Такая, м.б. несколько странная тема...

У теней на фотографиях (и не только фотографиях: вот на изображениях с электронного микроскопа тоже) есть такая особенность: в них падает не только яркость изображения, но и его контраст. Например, ежели сфотографировать шахматную доску (с тёмно- и светло-серыми квадратами), одна половина которой освещена, а другая попадает в тень, то разница между яркостями светлых и тёмных квадратов на освещённой половине будет больше, чем эта же разница в тени. И если я хочу скомпенсировать тень, то должен не только повышать яркости притенённых квадратов, но также и менять контраст между ними.

Вопрос состоит в том, какова природа этого падения контраста в тенях, почему так получается? А также, какими формулами всё это дело связано? Я попытался найти про это в инете, но пока что безуспешно... А пытаясь разобраться самостоятельно, что-то совсем запутался (может, тут что-то очень простое, но как-то пока недокумекал).

Если вы определяете контраст как отношение RGB-значений, то не верьте этому. Связь этих значений с яркостью нелинейная.
Но вообще есть и физические факторы ухудшения контраста в тенях. Например, переотражение и рассевание света в оптической системе приводит к тому, что свет от ярких источников попадает на изображение тёмных источников. Частично это можно скомпенсировать выбором точки чёрного, но лишь частично: эта паразитная засветка неоднородная по полю кадра.

Ещё ухудшение контраста в тенях и светах может вызвать усиление контраста в средних тонах за счет применения S-образной кривой при конвертировании сырых данных в файл изображения.

На самом деле, меня в первую очередь тут интересуют электронно-микроскопические изображения. Они в grayscale и я очень не уверен, что микроскопное ПО также применяет гамма-функцию при создании картинок: там, по идее, должна бы сохраняться линейная зависимость между интенсивностью зарегистрированного излучения и уровнем яркости.

На настоящих фотографиях (цифровой камерой) она, конечно, должна несколько влиять. Но это падение (пока что просто по прикидке, лишь сравнивая изгиб S-кривой для sRGB и получающуюся разницу в контрастах), похоже, значительно больше, чем может дать кривая. Сегодня сделал несколько фоток (не цветных, конечно) бумажки в клеточку... До чёрного цвета на них тёмно-серые квадратики ещё отнюдь не доходят в тени, и до белого светлые на свету тоже, но разница в контрасте весьма ощутимая (в разы).

Или гамма-функция тут "из другой оперы"?

Про влияние рассеянного света в оптической системе тоже думал, но... Почему, тогда, этот паразитный свет не виден, не засвечивает изображения совсем тёмных участков, которые реально чёрными получаются? И ореолов никаких вокруг светлых объектов... Ну и, что важно - падение контраста конформно, соответствует форме тени.

Если в комнате зашторенной выключить свет, то контрастность деталей вообще будет =0.

Контрастность это вроде диапазон яркостей.

Всё дело в абсолютном значении яркостей объектов!
Возьмём ту же шахматную доску. Допустим, что белые клетки отражают 80% света, а чёрные - 10%. При освещённости в 10000 люкс белые отразят 8000, а чёрные - 1000 т.е. разница в их освещённости 7000 люкс. В тени при освещённости 1000 люкс белые отразят 800, а чёрные - 100. Разница - 700 люкс. Теперь догадайтесь в каком случае объект будет выглядеть контрастнее . Особенно если эти оба варианта присутствуют в одном кадре!
Если попробовать пересчитать этот пример в единицы динамического диапазона, думаю, что эта разница станет огромной. В первом случае она будет на пределе возможностей светорегистратора (матрицы), а во втором окажется ближе к возможности хоть как-то различить эти тона.
P.S. Намудрил много хоть и ничерта в этом не смыслю . Просто я так думаю, а ошибки в цифрах и терминах уж простите.

_________________
Мои фото на натуралисте

Да, Саша, и точно - надо таким вот простым образом считать, тогда всё встаёт на свои законные места (т.е. что контраст должен линейно зависеть от освещённости). Спасибо!

Ну, так просто не получится, потому что наше зрение тоже нелинейно всё воспринимает. Точный закон не помню, кажется, у Шадрина где-то это описано. Но если не лезть в предельно слабые и предельно большие яркости, то отклик нашего глаза примерно логарифмический. То есть разность яркостей (воспринимаемая) зависит от того, во сколько раз отличаются яркости, а не на сколько люкс.
Если представить, что регистрирующая система идеальна (нет рассеяния в оптике, у сенсора нет темнового тока, регистрация линейная,...), то он всё это так и зарегистрирует: на освещенной ярче части шахматной доски отношение яркостей белых и черных клеток будет такое же, как и на менее освещенной. Но это только сырые данные. Чтобы получить из якости RGB значения для пространства AdobeRGB, нужно вычислить что-то типа R=255*(I/Imax)^(1/2.2)
В sRGB - сложнее, там из 2х кусков кривая. При этом информация о контрасте сохраняется, просто надо правильно считать, с учетом той нелинейности.
Если речь идет о конвертерах сырых данных фотокамер, то они помимо этого добавляют еще S-образную кривую, которая увеличивает контраст в средних тонах за счет его падения в светах и тенях. На эту кривую стандартов нет, поэтому после неё уже не померяешь яркость. Отменять эту кривую я умею только в Capture One, там есть такая опция.
Как оно там в электронных микроскопах - не знаю. Какую-то нелинейную кривую они применять должны по-любому, иначе изображения будут плохо восприниматься. В радиолокационных изображениях обычно сигнал преобразуется в децибелы (логарифмическая шкала), а затем диапазон от X дБ до Y дБ равномерно масштабируется на интервал от 0 до 255. Хотя я для тех же целей несколько раз использовал кривую а-ля AdobeRGB - в некоторых случаях мне так больше нравится.
Опять же, возможно, у микроскопов есть какие-то свои специфические особенности, которые снижают контраст в тенях, например, у нас в РЛС-изображениях это боковые лепестки от ярких отражателей или шум приёмника.
В фотоаппаратах такими фактороми являются темновой ток и шумы.

Меня тут интересовала только "голая" физическая сторона дела, только на уровне интенсивностей света, т.е. без привлечения физиологии и прочих осложняющих факторов (вроде нелинейностей RGB-моделей).
Да, вот именно: в идеальном случае (однако, очень близком к наблюдаемому) отношение яркостей остаётся постоянным и при этом абсолютные разницы между интенсивностями света, приходящего от тёмных и светлых клеток меняются в линейной зависимости от интенсивности падающего на них света. В итоге, ежели мне надо скомпенсировать какую-то неправильную размытую тень на "пятнастой" поверхности вроде шахматной доски, то надо к яркостям затенённых светлых и тёмных участков прибавлять разные величины - а именно такие, чтобы сохранялось отношение между их яркостями.

По сути, для компенсации тени нужно все затенённые значения домножать на одно и то же число. При условии, конечно, что это линейные значения, чего на практике почти не бывает.

Да, я в итоге пока что так и попробовал сделать (ну, несколько сложнее, конечно, т.к. ещё завязан на уравнения, описывающие кривизну "поверхности" тени и различное размытие её границ). Ежели линейное приближение окажется слишком грубым (или там ещё м.б. вариант расхождения, который сейчас проверяю), то буду думать дальше!

Недавно решил доделать свой проект и... в общем, после более глубокого изучения вопроса и всяких тестов, я пришёл к выводу, что по кр. мере на снимках с электронного микроскопа в тенях контрасты наоборот - сильно завышаются, по сравнению с незатенёнными участками! А связываю это дело всё-таки с рассеянным излучением, понижающим контраст как раз на сильно освещённых участках. Так всё встаёт на свои места...

Раз уж тут так часто вспоминают шахматную доску...
Вы забываете еще и о таком вот факторе, как восприятие:
Это достаточно известный пример иллюзии: квадраты А и В имеют одинаковый цвет (проверьте пипеткой RGB:120,120,120)
Так что не верь глазам своим!

Действительно! Фантастика!

_________________
Макросъёмка — это принцип формирования увеличенного изображения...

Вообще-то вопрос скорее к физикам, поскольку мы в данном случае используем видимую часть спектра, то понятно, что фотоны темной поверхностью поглощаются, а светлой отражаются, затенение поверхности перекрывает поток фотонов, и светлой поверхности остается отражать остатки хаотично рассеяных фотонов,а темная продолжает поглощать, что и приводит к выравниванию контраста. Поэтому для увеличения контраста при недостатке света нужно осветлять прежде всего светлые участки (вытягивать света в РАВ-конвертере). Точнее и с формулами это к физикам. Возможно Limar уточнит?

_________________
Andre Korolew :)) "Все мы здесь не в своём уме."-Кот "Алиса в Стране Чудес"