zo gedaan dat het oog van de kijker automatisch naar het meest interessante of significante deel van het beeld wordt getrokken. Als het onmogelijk is om de elementen te herschikken, zoals bij landschapsfotografie, is een andere manier om de positie van de fotograaf te veranderen.
Kleur beïnvloedt de beeldkwaliteit op meerdere manieren. Meestal ziet een afbeelding er goed uit als de kleuren realistisch zijn of er dichtbij komen. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door de verzadiging te verhogen of te verlagen en de werkelijke kleuren te corrigeren door de witbalans aan te passen.
Onderwerpis de focus en het thema van de afbeelding. Als we bedenken dat het object is waar de foto 'van' is, dan is het onderwerp waar de foto 'over' gaat. Als we bijvoorbeeld een foto van een koning maken, kan zijn kroon een object op de foto zijn en is de koning het onderwerp.
Het verhaal gaat verder
In het volgende artikel zullen we zal verschillende technieken bespreken om de kwaliteit van een wazige of onscherpe foto te verbeteren. Er zijn veel verschillende algoritmen voor beeldverbetering en ze kunnen zelfs gelijktijdig worden verwerkt. Het hangt af van het gebruik, welke technieken bruikbaar zijn.
Over Visidon:
Visidon is gespecialiseerd in de ontwikkeling van snelle en energiezuinige beeld- en videoverwerkingstechnologieën. Onze softwareproducten omvatten bijvoorbeeld automatische verbetering van de beeldkwaliteit, computationele beeldvorming en gezichtsherkenning.
Onze technologieën maken gebruik van de nieuwste microprocessor-architecturen en machine learning-algoritmen, speciaal voor mobiele en embedded industrieën. Onze oplossingen zijn te vinden in meer dan 1 miljard mobiele telefoons.
