摄影灰阶管理与CMS电子外后视镜图像调优的“隐秘关联”

52RD 2024-12-23 14:30

本文源自LANCI澜社汽车

一、摄影灰阶管理基础解读


(一)灰阶的概念

在摄影领域中,灰阶通常所指的是图像中的亮度级别,也就是黑白图像里的灰度值。它以 0 到 255 的数字范围来表示,其中 0 代表黑色,255 代表白色,而中间的数字则对应着不同的灰度级别。比如说,数值接近 0 的部分,在图像中呈现出较深的灰色,接近黑色;数值靠近 255 的区域,则展现为较浅的灰色,趋近白色。

对于摄影爱好者尤其是初学者来说,想要更好地理解灰阶这一概念,可以通过一些图像处理软件进行练习。例如,打开 Photoshop 或者 Lightroom 软件,加载一张自己拍摄的图片。接着,将图片转换为黑白模式,或者在软件中找到 “灰度”“曲线” 等工具。随后,使用曲线工具对图像的曲线进行调整,在这个过程中,仔细观察图像不同区域产生的变化。可以尝试增加或减少曲线上的控制点,又或者移动已有的控制点来改变曲线形态。调整完成后,再观察图像,试着去识别不同区域的灰度级别,还可以把图像划分成如暗区、中等区、亮区等几个不同的区域,然后通过调整曲线来增加或减少每个区域的灰度级别。像这样反复练习,多观察不同图片的灰度级别以及曲线调整方式,就能逐渐加深对灰阶概念的理解了。

(二)灰阶相关术语

1. 色彩深度

色彩深度表示的是图像中每个像素可以显示的颜色数量。比如说,常见的 8 位色深度意味着每个像素能够显示 256 种颜色,这是因为 8 位可以表示 256 个不同的数字(范围从 0 到 255)。它和灰阶有着紧密的联系,不同的色彩深度下,灰阶的表现细腻程度是不一样的,色深度越高,灰阶过渡越细腻,色彩层次也就越丰富,能呈现出更逼真、细节更饱满的图像效果。

2. 位图

位图是一种只包含黑白像素的图像,每个像素仅有两种可能的值,即 0 或 1。在位图中,灰度被简化成了纯粹的黑色和白色,不存在中间过渡的灰色调。它可以看作是灰阶概念在一种极端简化情况下的体现,通过这种简单的黑白像素组合来构成图像,虽然缺少了丰富的灰度变化,但在一些特定的应用场景,如早期的简单图标设计、特定的黑白图案呈现等方面有着独特的用途,也能帮助我们从更基础的层面去理解像素与图像构成以及和灰阶的区别关联。

3. 直方图

直方图是用于表示图像中每个像素的灰度分布的图表。它能够直观地展示出灰度级别的数量情况,通过观察直方图,我们可以快速确定图像是否存在过暗或过亮的问题。例如,如果直方图中大部分像素集中在灰度值较低的区域,那就意味着图像整体偏暗;反之,若集中在高灰度值区域,则图像偏亮。而灰阶的合理分布情况在直方图上会呈现出相对均匀或者符合拍摄者预期的形态,以此来辅助我们判断灰阶管理是否得当,进而指导我们对图像进行调整优化。

4. 曝光

曝光指的是摄影中相机的光圈和快门时间设置,它直接决定了图像的曝光量。正确的曝光对于灰阶的影响重大,只有曝光量合适,才能保证图像中的灰度值分布处于恰当的状态,避免出现过曝(部分区域因曝光过度变成纯白,丢失细节)或欠曝(部分区域因曝光不足变成纯黑,同样丢失细节)的现象,使得灰阶能够完整、合理地呈现出画面原本应有的光影层次和细节,让照片无论是在彩色还是转换为黑白模式后,都有着良好的视觉效果。

了解这些和灰阶相关的术语及其含义、联系,能够帮助我们更全面、深入地认识灰阶在摄影当中所起到的作用,为后续的摄影实践以及图像调优打下坚实的理论基础。

(三)灰阶管理的作用与方法

1. 灰阶管理的作用

灰阶管理在摄影作品的呈现效果方面起着至关重要的作用,特别是对于黑白摄影来说,效果更为显著。通过合理的灰阶管理,可以让黑白照片更具层次感。比如在拍摄风光题材的黑白照片时,天空、山峦、河流等不同元素原本有着不同的亮度和色彩,将其转化为黑白后,借助灰阶管理调整各个元素对应的灰度值,让天空的灰度过渡自然,山峦的明暗对比突出其立体感,河流的灰度体现出水流的质感等,使得整个画面层次分明,更具艺术感染力。

在人像摄影中同样如此,人物的面部光影、服饰的纹理质感等都可以通过精准的灰阶管理来强化表现。适当调整灰阶,能够突出人物面部的高光和阴影部分,展现出五官的立体感,让人物形象更加生动;也可以让服饰的不同材质通过灰度的细微变化凸显出各自的纹理特点,增加画面的丰富度和观赏性。

而且,在彩色摄影中,灰阶管理也间接影响着色彩的还原和整体视觉效果。准确的灰阶分布可以保证色彩在不同亮度区域的准确呈现,避免出现色彩偏差或者局部色彩过艳、过暗等不协调的情况,使得整个画面色彩和谐、视觉感受舒适。

2. 灰阶管理的方法

在摄影实践中,有不少进行灰阶管理的常见操作方法。其中,利用曲线工具调整图像是较为常用且有效的一种方式。例如在 Photoshop 软件中,打开需要调整的图片后,找到曲线工具,通过在曲线上添加、移动控制点来改变图像的灰阶分布。如果想让画面整体变亮,可将曲线的中间部分向上拖动,这样原本较暗区域的灰度值会提高,图像整体变亮,不同区域的灰阶随之重新分布;若想增强画面的对比度,可将曲线的高光部分向上拉,暗部区域向下压,使得亮部更亮,暗部更暗,灰阶的跨度增大,图像层次感也就更强了。

另外,还可以借助直方图来辅助灰阶管理。观察直方图的形态,判断图像是整体偏亮还是偏暗,或者灰阶集中在某个区间导致画面缺乏层次感等问题。若是图像偏暗,灰阶集中在左侧,那么可以适当增加曝光补偿,同时结合曲线工具将暗部区域的灰阶往中间和高光区域适当拉伸,让暗部细节显现出来,使灰阶分布更均匀合理;反之,若图像偏亮,就做相反的操作,减少曝光并调整曲线压暗高光部分,找回丢失的细节,优化灰阶表现。

此外,在拍摄时就可以通过控制曝光参数、选择合适的光线角度和强度等来提前考虑灰阶的布局。比如在光线柔和的阴天或者使用散光工具拍摄,可以获得较为均匀的光线,避免产生过大的光比,让拍摄出的图像初始灰阶分布相对平稳,更便于后期进一步的精细管理和优化调整。

二、CMS 电子外后视镜图像调优解析


(一)CMS 电子后视镜简介

CMS 电子后视镜,英文全称为 “Camera Monitor System”,直译为 “摄像头监控系统”,在汽车应用领域一般指电子外后视镜系统。它的工作原理其实并不复杂,主要是利用摄像头和屏幕取代了传统的金属后视镜。具体而言,摄像头会将车后方的影像捕捉下来,随后通过相应的硬软件系统进行处理,最后把处理好的影像显示在屏幕上,如此一来,驾驶员便能看到车后的实时画面了。并且,CMS 还具备集成盲区预警、障碍物提示等功能,能够对驾驶员进行实时提醒,进一步保障驾驶安全。

通常来说,CMS 电子外后视镜主要包含三个重要构成部分,分别是控制器、显示屏(通常为 7 寸)以及摄像头。控制器就如同整个系统的 “大脑”,协调着各个部分的工作,保障影像的采集、处理与显示等环节有序进行;显示屏则是呈现影像的窗口,让驾驶员可以直观地看到车后的情况;而摄像头则承担着捕捉车后影像的关键任务,是整个系统获取外界信息的重要 “眼睛”。

(二)图像调优的重要性

CMS 电子外后视镜图像调优有着十分重要的意义。首先,经过调优后的图像会更加清晰,驾驶员能够更精准地辨别车后物体的细节,像是能清楚看清后方车辆的车牌、车型,或者道路上的一些小型障碍物等。这一点在日常驾驶中尤为关键,有助于驾驶员提前做出准确的驾驶决策,避免一些潜在的危险情况。

其次,图像调优能让 CMS 电子外后视镜受外界环境的影响更小。在遇到雨、雾、雪天气或者灰尘较多的情况时,未经过调优的图像可能会变得模糊不清,影响驾驶员观察后方路况。而经过调优,即使在这些恶劣的天气及环境条件下,依然可以最大程度地保证图像的清晰度和可视性,减少视觉盲区,让驾驶员心里更有底。

再者,在夜间或者低光照条件下,图像调优的作用更是凸显。通过相关技术和算法,它可以提升成像效果,使黑暗中的视觉效果尽可能接近白天的状态,让驾驶员在夜间行车时也能清晰地看到车后情况,比如及时发现后方车辆的跟车距离是否过近等,从而保障驾驶的安全与便利。

(三)图像调优的常见方式

在对 CMS 电子外后视镜图像进行调优时,有着多种常用的手段。其中,通过图像调优算法来降低外界光线干扰是很关键的一种方式。例如在白天强光照射时,利用算法可以自动调节图像的亮度、对比度等参数,避免因为光线过强而出现画面过曝、看不清细节的问题;在夜间面对后车远光灯照射时,也能通过算法弱化强光影响,保证图像中其他部分依然清晰可见。

另外,利用低光照感光技术也是常见的做法。这项技术可以让摄像头在光线较暗的环境下,更敏锐地捕捉光线,增强对暗处物体的成像能力,使得画面整体的亮度和清晰度都能得到提升,进而让驾驶员在夜间或者进入隧道等光线骤变的场景下,也能够很好地通过电子外后视镜观察车后状况。

除此之外,还可以采用画面矫正技术,针对摄像头采集到的可能存在角度偏差、变形等问题的图像进行矫正,确保最终显示在屏幕上的画面符合人眼正常的视觉习惯,让驾驶员能更直观、准确地获取车后信息,为安全驾驶提供有力支持。

三、两者关联性深度剖析


(一)亮度与对比度层面的关联

在摄影的灰阶管理中,对亮度层级的把控至关重要。摄影者需要通过合理设置曝光参数、运用后期软件调整曲线等方式,来确保画面中的不同元素能呈现出合适的亮度,让整个图像的灰度分布均匀且符合创作意图,避免出现过亮或过暗的区域,进而展现出理想的层次感与细节。

而对于 CMS 电子外后视镜图像调优里的对比度复现来说,它着重关注的是画面最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的响应,其差异范围大小决定了对比度高低。例如,在不同光照环境下(像日光直接照射、散射环境光线的白天、黄昏以及夜间等条件),CMS 都有着相应的对比度要求,只有对比度处于合适范围,图像才会清晰醒目,能更好地展现车后情况。

这两者之间存在相通之处,摄影灰阶管理里的亮度调整会直接影响到画面的整体对比度呈现,若亮度设置不合理,可能导致对比度失调,画面要么灰蒙蒙缺乏层次感,要么高光、暗部细节丢失。同样,在 CMS 电子外后视镜图像调优中,对比度复现的好坏也和亮度的合理调节紧密相关,当亮度适应不同环境变化时,对比度才能相应地达到标准要求,让驾驶员清晰看到车后影像。可以说,它们相互影响成像质量,摄影中良好的亮度控制能助力灰阶过渡自然、对比度适宜,而 CMS 中恰当的对比度复现也离不开亮度在不同环境下的精准调节。

(二)细节展现方面的关联

摄影艺术常常借助灰阶管理来展现图像的丰富细节,比如通过光影的微妙变化、线条的清晰勾勒等。在拍摄建筑题材时,利用灰阶管理可以精准控制不同部位的灰度,让建筑物的轮廓线条更加硬朗分明,受光面与背光面的光影过渡自然,将建筑的质感与立体感充分展现出来;拍摄人物时,人物面部的细节如发丝、皮肤纹理等也能通过细腻的灰阶调整,在高光与阴影的配合下清晰呈现。

CMS 电子外后视镜图像调优的重要目标之一同样是让驾驶员看清车后细节。为了达到这一目的,需要采取诸多措施,其中对灰度层次表现有着一定要求。例如,在低光照感光技术的应用下,摄像头能敏锐捕捉暗处物体的光线,提升画面整体的亮度和清晰度,这其实就是在优化灰度层次,让原本较暗区域的细节得以显现;画面矫正技术也是如此,通过矫正可能存在角度偏差、变形的图像,保证最终显示的画面符合人眼视觉习惯,有助于驾驶员更准确地分辨车后物体的细节,像看清车辆的轮廓、车牌以及道路上的小型障碍物等。

所以,无论是摄影还是 CMS 电子外后视镜图像调优,在细节展现方面都离不开对灰度层次的合理把控,都是通过各种技术和手段来强化细节呈现,从而达到各自的目的,它们在这一点上有着共通的要求与追求。

(三)环境适应性关联

摄影灰阶管理需要针对不同的拍摄环境进行相应调整。在光线明亮的室外环境,比如晴天的海滩边,光照强度大、反差大,摄影者可能会通过减曝光、利用遮光工具等方式来压缩灰阶范围,避免高光部分过曝,保证画面中天空、沙滩、人物等元素都能保留足够的细节;而在光线较暗的室内或者阴天的户外环境下,又需要适当增加曝光,或者利用高感光度来提升画面亮度,让暗部的物体和细节能够展现出来,使灰阶合理分布。

CMS 电子外后视镜图像调优同样要应对不同的行车环境变化来进行图像优化。在光照充足的白天,面对阳光直射等情况,要通过图像调优算法自动调节图像的亮度、对比度等参数,防止画面过曝影响观察车后情况;遇到雨、雾、雪天气时,就需要借助相关技术如软件算法除雾等功能,提升图像在恶劣天气下的可视性;在夜间或者进入光线较暗的隧道等低光照场景时,低光照感光技术发挥作用,增强成像效果,使驾驶员能看清车后状况。

由此可见,摄影灰阶管理和 CMS 电子外后视镜图像调优在面对不同环境时,都有着相似的思路,即根据环境特点对影响成像的关键因素(如摄影中的曝光、灰阶分布,CMS 中的亮度、对比度等)进行适应性调整,以达到最佳的视觉呈现效果,保障各自的使用需求。

四、实际应用案例展示


(一)摄影作品案例

在摄影领域,有许多经典的作品通过巧妙的灰阶管理呈现出了令人赞叹的效果。比如安塞尔・亚当斯的一些黑白风光摄影作品,他对灰阶的把控堪称一绝。在拍摄美国优胜美地国家公园的壮丽景色时,他利用精湛的暗房技术以及拍摄时对曝光等参数的精准控制,来管理灰阶。像是画面中的山脉部分,通过合适的灰阶调整,让其暗部足够深邃,凸显出山体的雄伟与厚重,同时高光部分又不至于过曝,呈现出山脉被阳光照射时那种明亮的质感,使得山脉的立体感和层次感跃然纸上。而天空的灰阶过渡细腻自然,从靠近太阳的较亮区域到远处逐渐变暗的区域,每一个灰度层次都恰到好处,让整个画面的空间感得到了极大的延伸。

再看布列松的一些人文纪实摄影作品,以黑白呈现的画面里,人物的表情、动作以及所处的环境通过灰阶管理展现出丰富的故事性。比如在拍摄街头的行人时,人物面部的高光可能落在额头、鼻梁等部位,通过灰阶调整让这些高光不过于刺眼,又能体现出面部的立体感,阴影部分则很好地勾勒出人物的轮廓和表情的细节,像是嘴角的微微上扬或者眉头的紧锁等。背景的灰阶也配合着人物主体进行了合理分布,使得人物在画面中能够第一时间吸引观者的目光,同时背景又能交代出当时的场景氛围。

如果把这些摄影作品里灰阶管理的思路运用到 CMS 电子外后视镜图像调优上,是有诸多可借鉴之处的。例如在调整后视镜图像中车辆的显示效果时,就如同摄影里突出主体一样,要通过灰阶的调整让车辆的轮廓清晰,车身不同部位的灰度能体现出其立体感,便于驾驶员快速识别车辆形态。像在强光环境下,借鉴摄影中避免高光过曝的思路,利用图像调优算法来确保车辆的明亮部分依然能保留细节,不会因为光线过强而变成一片白,失去应有的辨识度;在暗光环境下,又像摄影中提升暗部细节那样,借助低光照感光技术让暗处的车辆等物体能够清晰地显示出来,通过合理的灰阶层次展现其完整的形态,减少视觉上的模糊感,提升驾驶时观察后方情况的准确性和效率。

(二)CMS 电子外后视镜应用案例

在不同环境以及不同车型中,CMS 电子外后视镜的图像调优都有着实际的出色表现。

以奥迪部分配置了 CMS 系统的车型为例,在日常白天的驾驶场景中,当车辆行驶在阳光充足的城市道路上,面对阳光直射的情况,CMS 电子外后视镜通过其内置的图像调优算法,自动调节图像的亮度、对比度等参数。它会根据光线强度适当降低画面整体的亮度,避免过曝,同时增大对比度,让车后的车辆、行人以及道路标识等物体的轮廓更加清晰,灰度层次分明。比如可以清晰地分辨出后方车辆的颜色深浅差异,以及车牌上字符与底色之间的灰度对比,方便驾驶员随时掌握后方的交通状况。

而当车辆进入到隧道这样光线骤变的环境时,低光照感光技术开始发挥作用。摄像头敏锐地捕捉隧道内相对较暗环境下的光线,迅速调整图像的灰阶表现,提升画面整体的亮度和清晰度,原本在隧道入口处可能因为光线反差显得较暗的车后物体,能够快速地以合理的灰阶层次呈现在显示屏上,驾驶员可以清楚看到后方车辆的跟车距离、是否有车辆变道等情况,保障了在这种特殊环境下驾驶的安全性。

在一些雨、雾天气中,奔驰配备 CMS 电子外后视镜的车型,其图像调优功能同样表现出色。软件算法中的除雾功能启动,通过分析图像中不同区域的灰阶特征,去除雾气造成的模糊感,对画面进行清晰化处理。即使在车窗玻璃和外后视镜镜头表面有雨滴、雾气附着的情况下,驾驶员依然可以通过电子外后视镜看到较为清晰的车后影像,车辆的大致轮廓、尾灯的光亮等都能通过合理的灰阶调整显示出来,为驾驶决策提供可靠的视觉依据。

这些实际案例中的图像调优操作,其实都和摄影灰阶管理有着紧密的关联思路。就如同摄影中根据不同环境光线调整曝光、后期处理灰阶来达到理想画面效果一样,CMS 电子外后视镜也是针对外界环境变化,采取不同的技术手段去优化图像的灰阶,从而给驾驶员带来良好的驾驶视觉体验,让他们能更准确、更清晰地观察到车后情况,及时做出相应的驾驶操作,保障行车安全。

五、总结与展望


(一)总结关联要点

通过前文对摄影灰阶管理以及 CMS 电子外后视镜图像调优的详细阐述与关联性剖析,我们可以清晰地看到它们在多个关键方面存在紧密的联系。

在亮度与对比度层面,摄影中灰阶管理依靠合理设置曝光参数、运用后期软件调整曲线等操作把控亮度层级,这直接影响着画面整体的对比度呈现,若亮度调节不当,画面容易出现层次感缺失、高光或暗部细节丢失等问题;而 CMS 电子外后视镜图像调优里的对比度复现,则需要根据不同光照环境精准调节亮度,使对比度处于合适范围,进而保障图像清晰醒目,帮助驾驶员看清车后情况,二者相互影响成像质量,彼此配合才能让各自画面达到理想效果。

细节展现方面,摄影借助灰阶管理,通过光影变化、线条勾勒等手段来展现丰富细节,像在拍摄建筑、人物等题材时,通过对灰阶细腻调整让画面主体更生动立体、纹理质感更清晰;CMS 电子外后视镜图像调优同样以让驾驶员看清车后细节为重要目标,利用低光照感光技术、画面矫正技术等优化灰度层次,使车后物体轮廓、车牌等关键细节得以清晰呈现。所以,它们在强化细节呈现这一要求上是共通的,都是通过各自的技术手段来实现。

环境适应性上,摄影灰阶管理要依据不同拍摄环境,如晴天户外、阴天室内等,相应地调整曝光、利用工具或感光度设置等来合理分布灰阶;CMS 电子外后视镜图像调优面对行车中的不同环境变化,像阳光直射的白天、雨雾雪天气、夜间等,采取图像调优算法、相关软件功能、低光照感光技术等手段优化图像。可见二者都遵循根据外界环境特点对成像关键因素进行适应性调整的思路,以此保障最佳视觉呈现,满足各自使用场景的需求。

总之,摄影灰阶管理与 CMS 电子外后视镜图像调优相互借鉴、相辅相成,它们在核心的成像要素把控上有着诸多相似的理念与方法,关联紧密且能相互启发。

(二)对未来的展望

随着科技日新月异的发展,摄影技术和 CMS 电子外后视镜技术都将不断进步,二者之间的关联性也有望催生出更多令人期待的新应用与新突破。

在摄影领域,未来或许会借鉴 CMS 电子外后视镜图像调优中应对复杂环境的智能算法,开发出更智能的摄影辅助设备或软件功能。比如在拍摄时,相机能够自动感知环境光线、天气状况等因素,实时且精准地调整灰阶管理策略,无论是在极端恶劣的自然环境下,还是在光线瞬息万变的动态场景中,都可以一键拍出高质量、灰阶分布完美的照片,让摄影创作变得更加轻松高效,进一步降低摄影门槛,使更多摄影爱好者能专注于艺术创作本身。

对于 CMS 电子外后视镜而言,其图像调优技术可能会融入更多摄影灰阶管理的美学理念。例如,不仅仅满足于让驾驶员看清车后情况,还可以根据不同的驾驶场景、路况氛围等,智能调整图像的灰阶呈现风格,营造出更舒适、美观的视觉感受,减轻驾驶员长时间驾驶的视觉疲劳。同时,借助摄影中对细节展现的高超技巧,未来的电子外后视镜也许能够提供超高清、超细腻的车后影像,甚至可以对车后物体进行实时的三维重建,让驾驶员获得近乎真实的视觉体验,极大地提升驾驶安全性和便利性。

而且,随着人工智能、大数据以及物联网等前沿技术与这两个领域的深度融合,二者之间的关联性可能会拓展出跨领域的创新应用。比如,汽车与摄影设备之间实现信息互联,摄影爱好者在行车途中遇到美景时,车辆的 CMS 电子外后视镜能够自动捕捉并按照专业摄影的灰阶管理标准优化图像,然后直接传输到摄影设备上进行保存或者进一步创作,为摄影创作提供更多的灵感和素材来源。

相信在未来,摄影灰阶管理与 CMS 电子外后视镜图像调优的关联性会给我们带来更多惊喜,值得广大摄影爱好者和汽车科技关注者持续关注与深入探索。

END.



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