Alpha-Compositing von ImageMagick's CopyOpacity emulieren

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gubach

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Verfasst am: 08.02.2017, 14:32 Titel: Alpha-Compositing von ImageMagick's CopyOpacity emulieren

Ich versuche die Funktionalität eines Alpha-Compositings (genauer: CopyOpacity von ImageMagick) in Matlab zu emulieren. Ziel ist es, eine Region, deren Kanten starke Treppen-Effekte (Aliasing) zeigt, aus einem Vordergrundbild FG auszumaskieren (die beiden Bereiche in Schwarz in den Bildern des Albums https://www.flickr.com/photos/gbachelier/albums/72157677436918822)
Dies soll mit einer Graustufenmaske geschehen, bei der zu entfernende Bereiche schwarz und zu erhaltende Bereiche weiß sind. Durch einen grauen Übergang zwischen diesen Bereichen soll ein kontinuierlicher Übergang zwischen vollständiger Transparenz und undurchsichtigem Vordergrund erreicht werden. Beispiel einer solchen Maske siehe https://www.flickr.com/photos/gbachelier/32703792336/

In ImageMagick (bzw. PerlMagick siehe folgender Code) wird dies mit dem Compose-Typ CopyOpacity erreicht:
$FG->Composite(image=>$Mask, compose=>'CopyOpacity', gravity=>'Center', color=>'transparent', matte=>'false');
Es ergibt sich ein FG, bei dem die vorher schwarzen Regionen transparent sind mit einem kontinuierlichen Übergang zu den undurchsichtigen Bereichen (siehe Screenshot mit Transparenz https://www.flickr.com/photos/gbachelier/32703794336)
Ein solches Bild mit Transparenz soll dann über ein Hintergrundbild BG kopiert werden, was in PerlMagick mit dem Compose-Typ Over geschieht:
$BG->Composite(image=>$FG, compose=>'Over', gravity=>'Center', color=>'transparent', matte=>'false');

Wie ein kontinuierlicher Übergang ohne Treppen-Effekte aussehen soll, sieht man in den Bildern, die mit ImageMagick nachbearbeitet wurden, und die als Zielvorgabe für ein reines Matlab-Verfahren dienen sollen https://www.flickr.com/photos/gbachelier/albums/72157679935822485

Zwei Versuche in Matlab ein Vordergrundbild FB mit einem Hintergrundbild BG unter Verwendung einer Graustufenmaske direkt zu verbinden ohne den Zwischenschritt analog zu CopyOpacity funktionieren nicht wie gewünscht:

Code:

FG = uint8(CM_mask_blur_alpha .* FG + (1 - CM_mask_blur_alpha) .* BG);

Funktion ohne Link?

Hierbei wird die Graustufenmaske wie eine binäre Maske verwendet mit entsprechend harten und Treppen-Kanten, d.h. es kommt zu unakzeptablen Aliasing-Effekten https://www.flickr.com/photos/gbachelier/albums/72157679863538505

Code:

FG = uint8(bsxfun(@times, CM_mask_blur_alpha, FG) + bsxfun(@times, (1 - CM_mask_blur_alpha), BG));

Funktion ohne Link?

Hierbei kann man zwar einen gewissen Alpha-Effekt sehen, bei dem das Hintergrundbild in der Kantenregion durchscheint. Besser als die vorherige Version, doch es sind immer noch unakzeptable Treppen-Kanten des Vordergrundes zu sehen https://www.flickr.com/photos/gbachelier/albums/72157676484696303

Da anscheinend eine direkte Verrechnung mit einer Graustufenmaske nicht funktioniert, suche ich nach einer Möglichkeit, Bilder mit Alpha-Transparenz in Matlab zu erzeugen analog zu CopyOpacity, die dann über ein anderes Bild gelegt werden. Dies ist eine ähnliche Problemstellung wie in http://stackoverflow.com/questions/.....and-blending-with-another, aber es passt nicht direkt wegen fehlender Graustufenmaske und ich konnte Lösungselemente auch nicht anpassen (z.B. Antwort 1: Erzeugung eines Alphakanals aber mit unterschiedlichen Werten). Vielen Dank für Lösungsvorschläge!

Jan S

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Verfasst am: 09.02.2017, 12:48 Titel: Re: Alpha-Compositing von ImageMagick's CopyOpacity emuliere

Hallo gubach,

Ich sehe auf den verlinkten Bildern (die übrigens sehr toll aussehen), viel bunte Fraben, erkenne aber nicht, auf welche Details Du hinaus willst. Ich sehe weder die Treppeneffekte, noch wie sie sich mit welcher Methode verändern.

Da ich nicht mit ImageMagick arbeite, weiß ich nicht, welche Funktion dort genau eingesetzt wird. Hast Du die mathematische Definition dazu?

Zitat:

Code:

FG = uint8(CM_mask_blur_alpha .* FG + (1 - CM_mask_blur_alpha) .* BG);

Funktion ohne Link?

Arbeitest Du hier mit UINT8 Daten? Eine Mutliplikation mit doubles erscheint mir sinnvoller.
Welche Dimensionen hat FG und CM_mask_blur_alpha? Und wieso ändert es etwas, wenn Du mit bsxfun multiplizierst?

Eigentlich sollte das Alpha-Blending mit alpha * Img1 + (1 - alpha) * Img2 problemlos funktionieren. Das Problem könnte nur sein, dass entweder die Typen (int8 und double) vermischt sind, oder die Multiplikation mit der 2D-Alpha Maske und dem 3D-RGB-Bild nicht korrekt durchgeführt wird.

Ein paar einfache Beispiele mit direkt eingefügten kleinen Bildern (nicht verlinkt, denn das ist weniger übersichtlich) könnte hilfreich sein. Vielleicht auch Beispiel-Daten mit ein paar Pixeln.

Gruß, Jan

gubach

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Verfasst am: 09.02.2017, 14:06 Titel:

Hallo Jan S,

> ... erkenne aber nicht, auf welche Details Du hinaus willst. Ich sehe weder die Treppeneffekte, noch wie sie sich mit welcher Methode verändern.

Wie (alle?) Viewer verwendet der von Flicker Anti-Aliasing, d.h. man muss den aufwendigeren Weg gehen, die Orginal Datei (3000x3000) laden und mit einem Graphikeditor (z.B. PS, Gimp) vergrößern. Mit Ausschnitten ist das Problem, dass dann doch keiner erkennt, welcher Teil zu der ehemals schwarzen Region gehört, um dort die Effekte an der Kante zu unterscheiden. Ausserdem kann ich nicht ad hoc das gleiche Motiv mit den unterschiedlichen Ansätzen erzeugen, da der Generierungsalgo auf allen Ebenen randomisiert ist; müsste dazu eine Extraversion schreiben.

Es ist durchaus möglich, dass die unerwünschten Eigenschaften bei den beiden vorgestellten Ansätzen durch uint8-double-Vermischung erzeugt werden, und es wäre gut, wenn dem so wäre, denn dann wäre das Problem lechter zu lösen (programmiere erst seit ca. 3 Wochen mit Matlab; vorher PerlMagick). Die Ansätze stammen von Lösungsvorschlägen von http://stackoverflow.com/questions/.....ansform-with-transparency. Habe aber öfters Fehlermeldungen bekommen, die auf Vermischung heraus laufen, wobei die dargestellten Ansätze zumindest formal akzeptiert wurden.

Um diesen Weg zu verfolgen hier Info über die Maskenerzeugung: Die Graustufenmaske wird in Matlab aus einem weißen Bild erzeugt, auf das die gleiche geometrische Transformation mit imtransform angewendet wird, wie bei den Vordergrundbildern; gefolgt von einer morphologischen Operation, bei der die beiden schwarzen Regionen erweitert werden, um die Treppenränder zu entfernen; gefolgt von einem Gausßfilter, um einen kontinuierlichen Übergang zu erreichen.

Code:

whiteImage = 255 * ones(cm_out_h, cm_out_h, 'uint8');
CM_mask = imtransform(whiteImage, ..., 'FillValues', 0 );
CM_mask_blur = imgaussfilt(CM_mask, sigma_1);
%Morphologische Operenation: wird noch mit ImageMagick durchgeführt, da ich noch nicht heraus bekommen habe, wie man in imdilate(IM,...) Disk-Kernel definiert: convert in_file -negate -morphology Thicken Disk:5 -negate out_file
CM_mask_blur_alpha = double(CM_mask)/255;

Funktion ohne Link?

> Und wieso ändert es etwas, wenn Du mit bsxfun multiplizierst?
die beiden Lösungsvorschläge wurden als gleichwertig betrachtet, doch ich kann in den Bildergebnissen die beschriebenen Unterschiede sehen, wobei die bsxfun Version visuell etwas besser ist.

gubach

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Verfasst am: 10.02.2017, 19:32 Titel:

Hier ein Ausschnitt der ehemals schwarzen Region mit dem Postprocessing in IM mit CopyOpacity als Referenz ohne sichtbare Treppen-Kante
https://www.flickr.com/photos/gbach.....936/in/dateposted-public/
und hier der ungefähr gleiche Ausschnitt mit dem bsxfun-Ansatz mit deutlich sichtbaren Treppenkanten
https://www.flickr.com/photos/gbach.....406/in/dateposted-public/

Zu der Theorie, dass die Probleme verursacht werden, dass unterschiedliche Datentypen uint8 vs double verwendet werden: Wenn Maske, FG und BG double ist, so
erzeugt das oben beschriebene FG = uint8(bsxfun ...) wenigstens ein Composing in den richtigen Farben, während

Code:

FG = double(bsxfun(@times, CM_mask_blur_alpha, FG) + bsxfun(@times, (1 - CM_mask_blur_alpha), BG));

Funktion ohne Link?

Falschfarben mit überwiegend Weiß erzeugt.

Jan S

Moderator


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Verfasst am: 11.02.2017, 15:22 Titel:

Hallo gubach,

Vielleicht ist es trivial, aber ich erwähne es mal: Es kommt nicht nur auf den Typ der Variablen an. Man kann auch doubles von 0 bis 255 verwenden und bei der Multiplikation mit UINT8 treten keine Probleme auf. Bilder im double-Format werden aber auch mit den Werten von 0.0 bis 1.0 interpretiert und wenn man dann Werte von 0 bis 255 nimmt, wird alles oberhalb von 1.0 als gesättig interpretiert, also als 1.0.
Bei Alpha-Blending würde ich deshalb sicherheitshalber alle Inputs per im2double in doubles mit dem Werte-Bereich 0.0 bis 1.0 umwandeln.

Beim Rechnen mit UINT8 treten oft unerwartete die Sättigungs-Effekte ein:

Code:

(uint8(254) + uint8(252)) / 2
% >> 128

Funktion ohne Link?

Ein seltsamer Mittelwert, oder? Aber uint8(254) + uint8(252) ergibt die größte mögliche UINT8 Zahl, nämlich 255. Und wenn man die durch 2 teilt, erhält man 128. Und solche Effekte könnte bei den Alpha-Blending-Formeln für unerwartete Ergebnisse sorgen.

Gruß, Jan

Vielleicht hilft das weiter.

Gruß, Jan

gubach

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Verfasst am: 12.02.2017, 16:01 Titel:

Hallo Jan S,

> im2double
Wie geschrieben sind Maske, FG und BG double und nur FG = uint8(bsxfun ...) erzeugt etwas erwartetes. Wenn ich zusätzlich mit im2double im2double anfange, bekomme ich ein schwarzes Ergebnis.

Ich versuche, die Graustufenmaske zu optimieren, damit ich die Treppenkanten loswerde; bislang aber noch ohne Erfolg. Dies mache ich gerade aus Matlab, indem ich mit einem Systemcall ImageMagick aufrufe:

Code:

system_string = strcat('convert ', output_meta_folder, 'CM_mask.jpg', ' -negate -morphology Thicken Disk:10 -negate -quality 98% ', output_meta_folder, 'CM_mask_morpho.jpg');
disp(system_string);

Funktion ohne Link?

Angezeigt wird aber:
convertD:\D-ART\Abstrakt_ART\CM\CM_mask.jpg -negate -morphology Thicken Disk:10 -negate -quality 98%D:\D-ART\Abstrakt_ART\CM\CM_mask_morpho.jpg
mit der Fehlermeldung
Die Syntax für den Dateinamen, Verzeichnisnamen oder die Datenträgerbezeichnung ist falsch.
Die Blanks vor dem Dateipfad fehlen, obwohl ich sie in 'convert ' und '... -quality 98% ' setze. Dies funktioniert zumindest beim Systemcall in Perl; in Matlab erscheint mir dieses Vehalten nicht konsistent insbesondere da es mit dem Workaround output_meta_folder_string2 = [' ', output_meta_folder]; dann wieder funktioniert.


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