Equalização de Histograma

Uma fotografia tirada com pouca luz usa apenas parte da gama de que dispõe. O seu histograma amontoa-se num canto, e tudo o que está nesse monte — as dobras de um casaco escuro, a textura de uma parede à sombra, a escrita de uma página desbotada — fica espremido num punhado de tons que o olho não consegue separar. A equalização de histograma volta a espalhar esse monte por toda a gama, de modo que as diferenças já registradas passam a ser diferenças que se veem.

O que ganha

• Detalhe fora das sombras: os tons que estavam esmagados uns contra os outros ganham espaço, e a textura que havia dentro deles volta.
• Contraste sem salto de brilho: o modo de brilho preservado estica cada metade do histograma na sua própria gama, por isso a imagem ganha separação e mantém a exposição.
• A cor em paz: o modo por padrão muda apenas quanta luz um pixel tem, por isso o matiz e a saturação atravessam o processo sem alteração.
• Digitalizações legíveis: o modo tons de cinza alarga a distância entre a tinta e o papel, que é o que torna um texto desbotado outra vez legível.
• Números, não suposições: os histogramas de antes e depois, a curva de transferência e as estatísticas tonais estão todos medidos na sua imagem.

Recupere o detalhe de imagens escuras e sem contraste com equalização adaptativa ou global.

1. 1Adicione uma imagem: Arraste um JPG, PNG, WebP, GIF ou BMP, ou procure no seu computador.
2. 2Escolha um algoritmo: Adaptativa (CLAHE) serve para fotografias; a global é o esticamento clássico; a de brilho preservado deixa a exposição geral onde estava.
3. 3Defina bloco e corte: Blocos menores atuam mais localmente; um limite de corte baixo mantém o ruído sob controle.
4. 4Compare e veja os números: Arraste o divisor sobre a pré-visualização e leia os histogramas de antes e depois e a curva de transferência.
5. 5Exporte: Salve como PNG, JPEG ou WebP.

Três algoritmos, e a diferença entre eles é quanto da imagem cada mapeamento pode ver.

• Equalização global constrói uma curva cumulativa a partir de toda a imagem e aplica-a em todo o lado. É a definição da técnica e a mais agressiva: uma única janela luminosa numa sala de resto escura domina o histograma, por isso a sala é levantada e a janela queima.
• Equalização adaptativa (CLAHE) corta a imagem em blocos, constrói uma curva para cada um e funde suavemente entre as quatro curvas vizinhas em cada pixel — não aparecem costuras. O limite de corte limita quanto um bloco pode esticar, e é isso que impede que zonas planas como o céu ou o papel se tornem ruído. É o modo que abre uma sombra sem tocar no céu ao lado.
• Equalização com brilho preservado (BBHE) divide o histograma no tom médio da própria imagem e equaliza as duas metades em gamas de saída separadas. Ambas ganham contraste e, como nenhuma pode atravessar a média, o brilho geral fica onde estava. Use-a quando uma foto já está bem exposta e só lhe falta separação.

Os nomes dos parâmetros aqui são os que a área usa, e significam aqui o mesmo que em qualquer outro lado.

• Tamanho do bloco, em pixels o lado de cada bloco adaptativo, medido na imagem original em vez de como um número de divisões — por isso o mesmo número significa o mesmo numa foto de celular e num cartaz digitalizado. Também pode ser dado como porcentagem do lado mais curto, que é a forma a usar quando a mesma definição tem de significar o mesmo em imagens de tamanhos diferentes. Um bloco deve ser maior do que o detalhe que quer preservar. A gama do cursor acompanha a imagem e o número de classes, porque um bloco menor do que o seu histograma não produz uma curva suave.
• Limite de corte, de 1 a 10 um múltiplo da altura que um histograma perfeitamente plano teria. Em 1 o mapeamento é a identidade e nada muda; 2 a 3 é o ponto de partida habitual em fotografia; a partir de 5 força e traz o grão junto com o detalhe.
• Classes do histograma, de 16 a 256 com que finura os tons são contados antes de a curva ser construída. Menos classes dão uma curva mais suave que amplifica menos ruído — o travão habitual numa digitalização com grão. 256 é o mais fino que o formato consegue levar.
• Intensidade funde o resultado terminado de volta ao original. A equalização completa é muitas vezes mais do que uma imagem precisa; 60 a 80 por cento costuma parecer natural.
• Suavizar antes de equalizar aplica uma desfocagem ligeira antes de qualquer medição, para que seja a imagem a ser equalizada e não o grão.

A equalização calcula um mapeamento para uma grandeza, e qual é essa grandeza decide o que acontece à cor. O atalho óbvio — calcular o novo brilho e escalar o vermelho, o verde e o azul pela razão entre o antigo e o novo — tem dois modos de falha que aparecem em fotografias vulgares: o tom mais escuro da imagem é mapeado para zero, por isso a sua razão é zero e cada pixel desse tom fica preto liso, cor incluída; e um pixel saturado que é levantado vê o seu canal mais forte empurrado para além do máximo e cortado, o que desloca o matiz.

Esta ferramenta trabalha antes num espaço de cor percetual. Só a luminosidade é equalizada; os dois eixos de cor são transportados intactos, por isso o matiz é preservado por construção. Onde uma cor levantada acaba fora do que uma tela consegue mostrar, a sua saturação é recuada ao longo da sua própria linha de matiz — nunca cortada canal a canal. Medido numa imagem de teste saturada, isso são 1,8 graus de desvio de matiz no pior caso, contra 19,7 do corte.

Três situações em que a equalização é a ferramenta certa e não um cursor de brilho.

• Fotografias subexpostas Modo adaptativo, bloco de cerca de um décimo do lado menor, limite de corte de 2 a 3. As sombras abrem-se e as partes corretamente expostas ficam perto de onde estavam.
• Documentos digitalizados e texto desbotado Modo tons de cinza com a suavização ligada. A distância entre a tinta e o papel alarga-se, que é o que torna a escrita desbotada legível e o que o reconhecimento de caracteres precisa.
• Microscopia, imagem médica e técnica Modo adaptativo com um bloco pequeno e um limite de corte baixo. É a definição para a qual a técnica foi desenhada, e a razão de existir em todos os pacotes de imagem científica.

Cada caminho acelerado é comparado com uma implementação de referência simples, sem qualquer aceleração por hardware. A comparação percorre sete imagens de teste e quinze combinações de parâmetros em cada caminho, e a maior diferença em qualquer canal de cor é de um passo em 255 — a menor diferença que duas formas de arredondar o mesmo número podem produzir. Os histogramas coincidem exatamente. As estatísticas tonais ao lado da sua imagem são contadas em todos os pixels, não amostradas.

Acelerado por hardware: uma fotografia de 12 megapíxeis é equalizada em cerca de 60 milissegundos numa placa gráfica moderna, contra 2,5 segundos sem aceleração. O uso de memória mantém-se estável em passagens repetidas.

• Correção automática de exposição, cor e detalhe num clique.

• Rodas de lift, gama e gain, curvas e LUT para visuais deliberados.

• Cursores manuais de brilho, contraste e saturação.

• Histogramas exatos, paleta e estatísticas de qualquer imagem.

• Limpe o grão antes ou depois de equalizar.

• Recupere a definição das arestas numa digitalização mole.