HDRI e Mapeamento de tons Asla Sá asla@tecgraf.puc-rio.br Setembro 2005.

HDRI e Mapeamento de tons

Asla Sáasla@tecgraf.puc-rio.br

Setembro 2005

Limitação das imagens LDR• Apesar de uma imagem

24-bits sRGB ser razoável para se trabalhar com monitores CRT, isso é muito limitado comparado ao que é alcançado pelo olho humano.

• Imagens 24-bits foram uma revolução tecnológica no momento em que passaram a ser viáveis computacionalmente, agora estamos diante de uma nova mudança tecnológica de grandes proporções. Corte bidimensional dos espaços 3D –

sRGB color gamut comparado ao CIE Luv

Frentes de pesquisa

• Aquisição de imagens HDR– Novos Hardwares: cameras HDR.– Hardwares já no mercado: aquisição de um

conjunto de imagens com variação de exposição e combinação dessas imagens por software.

• Formatos de imagens HDR– Conveniência dos formatos para

armazenamento, compressão, desenvolvimento e edição das imagens.

• Visualização das imagens HDR – Em midias com gamute limitado conhecido

como mapeamneto de tons.– Novos Hardwares: display HDR.

Aquisição de HDRI

• Para fotografia– Bracketing (conceito de exposição)– HDRShop– Hardware: novos sensores

• Para vídeo– Video HDR– Hardware: novos sensores para vídeo

Obs.: Softwares de renderização baseados no conceito de propagação de radiância (como o RADIANCE) geram grandezas naturalmente HDR. Por esse motivo o problema de mapeamento de tons vem sendo estudado Desde que o conceito do RADIANCE foi proposto, no entanto a formalização do conceito de HDR é posterior.

Fotografia Básica

• Exposição– Tempo de exposição (shutter). – Abertura do diafragma. – Sensibilidade do filme/sensor (ISO/ASA).

Objetivo:

Combinar imagens LDR para gerar uma imagem HDR.

=++

Luminâncias ↔ Radiance Maps

Input image from Nikon D100 (Exposure time: 1/10 sec., Aperture: f/8, ISO: 100) – Image is © 2005 Harlan Hambright, St. Simons Island, GA, USA

Input image from Nikon D100 (Exposure time: 1/30 sec., Aperture: f/8, ISO: 100) – Image is © 2005 Harlan Hambright, St. Simons Island, GA, USA

Input image from Nikon D100 (Exposure time: 1/100 sec., Aperture: f/8, ISO: 100) – Image is © 2005 Harlan Hambright, St. Simons Island, GA, USA

HDR Shop

• Conceito de software para HDRI.– [mostrar o software]

• Obs.: O Photoshop CS2 já é capaz de ler formatos HDR, acredito que na próxima versão do Photoshop esses recursos já estejam bem avançados!

Formatos HDRI

• Formatos de Imagem HDR– Extensões de formatos de imagem

clássicos podem ser propostos, assim como novos formatos.

• Formatos de Vídeo– Em vídeo a questão de compressão se

torna mais grave.

Radiance Format (.pic, .hdr)

• 8 bits por canal: 3 mantissas + 1 expoente• Formato simples com código fonte livre• Não cobre todo o gamut...

(145, 215, 87, 149) = (145, 215, 87) * 2^(149 -128) = (1190000, 1760000, 713000)

(145, 215, 87, 103) = (145, 215, 87) * 2^(103 -128) = (0.00000432, 0.00000641, 0.00000259)

Portable FloatMap (.pfm)

• É a representação com maior precisão!• 12 bytes por pixel, 4 por canal• Similar ao floating point TIFF• Os arquivos ficam enormes...

TIFF LogLuv 32 bit format• Os dois formatos apresentados anteriormente são

extensões de RGB, agora apresentamos um formato baseado no Luv (sistema de cor que decompõe crominância e luminância).

Codificação baseada em Luv• Variantes da codificação logaritmica

– 10-bit log luminance value + 14-bit CIE (u´,v´) lookup to squeeze everything into a standard-length 24-bit pixel. – following a perceptual model allows you to make much

better use of the same number of bits. – extend to the full visible gamut and 4.8 orders of

magnitude of luminance in imperceptible steps. – 16 bits for a pure luminance encoding, allowing

negative values and covering a dynamic range of 38 orders of magnitude in 0.3% steps, which are comfortably below the perceptible level.

– 16 bits for signed luminance, then adds 8 bits each for CIE u´ and v´ coordinates to encompass all the visible colors in 32 bits/pixel.

Comparação dos Formatos

TMO linear

TMO Larson

Visualização de HDRI: Mapeamento de tons

Principais diferenças • Operadores Locais X Globais• Espaço de cor utilizado• De onde vem a inspiração:

– Simulação da visão, – fotografia clássica, – conveniências matemáticas,– conveniências de implementação.

• O que importa:– Qualidade perceptual, – velocidade de aplicação, – iteratividade com o usuário.

Alguns operadores...

Bibliografia

• http://www.debevec.org/

• http://www.hdrshop.com/

• http://www.anyhere.com/gward/

• http://netra.felk.cvut.cz/~cadikm/tmo/• http://www.cs.ubc.ca/~heidrich/Projects/HDRDisplay/