Градиентные фильтры нейтральной плотности или множественная экспозиция? Что лучше использовать и когда

Использование градиентного фильтра нейтральной плотности (GND) достаточно простое само по себе действие и не требует применения каких-либо продвинутых методов в постобработке, но самый простой вариант не всегда является лучшим выбором. Из-за того, что градиентный переход фильтра будет горизонтальным, все снятое через верхнюю часть будет затемненной, а через нижнюю — так как есть в натуральном виде. Использование градиентного фильтра — правильное решение, когда есть ровный горизонт. Но что делать, если вы снимаете пейзаж с горами? А что делать, если на изображении есть большие деревья? Использование GND-фильтра позволяет затемнить их. Но этого чаще всего фотографы хотят избежать.

Эффективным решением является съемка нескольких изображений с различной экспозицией и их слияние вместе с использованием программного обеспечения. Это альтернатива, отнимающая много времени, откровенно говоря.

Итак, что же лучше всего выбрать? Всегда ли есть правильный ответ? Давайте рассмотрим два варианта.

Что вообще такое градиентный фильтр нейтральной плотности?

Этот фильтр представляет из себя частично затемненный фильтр, предназначенный для балансировки экспозиции изображения путем затемнения ярких деталей. Как правило, он используется, чтобы затемнить небо, поскольку обычно — это самая яркая часть изображения. Фильтр имеет множество вариаций, в том числе различную степень затемненности и способов перехода от темной части до прозрачной (т.е. некоторые из них имеют мягкий/длинный переход, в то время как другие — более жесткий/короткий).

Что такое множественная экспозиция для лучшего динамического диапазона?

Использование множественной экспозиции для захвата полного динамического диапазона означает, что вы снимаете серию изображений с разными экспозициями. Этот процесс часто подразумевает использование одного базового изображения, одного недоэкспонированного изображения и одного переэкспонированного.

Благодаря этим экспозициям вы захватываете полный динамический диапазон, что означает, что вы сняли проработанный кадр как теневых, так и освещенных областей, и вы избежите потери любой из них.

Второй шаг — смешивать изображения при помощи программного обеспечения, такого как Adobe Lightroom или Adobe Photoshop. Этот процесс оставляет вас с одним изображением, которое является комбинацией используемых; другими словами, вы остаетесь с файлом с правильной экспозицией, составленным из правильных частей используемых изображений.

Итак, что же выбрать лучше всего? Всегда ли есть правильный ответ?

Съемка тем или иным способом полностью зависит от конкретной картины и ситуации, в которой вы оказались. Для некоторых сценариев градиентные фильтры являются очевидным выбором, для других же это принесет больше вреда, чем пользы.

Когда использовать градиентные фильтры нейтральной плотности?

Градиентные фильтры ND отлично справляются с балансировкой изображения, когда есть большой контраст между передним планом и небом, хотя они не всегда работают отлично. Ниже на снимках несколько примеров того, когда выбор фильтров оптимален.

  

Обратите внимание, что оба изображения имеют относительно ровный горизонт. Скала в первом изображении выступает над горизонтом, что означает, что предпочтительным является фильтр Medium или Soft Edge. Фильтр Hard Edge слишком сильно омрачает скалу.

Когда использовать множественные экспозиции для захвата динамического диапазона?

В ситуациях, где есть элементы, выступающие дальше над горизонтом, чем в двух приведенных выше примерах, лучше вместо нескольких снимков захватить полный динамический диапазон.

 

Вот два примера такой ситуации. На первом изображении нет определенного горизонта и горы, выступающие на разных высотах; использование градиентного ND-фильтра здесь бы затемняло небо, а также еще больше — горы; они стали бы слишком темными.

Во втором примере фильтр успешно затемнил небо, а также ветви, обрамляющие гору.

Подсуммируем

Градиентные фильтры нейтральной плотности являются хорошим (и в то же время простым) вариантом, когда есть относительно ровный горизонт. Когда такие элементы, как горы, деревья или здания, выступают далеко за горизонт, лучшим выбором будет использовать съемку при помощи нескольких экспозиций.

Теги:фотооборудование

БЛОГ ДМИТРИЯ ЕВТИФЕЕВА | Градиентные фильтры прямоугольной формы — осторожно, халтура!

Ко мне в студию заезжал Михаил на консультацию, озабоченный пейзажной съемокой в Карелии. Я посоветовал обзавестись прямоугольными градиентными фильтрами (ниже в статье про поляризаторы по ссылке) для выравнивания освещенности в кадре, как наиболее важным инструментом в пейзажной съемке.

На различный бюджет я предложил: Cokin, Lee, Singh-Ray. Есть еще Hitech, но я его пока не пробовал и о качестве ничего не скажу.

Но Михаилу не удалось найти в продаже Cokin, а все остальное показалось дороговато. Так что он приобрёл прямоугольные градиентники китайского производителя на Авито, у девушки, которая занимается их поставкой сюда и по совместительству фотографией.

Мне повезло при следующей встрече ознакомиться с продукцией неизвестного китайского производителя. Повезло потому, что я могу теперь ценными наблюдениями поделиться с вами, уважаемые читатели.

Итак, встречаем!

Как видите, фильтр нам «радостно улыбается» кривой линией горизонта. Это печально, потому что линия горизонта у нас, как правило, более-менее прямая. И уж тем более не такой хитрой U-формы. Чем это может быть чревато? Неравномерное затемнение в соответствие с этой кривой будет сложно исправить в фотошопе. Значит это неестественное затемнение будет присутствовать на всех ваших снимках. Вы можете только пойти на компромисс и смириться с этим. Ну, или второй вариант…

Слева и справа — китайские. Тот, который слева — имеет растушеванную неровную границу (он представлен на картинке чуть выше), а тот, что справа — резкую кривую границу, загибающуюся в одну сторону. На глаз это хорошо видно и на фото, если присмотреться — тоже.

Оригинальный фильтр Cokin — в центре. Он не нейтральный по цвету и это печально. Но граница у него растушеванная и ровная. Все три фильтра — пластиковые.

Обратите внимание на плотность фильтров. Cokin — честные 50% (ND2), а китайские — это нечто темнее и светлее. Это на фото уже не очень заметно, но это так.

Итак, что мы на сегодня имеем?

В продаже в магазинах и на Авито в основном эти китайские градиентники. Причем на Авито их часто нагло называют Cokin series или фильтры «для Cokin». К Cokin они, понятное дело, отношения не имеют. Цена им в виду такой неровной границы — 2$ для фотографа, серьезно увлекающегося пейзажем.

Во-первых, они идут большим набором за маленькие деньги. Оригинальный фильтр Cokin может стоить минимум 700р за 1шт! А тут весь набор может стоить 2000р и там в оригинальной упаковке. ..40 фильтров! И, еще синяя сумочка под них.

Кстати, к ним прилагается и держатель. Внешне он очень похож на держатель фильтров Cokin-P, но раза в полтора легче по весу и не черный, а чуть сероватый.

Еще посмотрите края — у оригинального фильтра края под прямым углом, а тут скруглённые (не на всех, на ND — прямые).

А теперь о Cokin. Его в городе С-Петербург сейчас нет, и он не ожидается. Непонятно, как обстоят дела у производителя, но никто не может его заказать. Во всех магазинах сказали, что его не заказать и его не будет. В объявлениях на Авито, кроме китайских подделок еще продаются неходовые цветные градиенты и всякие звездочки. Смысла в цветных градиентах в цифровую эпоху нет. «Звездочки»- на любителя. А вот классический серый градиент отсутствует.

Остается пробовать Hitech, который есть в наличии или сразу обзавестись более дорогими и имеющими кучу вариаций Lee или SinghRay.

В наборе китайских градиентников были и ND-фильтры. Они больших нареканий не вызывают, если не считать несовпадение их плотности маркировке.

Мой хороший знакомый, светофильтры которого были представлены в статье не поленился и съездил к продавцу, где они отобрали из кучи китайских светофильтров наиболее приемлемые. После чего показал мне, я сделал пару фото и прокомментирую.

В этот раз я сфотографировал светофильтр вместе с цветовой шкалой, чтобы было видно нейтральный он или нет.
Как видите, сплошной серый нейтральный фильтр — с голубовато-зелёным оттенком (сравните со шкалой, где действительно серый), а вот градиентный сильно уходит в красно-коричневый цвет.

Граница перехода из темного в прозрачное на китайских светофильтрах относительно жесткая. Причем на менее плотных фильтах она мягче.

На менее плотном градиентном светофильтре меньше оттенок коричневого. Т.е. меньше красителя — меньше оттенок, что логично. Вот только самый востребованный светофильтр это как раз ND8 (3 ступени), т. е. достаточно плотный (на верхнем фото).

Сделаны китайские светофильтры из довольно царапучего пластика.

Фотографировать с такими светофильтрами вполне возможно, например, светофильтры Cokin тоже имеют красновато-коричневый оттенок, но расстраивает жесткая граница горизонта. Предположу, что расход подобных светофильтров может быть большой из-за их неустойчивости к царапинам, но при их цене это не так важно.

А если вы хотите прочитать про более приличные светофильтры, то почитайте статью Про прямоугольные и квадратные светофильтры (Lee, Cokin, 84.5)

Градиентные фильтры нейтральной плотности — круговые, линейные, аподизирующие Фильтры нейтральной плотности

Переменное светопропускание

Корпорация Reynard производит бесступенчатые фильтры, в которых плотность или рисунок могут изменяться в зависимости от подложки. Эти фильтры поставляются в различных конфигурациях, включая: Bullseye® Apodizing, Linear Apodizing, Circular Variable Neutral Density, Circular Variable Neutral Transmission, Linear Variable Neutral Density и Linear Variable Neutral Transmission. Градиентные фильтры с плавным изменением — это оптические фильтры с переменным светопропусканием, предназначенные для работы в диапазоне от УФ до дальнего инфракрасного диапазона. Они могут быть изготовлены размером от нескольких миллиметров до более 250 мм в диаметре или квадратной формы. Оптическая плотность обычно находится в диапазоне 0–1, 2, 3, 4 или 5. Reynard предлагает нестандартные размеры и плотность по запросу.

Доступны пользовательские прототипы для серийного производства.

Обращайтесь к нам с вашими индивидуальными требованиями!

Общие характеристики градиентного фильтра:

Типы градиентов:	Bullseye® Аподизация, линейная аподизация, круговая переменная ND и линейная переменная ND
Размеры:	12,5–250 мм
Диапазон оптической плотности:	Укажите: от 0 до 1, 2, 3, 4 или 5
Диапазон передачи:	Чистый (92 %) до 1 % или 10 %
Материалы подложки:	N-BK7, плавленый кварц и ZnSe
Типы покрытия:	Диэлектрическое и металлическое

Bullseye

^® Аподизирующие фильтры

Reynard Corporation предлагает Bullseye ^® Аподизирующие фильтры, используемые для устранения нежелательных колебаний интенсивности в оптических системах. Существует два типа: Чистый центр, где распределение плотности по Гауссу увеличивается в радиальном направлении от центра к краю, и Темный центр, где плотность увеличивается от края к центру подложки. Яблочко ^® Аподизирующие фильтры, которые могут быть разработаны для любой математической функции независимо от размера луча.

См. Bullseye ^® Аподизирующие фильтры Технический паспорт

Нестандартные размеры и плотности доступны по запросу.

Характеристики:

Размеры:	Диаметр 25 мм и 50 мм
Материалы подложки:	BK-7 или эквивалент
Диапазон оптической плотности:	Укажите: от 0 до 1, 2, 3, 4 или 5
Толщина:	2 мм ± 0,2

Номер детали	Материал подложки	Внешний диаметр	Центр	Оптическая плотность
R0140x-00	BK-7	25 мм ± 0,2 мм	Прозрачный	Указать
R0141x-00	BK-7	50 мм ± 0,2 мм	Очистить	Указать
R0145x-00	BK-7	25 мм ± 0,2 мм	Темный	Указать
R0146x-00	BK-7	50 мм ± 0,2 мм	Темный	Указать

Линейные аподизирующие фильтры

Линейные аподизирующие фильтры — это настраиваемые градиентные фильтры плотности, которые имеют постоянную плотность в одном направлении и переменный фильтр нейтральной плотности в другом направлении. Два типа: от темного в центре до светлого на внешних краях или от светлого в центре до темного на внешних краях. Эти фильтры используются для устранения нежелательных изменений интенсивности в оптических системах. Существует два основных типа этих фильтров: 1) Темный в центре, чтобы очистить внешние края, или 2) Светлый в центре, чтобы затемнить внешние края.

См. техническое описание линейных аподизирующих фильтров

Нестандартные размеры и плотность доступны по запросу.

Характеристики:

Размеры:	До 125 мм x 25 мм
Материалы подложки:	BK-7 или эквивалент
Диапазон оптической плотности:	Укажите: от 0,04 до 1, 2 или 3 (обычно)
Прозрачная апертура:	90% без просветляющего покрытия
ТВЭ:
Калибровка длины волны:	632,8 нм
Диапазон длин волн:	375–2000 нм

Номер детали	Материал подложки	Размер	Центр	Оптическая плотность
R01470-xx	BK-7	50 x 25 мм	Прозрачный	Указать
R01471-xx	BK-7	75 x 25 мм	Прозрачный	Указать
R01472-xx	BK-7	100 x 25 мм	Прозрачный	Указать
R01473-xx	BK-7	125 x 25 мм	Прозрачный	Указать
R01480-xx	BK-7	50 x 25 мм	Темный	Указать
R01481-хх	BK-7	75 x 25 мм	Темный	Укажите
R01482-xx	BK-7	100 x 25 мм	Темный	Указать
R01483-xx	BK-7	125 x 25 мм	Темный	Указать

Круглые регулируемые фильтры нейтральной плотности (CVND)

Круглые регулируемые фильтры (UV-VIS-IR) представляют собой колеса фильтров, которые линейно ослабляют свет при вращении фильтра. По мере вращения фильтра интенсивность луча регулируется за счет изменения плотности градиентного металлического покрытия вокруг фильтра. Эти фильтры полностью настраиваются в зависимости от функции градиента оптической плотности, функции градиента пропускания, типа подложки, материалов покрытия и размера в соответствии с требованиями заказчика. Плотность может поставляться как стандартная линейная или пользовательская градиентная функция.

Нестандартные размеры и плотность доступны по запросу.

См. техническое описание круглых фильтров с переменной нейтральной плотностью (CVND)

Технические характеристики:

D = журнал ₁₀ (1/T)

7777777709 Znse : 2,0 мкм — 5,0 мкм

77777777777709 Znse : 2,0 мкм — 5,0 мкм

9004 : 2,0 мкм — 5,0 мкм

9 : 2,0 мкм — 5,0 мкм

9 .

Тип покрытия:	Металлик
Антибликовое покрытие:	В наличии
Материалы подложки:	BK-7, плавленый кварц и ZnSe
Внешний диаметр (НД):	25–200 мм ± 0,2 мм
Допустимое отклонение наружного диаметра:	± 5% Абсолютное значение
Внутренний диаметр:	7,5–25,4 мм ± 0,2 мм
Толщина:	2,0 мм ± 0,2 мм
Диапазон оптической плотности:	Укажите: от 0 до 1, 2, 3, 4 или 5
Калибровка длины волны:	BK-7 : 510 нм F. S : 510 нм ZnSe : 2,5 мкм
Диапазон длины волн:	BK -7 : 375 нм — 2500 нм F.S : 200NM — 2500 нм ZnSe : 2,0 мкм — 5,0,0,0,
Диапазон градиента:	270° Типичный
Параллельность:
ТВЭ:
Центрирование:	± 0,2 мм
Качество поверхности:	80/50 Царапай и копай
Прозрачная апертура:	80% диаметра

Номер детали	Материал подложки	Внешний диаметр	Внутренний диаметр	Оптическая плотность
R00500-xx	BK-7	25 мм	7,5 мм	Указать
R00510-xx	BK-7	50 мм	7,5 мм	Укажите
R00515-xx	BK-7	75 мм	7,5 мм	Указать
R00520-xx	BK-7	100 мм	7,5 мм	Указать
R00522-xx	BK-7	100 мм	25,4 мм	Указать
R00525-xx	BK-7	125 мм	25,4 мм	Указать
R00530-xx	BK-7	150 мм	25,4 мм	Указать
R00550-xx	BK-7	175 мм	25,4 мм	Указать
R00580-xx	BK-7	200 мм	25,4 мм	Указать

Номер детали	Материал подложки	Внешний диаметр	Внутренний диаметр	Оптическая плотность
R04400-xx	Плавленый кварц	25 мм	7,5 мм	Указать
R04410-xx	Плавленый кварц	50 мм	7,5 мм	Указать
R04415-xx	Плавленый кварц	75 мм	7,5 мм	Указать
R04420-xx	Плавленый кварц	100 мм	7,5 мм	Укажите
R04422-xx	Плавленый кварц	100 мм	25,4 мм	Указать
R04425-xx	Плавленый кварц	125 мм	25,4 мм	Указать
R04430-xx	Плавленый кварц	150 мм	25,4 мм	Указать
R04450-xx	Плавленый кварц	175 мм	25,4 мм	Укажите
R04465-xx	Плавленый кварц	200 мм	25,4 мм	Указать

Номер детали	Материал подложки	Внешний диаметр	Внутренний диаметр	Оптическая плотность
R05600-xx	ZnSe	25 мм	7,5 мм	Указать
R05610-xx	ZnSe	50 мм	7,5 мм	Указать
R05620-xx	ZnSe	100 мм	7,5 мм	Указать
R00520-xx	ZnSe	100 мм	7,5 мм	Указать

Круглые переменные нейтральные пропускающие фильтры (CVNT)

Круглые переменные нейтральные пропускающие фильтры (UV-VIS) предназначены для ослабления света в зависимости от пропускания, а не плотности. Эти фильтры CVNT гораздо более чувствительны к положению при более низких значениях пропускания, чем фильтры с линейной плотностью. Доступны размеры от 25 мм до более 200 мм в диаметре.

Нестандартные размеры и плотность доступны по запросу.

Технические характеристики:

T = 1/10 ^D

Тип покрытия:	Металлик
Внешний диаметр (НД):	25–200 мм
Допустимое отклонение наружного диаметра:	± 5% Абсолютное значение
Внутренний диаметр:	7,5–25,4 мм
Материалы подложки:	BK-7, плавленый кварц
Толщина:	2,0 мм ± 0,2 мм
Диапазон передачи:	Укажите: Чистый (92%) до 1% или 10%
Калибровка длины волны:	BK-7 : 510 нм F. S : 510 нм ZnSe 7 0 5 мкм 5 мкм
Диапазон длин волн:	BK-7 : 375нм — 2500нм F.S : 200нм — 2500нм0005
Антибликовое покрытие:	В наличии
Диапазон градиента:	270° Типичный
Параллельность:
ТВЭ:
Центрирование:	± 0,2 мм

Номер детали	Материал подложки	Внешний диаметр	Внутренний диаметр	Оптическая плотность
R06701-xx	BK-7	25 мм	7,5 мм	Указать
R06703-xx	BK-7	50 мм	7,5 мм	Указать
R06705-xx	BK-7	75 мм	7,5 мм	Указать
R06707-xx	BK-7	100 мм	7,5 мм	Указать
R06709-хх	BK-7	125 мм	25,4 мм	Указать
R06711-xx	BK-7	150 мм	25,4 мм	Указать
R06713-xx	BK-7	175 мм	25,4 мм	Указать
R06715-xx	BK-7	200 мм	25,4 мм	Указать

Номер детали	Материал подложки	Внешний диаметр	Внутренний диаметр	Оптическая плотность
R06801-xx	Плавленый кварц	25 мм	7,5 мм	Указать
R06803-xx	Плавленый кварц	50 мм	7,5 мм	Указать
R06805-xx	Плавленый кварц	75 мм	7,5 мм	Указать
R06807-xx	Плавленый кварц	100 мм	7,5 мм	Указать
R06809-xx	Плавленый кварц	125 мм	25,4 мм	Указать
R06811-xx	Плавленый кварц	150 мм	25,4 мм	Указать
R06812-xx	Плавленый кварц	175 мм	25,4 мм	Указать
R06815-xx	Плавленый кварц	200 мм	25,4 мм	Указать

Линейные фильтры с переменной нейтральной плотностью (LVND)

Линейный фильтр с переменной нейтральной плотностью используется для ослабления света при перемещении фильтра. Фильтры можно использовать как с белым светом, так и с маломощными лазерами. Большая конечная апертура может быть ослаблена путем перемещения двух фильтров в противоположных направлениях.

Нестандартные размеры и плотность доступны по запросу.

Характеристики:

D = Бревно ₁₀

Типы покрытия:	Металлик
Диапазон оптической плотности:	Укажите: 0–1, 2, 3, 4 или 5
Ширина:	25 мм
Длина:	50–150 мм
Допуск:	± 5% Абсолют
Материалы подложки:	BK-7, плавленый кварц и ZnSe
Диапазон передачи:	100% — 10%, 1%
Калибровка длины волны:	BK-7 : 510 нм F.S : 510 нм ZnSe 7 0 5 мкм 5 мкм
Wavelength Range:	BK-7 : 375nm — 2500nm F. S : 200nm — 2500nm ZnSe : 2.0µm — 5.0µm
Антибликовое покрытие:	Доступно
Параллельность:
ТВЭ:

Номер детали	Материал подложки	Длина	Ширина	Оптическая плотность
R00221-xx	BK-7	50 мм	25 мм	Указать
R00231-xx	BK-7	75мм	25мм	Укажите
R00241-xx	BK-7	100 мм	25 мм	Указать
R00251-xx	BK-7	125 мм	25 мм	Указать
R00261-xx	BK-7	150 мм	25 мм	Указать

Номер детали	Материал основания	Длина	Ширина	Оптическая плотность
R022xQ-xx	Плавленый кварц	50 мм	25 мм	Указать
R023xQ-xx	Плавленый кварц	75 мм	25 мм	Указать
R024xQ-xx	Плавленый кварц	100 мм	25 мм	Указать
R025xQ-xx	Плавленый кварц	125 мм	25 мм	Укажите
R026xQ-xx	Плавленый кварц	150 мм	25 мм	Указать

Номер детали	Материал подложки	Длина	Ширина	Оптическая плотность
R022xZ-xx	ZnSe	50 мм	25 мм	Указать
R023xZ-xx	ZnSe	75 мм	25 мм	Укажите
R024xZ-xx	ZnSe	100 мм	25 мм	Указать
R025xZ-xx	ZnSe	125 мм	25 мм	Указать

Линейные регулируемые нейтральные пропускающие фильтры (LVNT)

Линейные регулируемые нейтральные пропускающие фильтры (UV-VIS-IR) предназначены для ослабления света в зависимости от пропускания, а не плотности. Эти фильтры LVNT гораздо более чувствительны к положению при более низких значениях пропускания, чем фильтры с линейной плотностью.

Нестандартные размеры и плотность доступны по запросу.

Технические характеристики:

T = 1/10 ^D

7777777709 Znse : 2,0 мкм — 5,0 мкм

77777777777709 Znse : 2,0 мкм — 5,0 мкм

9004 : 2,0 мкм — 5,0 мкм

9 : 2,0 мкм — 5,0 мкм

9 .

Тип покрытия:	Металлик
Ширина:	25 мм
Длина:	50–150 мм
Допуск:	± 5% Абсолют
Материалы подложки:	BK-7, плавленый кварц и ZnSe
Диапазон передачи:	100% — 10%, 1%
Калибровка длины волны:	BK-7 : 510 нм F.S : 510 нм ZnSe 7 0 5 мкм 5 мкм
Диапазон длины волн:	BK -7 : 375 нм — 2500 нм F. S : 200NM — 2500 нм ZnSe : 2,0 мкм — 5,0,0,0,
Антибликовое покрытие:	В наличии
Параллельность:
ТВЭ:

Номер детали	Материал подложки	Длина	Ширина	Оптическая плотность
R05701-xx	BK-7	50 мм	25 мм	Указать
R05703-xx	BK-7	75 мм	25 мм	Указать
R05705-xx	BK-7	100 мм	25 мм	Указать
R05707-xx	BK-7	125 мм	25 мм	Указать
R05709-xx	BK-7	150 мм	25 мм	Указать

Номер детали	Материал подложки	Длина	Ширина	Оптическая плотность
R05741-xx	ZnSe	50 мм	25 мм	Указать
R05743-xx	ZnSe	75 мм	25 мм	Указать
R05745-xx	ZnSe	100 мм	25 мм	Указать
R05747-xx	ZnSe	125 мм	25 мм	Указать
R05749-xx	ZnSe	150 мм	25 мм	Указать

Номер детали	Материал подложки	Длина	Ширина	Оптическая плотность
R05721-xx	Плавленый кварц	50 мм	25 мм	Указать
R05723-xx	Плавленый кварц	75 мм	25 мм	Указать
R05725-xx	Плавленый кварц	100 мм	25 мм	Указать
R05727-xx	Плавленый кварц	125 мм	25 мм	Указать
R05729-xx	Плавленый кварц	150 мм	25 мм	Указать

[CV] 3.

Градиентный и лапласианский фильтр, разность гауссианов (DOG) | от jun94 | июнь-devpBlog

Ранее мы рассмотрели фильтры, используемые для сглаживания или удаления шума на изображениях. В этой главе будут объяснены фильтры, которые должны извлекать информацию о границах изображений.

Прежде чем мы начнем, обратите внимание, что фильтры можно рассматривать как шаблоны . Это означает, что применение фильтра в какой-то момент можно рассматривать как скалярное произведение между одномерным представлением области изображения и одномерным векторным представлением фильтра. Таким образом, отклик фильтра максимален, когда область, к которой применяется фильтр, выглядит так же, как и фильтр. Другими словами, фильтры выглядят как эффекты (или особенности изображения), для обнаружения которых они предназначены. 1.1 Градиент изображения общий выбор, чтобы найти края. Тогда что делает градиент облегчающим обнаружение краев и почему он полезен?

На это можно ответить с помощью следующего примера на рис. 2. Левая панель — это данное изображение, а панель в центре — соответствующие интенсивности пикселей для пикселей на красной строке изображения. Как видно из двух панелей, края изображения — это места, где интенсивность пикселей сильно меняется, например, от белого к черному и от черного к белому.

Рисунок 2. График интенсивности пикселей и 1-й производной данного изображения из [1]

Учитывая определение краев, в рассмотрение вступает идея градиента, потому что области без краев возвращают нулевой градиент, в то время как другие области выводят некоторые положительные или отрицательные значения. Это показано на правой панели рис. 2. Карта 1-й производной показывает ненулевую реакцию только в пикселях, где лежат края. Таким образом, мы можем сделать вывод, что, находя пиксели, являющиеся результатом максимумов 1-й производной, можно определить границы изображения.

1.2 Разработка фильтра для вычисления производных

Чтобы вычислить производную изображения, мы можем использовать концепцию свертки с фильтром (обратите внимание, что ее также можно вычислить путем корреляции). Вспомним, как вычисляется частная производная в функции 2D f , представляющей изображение. В непрерывной настройке частная производная f по отношению к x определяется следующим образом:

Уравнение 1. Частная производная f по x

Однако в компьютерном зрении мы имеем дело с изображениями, которые представляют собой дискретные данные. Таким образом, мы аппроксимируем его, используя конечные разности.

Уравнение 2. Дискретизированное уравнение 1.

Чтобы реализовать уравнение 2 в виде свертки, соответствующий фильтр будет

производная от f по отношению к и . На рис. 4 показан отклик фильтра после свертки по отношению к x (в центре) и y (правая панель).

Рис. 4. Карты отклика фильтра (центральная и правая панель) после свертки с фильтрами x-gradient и y-gradient соответственно из [1], [2]

известно, что на практике мы используем градиентный фильтр 3 × 1 для производной x вместо 2 × 1 градиентный фильтр, а также для y производная ( 1 × 3 фильтр). Позвольте мне объяснить, почему и как построить фильтр 3 × 1 (для производных по отношению к x ).

Несмотря на простоту фильтра: [1 -1], у него есть некоторые проблемы.

• Во-первых, после свертки изображения с помощью этого фильтра он сдвигает изображение на полпикселя.
• Во-вторых, что также связано с первой причиной, когда мы применяем [1 -1] до 2 пикселей (x, y) и (x+1, y) фактически вычисляет градиент в позиции (x+0,5, y) не в позиции (x, у) или (х+1, у) . Чтобы исправить это, мы вставляем 0 между [1 -1] , чтобы получить [1 0 -1] . Путем свертки нового фильтра [1 0 -1] с пикселями (x -1, y), (x, y) и (x+1, y) он возвращает градиент относительно х для центрального пикселя (x, y) .

Короче говоря,

• Фильтр производной x: [1 -1] -> [1 0 -1]
• Фильтр производной y: [1 -1] ᵀ -> [1 0 -1] ᵀ

более подробное объяснение см. в [8]. Если мы напрямую вычисляем производные изображения, содержащего шум, то это дает неожиданный результат, когда мы не можем обнаружить никакой информации о расположении краев. Рис. 5 иллюстрирует это.

Рис. 5. Вычисленные производные зашумленного изображения из [1], [3]

Рассмотрим одну строку изображения (вспомним красную линию на рис. 2) и нанесем на график интенсивности f пикселей на ряд, как показано ниже. Поскольку из-за шума интенсивность каждого пикселя колеблется по сравнению с другими, при вычислении их производных мы получим только зигзагообразные узоры. Таким образом, чтобы правильно выделить местоположения краев, удаление шума должно предшествовать вычислению производных изображений.

И мы уже знаем, как исключить шум, Фильтрацию по Гауссу (Сглаживание).

Рис. 6. Правильный подход к поиску краев на зашумленном изображении с помощью фильтров Гаусса и производных, из [1], [3]

Сначала сверните изображение с помощью фильтра Гаусса с определенной сигмой (стандартным отклонением).

После этого мы получаем изображение, из которого до определенной степени удалены шумы.

Затем, вычислив производную изображения и взглянув на его пик, мы получим расположение краев.

1.4 Как сделать этот процесс эффективным? (Производная от Гаусса)

Пусть f и h будут изображением и фильтром соответственно. Одной из характеристик свертки является то, что производная свернутого изображения (h ⋆ f) эквивалентна свернутому изображению f с дифференцированным фильтром ∇ h .

Используя это, мы можем упростить шаги на рис. 6. На этот раз мы сначала вычисляем дифференцированный фильтр ∇ h и свернем его с изображением f.

Это дает тот же результат, что и на рис. 6.

Рис. 7. упрощенный подход к поиску краев на изображении, из [1], [3]

Наконец, напомним, что мы можем представить вычисление производной в виде свертки с фильтр [1 -1] (или [1 0 -1] , как указано выше). Таким образом, член производной фильтра ∇ h становится сверткой [1 -1] и фильтр Гаусса h, , как показано ниже.

И результат этой свертки (Производный фильтр ⋆ h ) называется Производной Гаусса.

Короче говоря, фильтр Gaussian Derivative содержит как гауссовское сглаживание, так и вычисление производной. Следовательно, пока мы сворачиваем изображение с фильтром Производная Гаусса , нет необходимости отдельно выполнять сглаживание по Гауссу и вычисление производной, как показано на рис. 6.9.0005 Пример производной фильтра Гаусса по направлениям x и y

Фильтр Лапласа — это один из детекторов границ, используемый для вычисления вторых пространственных производных изображения. Он измеряет скорость изменения первых производных. Другими словами, фильтр Лапласа выделяет области, в которых интенсивность пикселей резко меняется. Из-за этой характеристики фильтра Лапласа его часто используют для обнаружения краев изображения. Позже мы увидим, как фильтр находит края с помощью визуальной иллюстрации.

Математическое определение лапласиана следующее.

Учитывая определение, дискретизированный 3 x 3 Фильтр Лапласа (поскольку мы имеем дело с изображениями, и они дискретны) для изображения f определяется как массив ниже:

Рисунок 8. Лапласиан 3 x 3 filter

Обратите внимание, что указанное выше ядро, которое не идентично математическому определению лапласиана из-за противоположных знаков, использует отрицательный пик, потому что оно более распространено и прямолинейно. Тем не менее, он по-прежнему действителен.

2.1. Обнаружение края

Давайте вернемся к причине, по которой мы используем фильтр Лапласа. Как упоминалось ранее, фильтр Лапласа является одним из распространенных методов обнаружения края, но как?

Рисунок 9. пример отсюда

Сначала мы вычисляем вторую производную для каждого пикселя. Наша цель — найти краевые местоположения (пиксели), и ранее мы находили их, глядя на максимумы первых производных. Вспомните, как мы нашли максимумы первых производных со второй производной. Ответ таков: края находятся между пикселями, вторые производные которых резко переходят от одного знака к другому (пересечение нуля). Два обнаруженных ребра среди всех ребер отмечены сине-зеленой рамкой на рис. 9..

2.2. Лапласиан Гаусса

Подобно 1.4 Производная Гаусса, применяется та же идея для упрощения обнаружения границ с помощью фильтра Лапласа. В то время как все остальные шаги остаются прежними, единственное отличие от Производная фильтра Гаусса состоит в том, что фильтр Лапласа заменяет фильтр производной, что означает, что ∇ h на рис. 6 становится ∇² h .

Рис. 10. Правильный подход к обнаружению краев на зашумленном изображении с помощью фильтров Гаусса и Лапласа, из [1], [3]

Поскольку лапласиан (∇²) также может быть представлен сверткой с фильтром Лапласа, мы свернем фильтр Лапласа с фильтром Гаусса, и, следовательно, получим фильтр Лапласиана Гаусса (LoG) . Подобно Производная Гаусса , LoG содержит сглаживание по Гауссу и вычисление второй производной, нет необходимости проводить их отдельно, пока изображение свертывается с Логом .

Рис. 11. Иллюстрация построения фильтра LoG для облегчения понимания, из [1], [7]

Обратите внимание, что размер фильтра и значения на рис. 11 выбраны произвольно, поэтому вычисленный LoG не точен. Рассмотрим это в качестве примера, чтобы просто увидеть общую картину того, как фильтр LoG структурирован с использованием свертки.

Разница гауссианов и результирующего изображения после свертки по ним показана ниже.

Рисунок 12. Лапласиан ~ Отличие гауссиана, из [1]

Заметное наблюдение здесь состоит в том, что вычитание одного гауссиана за другим приближает лапласиан к гауссиану. Это указывает на то, что при аппроксимации LoG фактическое вычисление производной не требуется. Еще одна причина, по которой DoG полезен, заключается в том, что в задачах компьютерного зрения изображение часто фильтруется фильтрами Гаусса во многих масштабах.

No related posts.