Kontrast, jas a bitová hloubka u RT snímků

Veškeré detaily v RT obrázku jsou viditelné skrze odstíny šedivé barvy s tím, že za nejtmavší odstín šedivé je považovaná černá a za nejsvětlejší naopak bílá.
Důležité jsou čtyři pohledy: rozsah vnímání lidského oka, rozsah zobrazení počítačových monitorů, rozsah detektorů (DR, CR, digitizer) a formát uložení digitálního snímku.
Lidské oko je schopné rozlišit přibližně 500 stupňů šedi. Cvičené lidské oko je za ideálních podmínek schopné rozlišit až téměř 900 stupňů šedi.
U počítačových monitorů je pro vyhodnocování RT snímků důležitým parametrem, kolik odstínů šedé jsou schopny zobrazit. Běžné obrazovky dnešních počítačů zobrazují 256 stupňů šedi (včetně černé a bílé), profesionální a průmyslové monitory až 1024 úrovní šedivé. Takové monitory jsou schopny zobrazit více odstínů, než je lidské oko schopné rozlišit. Moderní detektory jsou schopné bez problémů zaznamenat až 65 536 stupňů šedi.

Formát uloženého snímku
Formát ovlivňuje, s jakou paletou nebo s kolika stupni šedi je obrázek uložen. Typické hodnoty bývají v rozmezí 256–65 536. Je ale možné setkat se i s formáty obrázků, které jsou schopné pojmout přes 4 miliony odstínů šedi, nebo také jen 2 (černé a bílé).
Pro účely výpočetní techniky se k popisu počtu odstínů šedi používá termín bitová hloubka, např. 8 bitů, 16 bitů apod. Čím vyšší bitová hloubka, tím více odstínů šedivé barvy, a to exponenciálně.
Popisek Tab: Tabulka ukazuje počet úrovní šedi pro nejpoužívanější bitové hloubky.

Viditelné spektrum
Bitová hloubka definuje počet barev, nedefinuje ale přímo, jak přesně má která barva vypadat při zobrazení. Dokonce to ani není možné, protože 16bitový obrázek (65 536 odstínů) není možné plnohodnotně zobrazit ani na kvalitním průmyslovém monitoru (1024 odstínů). Navíc i takovýto samotný monitor zobrazuje více úrovní šedi, než je i trénované lidské oko schopné vnímat.
Při snaze o zobrazení více odstínů šedivé barvy, než umožňuje obrazovka, dojde ke sjednocení „podobných“ barev do jedné. Například, při zobrazení obrázku s 65 536 stupni šedi na průmyslovém monitoru s kapacitou 1024 odstínů šedi, dojde k redukci 64 úrovní šedi do jedné. Neboli 65 536 : 1024 = 64.
Při vykreslení stejného obrázku na 8bitovém monitoru (256 odstínů) je redukce dokonce 256 úrovní do jedné. Tedy 65 536 : 256 = 256.

Window Width (kontrast)
Zmíněné příklady jsou pro případ, že obrázky obsahují obě krajní barvy (bílou a černou). V tom případě je totiž nutné zobrazit plný rozsah barev (od černé po bílou neboli od nuly pro maximální hodnotu v řeči čísel). Rozsah zobrazených barev se nazývá tzv. Window Width neboli šířka okna na poli odstínů šedi.

Následující příklad je pro zjednodušení. Předpokládá se 4bitový obrázek (16 odstínů), který má být zobrazen na 2bitovém monitoru (4 odstíny).
Paleta obrázku:

 
Paleta monitoru:


Pokud by měl být obrázek vykreslen v celém rozsahu na 2bitovém monitoru, bylo by třeba sloučit barvy následujícím způsobem (4 barvy do jedné).
 
Po tomto rozdělení je Window Width = 16. Tedy je snaha zobrazit kontrastním způsobem 16 barev.
Pokud by ale v obrázku nebyly zastoupeny nejtmavší 4 barvy, ani nejsvětlejší 4 barvy, nebylo by je třeba zobrazovat. Jinými slovy, bylo by třeba namapovat jen prostředních 8 odstínů. Barvy použité ve fiktivním obrázku jsou označeny modře.

Mapování na 2bitový monitor by pak vypadalo následovně:

 
V tomto případě je Window Width = 8, tedy snaha o zobrazení osmi barev. Zároveň platí, že barvy ze středu jsou vidět s vyšším kontrastem, protože jsou namapované na celé spektrum barev monitoru. Např. tmavě šedá se zobrazí jako černá a světle šedá jako bílá. Díky tomu je pro oko jednodušší vidět detaily obrázku. Window Width tak definuje kontrast.
Window Width je možné upravit (zvětšit/zmenšit) i pokud je původní obrázek vykreslený přes celé spektrum odstínů šedi. Například pokud by obrázek, který využívá všech 16 odstínů šedi, byl zobrazen s Window Width = 8, tak by ve viditelném spektru na monitoru bylo jen prostředních 8 barev. Čtyři tmavší by byly zobrazeny černě a čtyři světlejší bíle. Naopak prostředních 8 barev by bylo více kontrastních a umožňovalo by při inspekci lepší viditelnost detailů. Obrázek níže ukazuje mapování úrovní šedé. Modré šipky ohraničují rozsah zobrazených odstínů (Window Width).

Úprava kontrastu je tak ve skutečnosti nastavování počtu zobrazených odstínů šedi (Window Width).

Window Center (jas)
Poslední příklad zúžil počet zobrazených barev obrázku na prostředních 8, přestože obrázek je vykreslený všemi 16 barvami. Díky tomu jsou lépe rozpoznatelné detaily zachycené pomocí prostředních 8 barev, zatímco detaily zachycené nejtmavšími nebo nejsvětlejšími 6 barvami splývají. Jsou buď čistě černé, nebo čistě bílé.
Pokud by bylo potřeba kontrastně vykreslit například nejtmavších 8 odstínů šedi, je možné ponechat Window Width = 8 (zobrazení 8 odstínů), ale posunout jeho střed (Window Center) směrem k tmavým barvám. Na obrázku níže je Window Center označené zelenou šipkou.

V tomto případě budou kontrastní tmavé barvy, zatímco všechny světlé splývají a jsou zobrazeny bíle. Opticky se takto tmavé barvy dostanou do viditelného spektra a obrázek se rozjasní. Naopak je možné posunout střed zobrazovaných úrovní šedi ke světlým barvám a snížit tak jas z čisté bílé na viditelné detaily (jsou-li v těchto barvách zachyceny na obrázku).

 
Vytváření snímků
Při vytváření nebo digitalizaci snímku je důležité znát parametry přístroje a také správný formát pro uchování detailů.
V praxi se například opravdu stává, že je snímek pořízen na kvalitní DR panel s rozsahem 16 bitů (65 536 odstínů šedi), ale následně je uložen v obyčejném formátu .jpg, nebo dokonce .bmp s 256 odstíny šedi.
Naopak se také stává, že detektor je schopen rozpoznat 12 bitů (4096 odstínů), ale obrázek je uložen do 16bitového souboru s příponou .tiff. V tomto případě nedochází k žádné degradaci, ale výsledný obrázek zabírá více místa na disku, než by bylo nutné.
Samotné formáty pro uchování obrázků a metadat by vydaly minimálně na samostatný článek. Detaily jsou tak pro jednoduchost vynechány.
 
Vyhodnocování snímků
Při vyhodnocování RT snímků je důležité vědět na jakém monitoru a s jakou bitovou hloubkou je snímek zobrazen. Pokud se jedná o 16bitový snímek, je vhodné posunout si do viditelného spektra postupně celý barevný rozsah. Window Width se pak bude odvíjet od parametrů monitoru.
Naopak při vyhodnocování 8bitového snímku na kvalitním monitoru může být výhodné snížit si Window Width a zvýšit tak kontrast jednotlivých barev. Ty jsou pak zobrazeny s vyšším rozdílem a detaily obrázku jsou pak lépe viditelné.

Ing. Vít Minářů
NDT Software

Publikováno: 21. 5. 2025 | Počet zobrazení: 222 56