Composition alpha: Maîtriser l'art de la composition d'images en vision par ordinateur

Par Fouad Sabry

Qu'est-ce que l'Alpha Compositing

En infographie, l'alpha compositing ou alpha blending est le processus de combinaison d'une image avec un arrière-plan pour créer une apparence de transparence partielle ou totale. Il est souvent utile de restituer les éléments d'image (pixels) en passes ou calques séparés, puis de combiner les images 2D résultantes en une seule image finale appelée composite. Le compositing est largement utilisé dans le cinéma lorsqu'il s'agit de combiner des éléments d'image rendus par ordinateur avec des séquences en direct. La fusion alpha est également utilisée en infographie 2D pour placer des éléments pixellisés de premier plan sur un arrière-plan.

Comment vous en bénéficierez

(I) Informations et validations sur les sujets suivants :

Chapitre 1 : Compositing alpha

Chapitre 2 : Compositing numérique

Chapitre 3 : PNG

Chapitre 4 : Modèle de couleur RVB

Chapitre 5 : Correction gamma

Chapitre 6 : Sous-échantillonnage chromatique

Chapitre 7 : Format de fichier BMP

Chapitre 8 : Modèle de couleur RGBA

Chapitre 9 : Niveaux de gris

Chapitre 10 : Transparence (graphique)

(II) Répondre aux principales questions du public sur la composition alpha.

(III) Exemples concrets d'utilisation de la composition alpha dans de nombreux domaines.

À qui s'adresse ce livre

Professionnels, étudiants de premier cycle et les étudiants diplômés, les passionnés, les amateurs et ceux qui souhaitent aller au-delà des connaissances ou des informations de base pour tout type d'Alpha Compositing.

• Langue: Français
• Éditeur: Un Milliard De Personnes Informées [French]
• Date de sortie: 5 mai 2024

Aperçu du livre

Composition alpha

Maîtriser l'art de la composition d'images en vision par ordinateur

Fouad Sabry est l'ancien responsable régional du développement commercial pour les applications chez Hewlett Packard pour l'Europe du Sud, le Moyen-Orient et l'Afrique. Fouad est titulaire d'un baccalauréat ès sciences des systèmes informatiques et du contrôle automatique, d'une double maîtrise, d'une maîtrise en administration des affaires et d'une maîtrise en gestion des technologies de l'information, de l'Université de Melbourne en Australie. Fouad a plus de 25 ans d'expérience dans les technologies de l'information et de la communication, travaillant dans des entreprises locales, régionales et internationales, telles que Vodafone et des machines professionnelles internationales. Actuellement, Fouad est un entrepreneur, auteur, futuriste, axé sur les technologies émergentes et les solutions industrielles, et fondateur de l'initiative One Billion Knowledge.

Un milliard de connaissances

Composition alpha

Maîtriser l'art de la composition d'images en vision par ordinateur

Fouad Sabry

Copyright

Alpha Compositing © 2024 par Fouad Sabry. Tous droits réservés.

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Couverture dessinée par Fouad Sabry.

Bien que toutes les précautions aient été prises dans la préparation de ce livre, les auteurs et les éditeurs n'assument aucune responsabilité pour les erreurs ou omissions, ou pour les dommages résultant de l'utilisation des informations contenues dans le présent document.

Table des matières

Chapitre 1 : Composition alpha

Chapitre 2 : Compositing numérique

Chapitre 3 : PNG

Chapitre 4 : Modèle colorimétrique RVB

Chapitre 5 : Correction gamma

Chapitre 6 : Sous-échantillonnage de la chrominance

Chapitre 7 : Format de fichier BMP

Chapitre 8 : Modèle colorimétrique RVBA

Chapitre 9 : Niveaux de gris

Chapitre 10 : Transparence (graphique)

Appendice

À propos de l'auteur

Chapitre 1 : Composition alpha

L'alpha compositing ou fusion alpha est le processus de mélange d'une image avec un arrière-plan pour simuler une transparence partielle ou complète dans l'infographie. Il est souvent avantageux de rendre les composants de l'image (pixels) dans différentes passes ou couches, puis de fusionner les images 2D résultantes en une seule image finale appelée composite. Le film fait un usage considérable du compositing lorsqu'il s'agit de fusionner des éléments graphiques rendus par ordinateur avec des séquences en direct. La fusion alpha est également utilisée pour placer des éléments de premier plan pixellisés sur un arrière-plan dans des images de synthèse 2D.

En plus de la couleur de l'élément, il est important de maintenir un cache associé pour chaque élément de l'image afin de les intégrer efficacement. Ce calque de cache fournit les informations de couverture, c'est-à-dire la forme de la géométrie dessinée, ce qui permet de différencier facilement les zones de l'image où quelque chose a été dessiné des zones où rien n'a été dessiné.

Bien que l'opération la plus fondamentale pour fusionner deux images soit de les placer l'une sur l'autre, plusieurs processus différents, ou modes de fusion, sont utilisés.

À la fin des années 1970, Alvy Ray Smith et Ed Catmull ont introduit le concept de canal alpha au laboratoire d'infographie du New York Institute of Technology. En 1981, Bruce A. Wallace a dérivé l'opérateur droit identique à l'aide d'un modèle de réflectance/transmittance physique.

L'utilisation du terme alpha est expliquée par Smith comme suit : « Nous l'avons appelé ainsi en raison de la formule d'interpolation linéaire classique {\displaystyle \alpha A+(1-\alpha )B} qui utilise la lettre grecque \alpha (alpha) pour contrôler la quantité d'interpolation entre, dans ce cas, deux représentations A et B ».

C'est-à-dire que lors de la superposition de l'image A sur l'image B, la valeur de \alpha dans la formule est prise directement à partir du canal alpha de A.

Dans une image 2D, une combinaison de couleurs est conservée pour chaque pixel, souvent un mélange de rouge, de vert et de bleu (RVB). Lorsque la composition alpha est utilisée, la couche alpha de chaque pixel contient une valeur numérique supplémentaire comprise entre 0 et 1. Une valeur de 0 indique que le pixel est complètement transparent, ce qui permet de voir la couleur du pixel en dessous. L'un d'eux indique que le pixel est complètement opaque.

Avec la présence d'un canal alpha, les processus de composition d'images peuvent être exprimés à l'aide d'une algèbre de composition. Dans le cas de deux photos A et B, par exemple, le processus de composition le plus fréquent consiste à combiner les images de manière à ce que A apparaisse au premier plan et B à l'arrière-plan. Cela pourrait être indiqué comme A contre B. En plus de over, Porter et Duff ont défini les opérateurs de composition in, maintenus par (souvent abrégé out), atop et xor (et les opérateurs inverses rover, rin, rout et ratop) à partir d'un examen des options permettant de mélanger les couleurs de deux pixels lorsque leur couverture est conceptuellement superposée orthogonalement :

Par exemple, l'opérateur over peut être implémenté en appliquant la formule ci-dessous à chaque pixel :

{\displaystyle \alpha _{o}=\alpha _{a}+\alpha _{b}(1-\alpha _{a})}{\displaystyle C_{o}={\frac {C_{a}\alpha _{a}+C_{b}\alpha _{b}(1-\alpha _{a})}{\alpha _{o}}}}

Ici, C_{o} et C_{a} C_{b} représentent les composantes de couleur des pixels du résultat, l'image A et l'image B individuellement, appliquées individuellement à chaque couche de couleur (rouge, vert, bleu), tandis que {\displaystyle \alpha _{o}} , \alpha _{a} et \alpha _{b} sont les valeurs alpha des pixels respectifs.

Essentiellement, l'opérateur over est l'opération de peinture standard (voir l'algorithme de Painter). Les opérateurs d'entrée et de sortie sont l'équivalent de l'écrêtage dans la composition alpha. Les deux utilisent uniquement le canal alpha et ignorent les composantes de couleur de la deuxième image. De plus, plus définit le mélange d'additifs.

Si une image contient un canal alpha, il existe deux représentations courantes : l'alpha peut être droit (non associé) ou prémultiplié (associé).

Les composantes RVB représentent la couleur de l'objet ou du pixel, quelle que soit son opacité, lors de l'utilisation de l'alpha droit. Il s'agit de la procédure impliquée par l'opérateur over de la section précédente.

Avec l'alpha prémultiplié, les composantes RVB indiquent l'émission de l'objet ou du pixel, tandis que la composante alpha indique l'occlusion. Ensuite, l'opérateur over devient :

{\displaystyle C_{o}=C_{a}+C_{b}(1-\alpha _{a})}{\displaystyle \alpha _{o}=\alpha _{a}+\alpha _{b}(1-\alpha _{a})}

Le plus grand avantage de l'alpha prémultiplié est qu'il permet un mélange, une interpolation et un filtrage précis.

En supposant que la couleur des pixels est indiquée à l'aide de n-uples RVBA droits (non prémultipliés), un pixel avec la valeur (0, 0,7, 0, 0,5) a 70 % de l'intensité verte maximale et 50 % de l'opacité. Si la teinte était complètement verte, son RVBA serait (0, 1, 0, 0,5).

PNG et TIFF sont les formats d'image les plus courants qui prennent en charge le canal alpha. Le GIF prend en charge les canaux alpha mais est inefficace en ce qui concerne l'espace fichier. Certains codecs vidéo, tels que Animation et Apple ProRes 4444 au format QuickTime, ou le codec multiformat Techsmith, incluent des canaux alpha.

En général, le format de fichier BMP ne prend pas en charge ce canal ; néanmoins, il est possible de stocker le canal alpha dans d'autres formats, tels que 32 bits (888-8) ou 16 bits (444-4), bien que tous les ordinateurs ou programmes ne puissent pas le lire : Des programmes particuliers ont également été développés pour la génération de ces BMP, qui sont principalement utilisés dans les jeux vidéo.

Les valeurs RVB des photographies numériques typiques sont compressées par un mécanisme de correction gamma plutôt que de refléter directement les intensités lumineuses physiques :

{\displaystyle C_{\text{encoded}}=C_{\text{linear}}^{1/\gamma }}

Cette transformation utilise mieux le nombre limité de bits dans l'image codée en choisissant \gamma celle qui correspond le mieux à la perception humaine non linéaire de la luminance.

Par conséquent, les programmes informatiques qui manipulent de telles images doivent décoder les valeurs RVB dans un espace linéaire (en supprimant la compression gamma), mélanger les intensités lumineuses linéaires, puis réappliquer la compression gamma à l'image résultante :

{\displaystyle C_{o}=\left({\frac {C_{a}^{\gamma }\alpha _{a}+C_{b}^{\gamma }\alpha _{b}(1-\alpha _{a})}{\alpha _{o}}}\right)^{1/\gamma }}

Avant la compression gamma, la pré-multiplication est effectuée dans l'espace linéaire lorsqu'elle est associée à l'alpha prémultiplié. Il en résulte la formule ci-dessous :

{\displaystyle C_{o}=\left(C_{a}^{\gamma }+C_{b}^{\gamma }(1-\alpha _{a})\right)^{1/\gamma }}

Notez que la correction gamma n'est appliquée qu'aux couches de couleur ; Le canal alpha est toujours linéaire.

Bien qu'ils soient utilisés pour des raisons similaires, les couleurs transparentes et les masques d'image empêchent le mélange homogène des pixels d'image superposés avec les pixels d'arrière-plan (seuls les pixels de l'image entière ou les pixels d'arrière-plan entiers sont autorisés).

Un effet similaire peut être obtenu avec un canal alpha de 1 bit, comme dans le mode haute couleur RVBA 16 bits du format de fichier image Truevision TGA et le mode graphique haute couleur des cartes graphiques TARGA et AT-Vista/NU-Vista correspondantes. Ce mode alloue 5 bits à chacune des trois couleurs RVB primaires (RVB 15 bits) plus un bit pour le « canal alpha ».

Lorsque seul 1 bit alpha est disponible, la transparence de la