Histogram demystified

[Zoefff]

Wat is een histogram precies?

Het histogram is een simpel grafiekje waarin je snel de verhouding tussen het aantal donkere en het aantal lichte pixels in je foto kan zien. Een typisch histogram (in photoshop) ziet er zo uit:



Het bestaat uit 256 kolommen (0 t/m 255) die van donker naar licht gaan. Links vind je de meest donkere pixels, rechts de lichtste pixels. De 256 stappen zijn niet geheel willekeurig gekozen, dit is namelijk een technische limiet waar je bij 8-bits foto's tegenaanloopt. Iedere kolom op de X-as representeert dus een 'helderheidsniveau', de hoogte van de kolom (de Y-as) geeft aan hoeveel pixels van de foto op dat niveau zitten.

Dit histogram komt uit photoshop, maar de meeste camera's (voor zover ik weet alle dSLR's, en tegenwoordig ook veel compacts) hebben een ingebouwde histogramfunctie waarmee je na het maken van een foto meteen het histogram kan bekijken.

Hoe gebruik ik dat histogram dan?

Je kan, met de feiten hierboven in je achterhoofd, vrij snel aan een histogram zien of een foto onder- of overbelicht is. Wanneer het histogram volledig naar links geschoven is, is de kans vrij groot dat je foto onderbelicht is. Hetzelfde geld voor een histogram wat helemaal rechts zit, je foto is dan al snel overbelicht.

Histogram van onderbelichtte foto	Histogram van overbelichtte foto

Vanzelfsprekend is het dus over het algemeen het beste als je histogram zich een beetje in het midden bevind, of in ieder geval goed verspreid over het hele bereik is. Het 1e histogram in deze post is ietwat verschoven naar de donkere kant, maar als je naar de bijbehorende foto kijkt is dat ook logisch, en absoluut niet storend:



Foto's aanpassen adhv het histogram

Kom je nu thuis en blijken er een aantal foto's onder- of overbelicht te zijn, dan kan je met behulp van het histogram vaak nog een hoop foto's redden. In photoshop ga je naar Image -> Adjustments -> Levels... of druk je simpelweg op Ctrl + L. Je komt dan terecht bij de levels, waar je per kleur of voor alle kleuren de boel aan kan passen met de drie schuifjes (driehoekjes) onderin. Met het linkerschuifje geef je het absolute zwart-punt aan, met het rechterschuifje het wit-punt. Op deze manier 'rek' je het histogram een beetje uit, waardoor het evenwichtiger verdeeld word. Een voorbeeld:



Het mag duidelijk zijn dat je hiermee dus wel beeldinformatie verliest, en dat je ook zeker niet oneindig door kan gaan met dit trucje. Onderstaand plaatje geeft aan wat er gebeurt na bovenstaande actie, er komen gaten te zitten tussen de kolommen in het histogram. Natuurlijk is dit een extreem voorbeeld, maar het idee is duidelijk



Uitzonderingen enzo

Natuurlijk gaat bovenstaand verhaal uit van een gemiddelde, en/of ideale situatie. Er zijn foto's waarbij je júist grote delen onder- of overbelicht wilt hebben, maar zelfs dan kan je vaak nuttig gebruik maken van de informatie in het histogram.

Interessante pagina's (engels) over histogrammen zijn:
[list]• http://luminous-landscape...standing-histograms.shtml
• http://home.surewest.net/frcn/Histograms.html


Mocht ik dingen mishebben, of heb je opmerkingen / toevoegingen, vertel het me

[Wacky]

Misschien iets voor in de FAQ?

Iig reuze handig!

[Verwijderd]

Zoefff schreef op donderdag 29 september 2005 @ 13:37:
De 256 stappen zijn niet geheel willekeurig gekozen, dit is namelijk het aantal stappen dat een gemiddeld (menselijk) oog in lichtsterkte (helderheid) kan onderscheiden.

Da's nie helaal waar hoor.
Het is inderdaad niet toevallig gekozen, maar het is een technische grens, niet de grens van het oog.
256 waarden is het maximaal aantal helderheidswaarden dat je per kleur kunt hebben in een 24 bits kleurenplaatje.

Goed verhaal trouwens. Mooie foto.

[ Voor 31% gewijzigd door Verwijderd op 29-09-2005 13:47 ]

[ShellGhost]

Briljant.
Heb me altijd al af zitten vragen hoe je de histogram moet gebruiken.
Toppie

[Zoefff]

Verwijderd schreef op donderdag 29 september 2005 @ 13:45:
[...]


Da's nie helaal waar hoor.
Het is inderdaad niet toevallig gekozen, maar het is een technische grens, niet de grens van het oog.
256 waarden is het maximaal aantal helderheidswaarden dat je per kleur kunt hebben in een 24 bits kleurenplaatje.

Goed verhaal trouwens. Mooie foto.

Hm, met Remy's verhaal over DR in m'n achterhoofd is dat ook wel logisch:

Die data wordt echter digitaal verstuurd naar 't opslagdeel in je cam: allemaal bits en bytes. Deze kunnen een waarde van 0 tot 255 hebben, afhankelijk van hoe licht of donker ze zijn. Hoe meer variatie tussen die 0 en 255 zit, hoe meer DR een uiteindelijke foto heeft

Op 1 van de pagina's over het histogram kwam ik echter dit tegen:

Each bar is a level of luminosity (basically, brightness) representing the 256 levels of grayscale that the human eye is generally given credit for being able to recognize.

Maar als jij me ook al vertelt dat het een technische limiet is, zal ik dat maar aannemen. Zal het veranderen

Maar, hoe zit het dan bijvoorbeeld met 12-bits RAW's? Een 8 bits bestand bied inderdaad maar plaats voor 256 waarden, maar bij 12 bits kom je al uit op 4096 (2^12). Of ben ik nu dingen door elkaar aan het halen?

[ Voor 9% gewijzigd door Zoefff op 29-09-2005 13:55 ]

[Erycius]

Zoefff schreef op donderdag 29 september 2005 @ 13:52:
[...]

Hm, met Remy's verhaal over DR in m'n achterhoofd is dat ook wel logisch:

nu we toch aan 't demystifien zijn: DR?

[Zoefff]

Dynamic Range demystified

[Maasluip]

Zoefff schreef op donderdag 29 september 2005 @ 13:52:

Maar als jij me ook al vertelt dat het een technische limiet is, zal ik dat maar aannemen. Zal het veranderen

Ik zou het ook zo uitleggen. Sterker nog: maak eens een plaatje met 255 grijstinten van zwart naar wit naast elkaar: je zit de overgangen. Je hebt heel wat meer niveau's nodig om de overgangen niet meer te zien.

[Verwijderd]

Zoefff schreef op donderdag 29 september 2005 @ 13:52:
...
Maar als jij me ook al vertelt dat het een technische limiet is, zal ik dat maar aannemen. Zal het veranderen

Maar, hoe zit het dan bijvoorbeeld met 12-bits RAW's? Een 8 bits bestand bied inderdaad maar plaats voor 256 waarden, maar bij 12 bits kom je al uit op 4096 (2^12). Of ben ik nu dingen door elkaar aan het halen?

Dat vraag ik mij ook af, wellicht moet Adobe in het histogram nog wat werk verrichten, immers je kunt in 16bit/kanaal werken (dus 48bit) met 65535 verschillende stappen.

[Gizz]

Leerzame pagina over "expose to the right". Er wordt uitgelegd waarom je zoveel mogelijk naar rechts moet belichten om de beste signaal/ruis verhouding te krijgen.

Of is dit meer iets voor het DR topic?

[OrbitZ]

Wat ook extreem handig is als je de ALT key ingedrukt houd tijdens het schuiven aan de linker en rechter driehoekjes! Je kan dan heel makkelijk zien waar je beeldinformatie gaat verliezen in helemaal zwart of wit!

Check it out!

[Zoefff]

Maasluip schreef op donderdag 29 september 2005 @ 13:56:
[...]
Ik zou het ook zo uitleggen. Sterker nog: maak eens een plaatje met 255 grijstinten van zwart naar wit naast elkaar: je zit de overgangen. Je hebt heel wat meer niveau's nodig om de overgangen niet meer te zien.

Volgens mij niet hoor?

Zie het volgende plaatje:



Dit zijn om en nabij 256 grijstinten, ik zie absoluut geen overgangen hoor

[Maasluip]

Zoefff schreef op donderdag 29 september 2005 @ 14:04:
[...]

Volgens mij niet hoor?

Zie het volgende plaatje:

[afbeelding]

Dit zijn om en nabij 256 grijstinten, ik zie absoluut geen overgangen hoor

Goed geprobeerd, maar met een plaatje van 256 pixels breed is elke volgende pixel een overgang en kun je dus geen verschil zien tussen een overgang en geen overgang.
Maak eenzelfde plaatje nog maar eens maar dan 1024 pixels breed (4 pixels kleur 0, 4 pixels kleur 1, etc).

[Remy]

Het menselijk oog ziet gelukkig meer dan 256 gradaties: het zijn er zelfs ettelijke duizenden. In puur kleurbereik is het zelfs vele miljoenen. Denk aan SVGA-beeld (16,7 miljoen kleuren) zo ongeveer

Pigments are also found in cone cells. There are three types of cone cells, each of which contains a visual pigment. These pigments are called the red, blue or green visual pigment. The cone cells detect the primary colors, and the brain mixes these colors in seemingly infinitely variable proportions so that we can perceive a wide range of colors. Prolonged exposure to colors, for example when staring at a particular object, can cause fatigue in cone cells. This results in a change in the way that you perceive the color of the object that you are viewing.

Hoeveel kleuren zien we precies?

hier staat het non-definitieve antwoord:

The problem is that nobody really knows exactly how many colors the human eye can see. The closest researchers can estimate is millions and millions. Scientific experiments have shown that humans can discriminate between very subtle differences in color, and estimates of the number of colors we can see range as high as 10 million.

Hou voor het gemak dus maar gewoon 10 miljoen aan Dat is wat meer dan 256 ja

edit: hier staat een prachtige beschrijving over hoe en wat we zien

[ Voor 5% gewijzigd door Remy op 29-09-2005 14:10 ]

[Zoefff]

Maasluip schreef op donderdag 29 september 2005 @ 14:09:
[...]
Goed geprobeerd, maar met een plaatje van 256 pixels breed is elke volgende pixel een overgang en kun je dus geen verschil zien tussen een overgang en geen overgang.
Maak eenzelfde plaatje nog maar eens maar dan 1024 pixels breed (4 pixels kleur 0, 4 pixels kleur 1, etc).

Verdomd, je hebt helemaal gelijk. Heb even te simpel gedacht

[Remy]

Overigens mis ik in dit histogram verhaal het RGB-stuk: Histograms worden uit 3 kanalen samengesteld enzo, maar soms wordt maar 1 kanaal gebruikt: De D70 leest bv alleen het groene kanaal uit, waardoor die mogelijk niet overbelicht lijkt, terwijl de andere kanalen dat mogelijk wel zijn, beetje gaar. D2X leest gelukkig alle 3 de kanalen en vormt dat naar 1 compleet histogram:

The problem simply is that the histogram display of the D70 (just like the D1H and D1X) only displays the green channel. (some say the luma channel, which is very similar, typically 60% G, 29% R and 11% B.) This is just fine if you are shooting something either gray or green, but almost guarantees overexposure if your subject has a lot of red or blue in it. Why? Simple: a strongly red subject, be it a sunset or a white gown in warm afternoon sunlight, will have more red than green or blue in it. If you make the mistake of using the D70's histogram to set your exposure you'll have set the green channel to optimum exposure. Since your image has more red than green you'll have more than 100% red, which means you'll be clipping the red channel and get the according nasty hue shifts as well in your blown out highlights.

Oppassen dat je dus niet al te afhankelijk van je histogram gaat foto'en

D2X doet het zo:

[ Voor 6% gewijzigd door Remy op 29-09-2005 14:21 ]

[Verwijderd]

Remy schreef op donderdag 29 september 2005 @ 14:17:
...
Oppassen dat je dus niet al te afhankelijk van je histogram gaat foto'en

D2X doet het zo:

[afbeelding]

Yup, maar in de hitte van de strijd ga ik echt niet turen naar een histogram op de camera. Van te voren moet je jezelf al een beeld schetsen hoe je foto gaat worden. Das een kwestie van ervaring.

[Zoefff]

Toch vind ik het soms wel een handige hulp hoor. Zeker als je buiten in de volle zon fotografeert, is het vaak lastig te beoordelen of je foto goed belicht is, omdat het scherm in de zon vaak gewoon te licht is. Het histogram kan je dan wél bekijken, en op die manier bepalen of je nog wat aan moet passen

[MartijnGizmo]

Zoefff schreef op donderdag 29 september 2005 @ 14:31:
Toch vind ik het soms wel een handige hulp hoor. Zeker als je buiten in de volle zon fotografeert, is het vaak lastig te beoordelen of je foto goed belicht is, omdat het scherm in de zon vaak gewoon te licht is. Het histogram kan je dan wél bekijken, en op die manier bepalen of je nog wat aan moet passen

Precies, zo gebruik ik het histogram ook. Niet altijd, maar soms, in lastige situaties kan het erg handig zijn. En het voordeel van digitaal: niet goed, meteen overdoen.

[devvy]

Het mooie is:
De nieuwere Sony camera's hebben vrijwel allemaal een live histogram, ook op de goedkopere modellen. Hoewel ik niet precies weet of kan achterhalen hoe (op basis van welk kleurkanaal) het histogram wordt opgebouwd.

[JumpStart]

Remy schreef op donderdag 29 september 2005 @ 14:09:
Het menselijk oog ziet gelukkig meer dan 256 gradaties: het zijn er zelfs ettelijke duizenden. In puur kleurbereik is het zelfs vele miljoenen. Denk aan SVGA-beeld (16,7 miljoen kleuren) zo ongeveer

Het aantal gradaties is niet hetzelfde als het aantal kleuren. Kijkend naar kleur intensiteit, dan kan je, afhankelijk van het medium 100 tot een paar honderd intensiteiten onderscheiden. Dit hangt onder andere af van de bewuste golflengte. Het menselijk oog is gevoelliger voor groen dan voor andere kleuren bijvoorbeeld. Op papier ben je beperkt in het dynamisch bereik wat je kwijt kan, en dan is het menselijk oog in staat om 100 tot 200 gradaties / intensiteiten te onderscheiden.

Zie mijn reactie, en vooral de quote die ik daarin aanhaal, in dat andere "Demystified" topic:

JumpStart in "Dynamic Range demystified"

In a photographic print, which has about a 100:1 luminance ratio, the eye can distinguish between 100 and 200 discrete luminance levels-- fewer than the 256 available in 8-bit B&W or 24-bit color. Assuming 200 levels, this is an average of 30 discrete visible steps in each of the 6.6 zones that comprise the 100:1 luminance ratio-- fewer than the 70 indicated by the Weber-Fechner law. The reason for the discrepancy is that the eye distinguishes fewer luminance levels in the dark areas of a print due to visual interference-- mostly flare light-- from the light areas. The number of luminance levels the eye can distinguish decreases gradually from light to dark zones.

Dus in het geval van een gewone zwart-wit foto afdruk, op fatsoenlijk foto papier, op een goede manier ontwikkeld, levert dus minder dan 256 onderscheidbare grijstinten op.

[...]
Hoeveel kleuren zien we precies?

hier staat het non-definitieve antwoord:
[...]
Hou voor het gemak dus maar gewoon 10 miljoen aan Dat is wat meer dan 256 ja

edit: hier staat een prachtige beschrijving over hoe en wat we zien

Het aantal kleuren is heel ruwweg het aantal primaire kleuren keer het aantal verschillende intensiteiten per kleur. In print kom je dan heel kort-door-de-bocht op een minimum van 1 miljoen uit (100³) en met wat verfijning eerder richting de 200³ oftewel 8 miljoen.

Zodra je het medium (glossy foto)papier verlaat en overstapt naar beeldschermen, dan neemt het totale bereik toe (de verhouding donkerste tint / lichtste tint is groter) en dan zijn er door het menselijk oog meer gradaties te onderscheiden. Bij een groter dynamisch bereik kan je dus ook meer kleuren onderscheiden.

[Verwijderd]

JumpStart schreef op donderdag 29 september 2005 @ 19:03:
[...]
...Bij een groter dynamisch bereik kan je dus ook meer kleuren onderscheiden.

Allemaal leuk en aardig natuurlijk, maar wat men ook niet moet vergeten is dat je beter met 16bit/kanaal kan werken dan met 8bit/kanaal als je de keuze hebt. Bij bewerkingen heb je dan veel betere nauwkeurigheid op het eindresultaat wat in 9 van de 10 keer toch weer naar 8bit/kanaal omgezet moet worden. Het zelfde verhaal heb je namelijk ook bij audioproducties, bij top mengtafels wordt op een veel hogere bitdiepte gewerkt dan wat uiteindelijk op het glimmende (cd) schijfje terecht komt.

[Micha]

12 bit he .

Maar wel leerzaam dit zo..

[Verwijderd]

MicDis schreef op donderdag 29 september 2005 @ 20:12:
12 bit he .

Maar wel leerzaam dit zo..

12 bit per kanaal voor je raw foto's maar aangezien Photoshop (en ongetwijfeld alle andere pakketten) geen 12bit mode ondersteunt maar wel 16

[JumpStart]

Ik stelde ook nergens iets over bit diepte bij bewerken he? Alleen wat je kan waarnemen.

Met beeldschermen die steeds hoger kunnen komen in contrast ratio begin je dus wel duidelijk voorbij de 8 bit intensiteit / 24 bit kleur te groeien. De opvolger van DVI kan dus ook 8, 10 en 12 bit aan.

Wiskundig gezien heb je aan reken ruimte meer nodig dan de bit diepte van je layers/foto. Voor iedere laag extra moet rekenkundig de ruimte zijn om afrondingsfouten te voorkomen.

Om 2 waardes in de vorm van 8 bit bij elkaar op te tellen is minstens een 9-bit adres nodig. Voor 4 8-bit waardes is een 10-bit ruimte nodig. 16 layers met 8-bit waardes blenden kan alleen zonder dataverlies in een 12-bits binair getal, enz. In 16-bit kan je 256 8-bit waardes kwijt. Dat biedt voorlopig nog wel even de ruimte.

Oh, en voor de RAW/NEF fans: in 16-bit werkruimte "past" dus maximaal 16 keer een 12-bit waarde.

Waar het stopt? Geen idee. Videokaarten die hardwarematig DirectX 9 ondersteunen kunnen nu al rekenen in een 128-bit omgeving, dat is 32 bit per channel (rood, groen, blauw en alpha). Dan kan je 2¹⁶ layers blenden die ieder 2¹⁶ intensiteitswaardes kunnen bevatten. Of in normalere getallen, meer dan 65.000 layers met ieder 65.000 intensiteitsniveau's. (65.536 in fact)

Mild off-topic, sorry

[ Voor 5% gewijzigd door JumpStart op 29-09-2005 20:46 ]