Рис.1. Гистограмма

Яркостная гистограмма — это такой график, в котором по горизонтали — яркость, от нуля (абсолютно неяркий, черный), до максимума в 255 (абсолютно яркий, белый), а по вертикали — количество точек, имеющих эту яркость. Таким образом:

а. для полностью черного снимка получим тонкий-тонкий столбик слева (много черных точек, и никаких других), для полностью белого — столбик справа, для серого (128) — столбик посередине;
б. для, к примеру, градиента — абсолютно плавного перехода с черного цвета на белый, получим на гистограмме ровный прямоугольник, т.к. там одинаковое количество точек каждой яркости;
в. в большинстве реальных фотографий из реальной жизни получим некую кривую. Если у нее есть видимый горб в левой части гистограммы, значит, в фотографии больше темных тонов, low key. Если в правой части — то значит, она такая светленькая, high key;
г. Если гистограмма не доходит до левого края, значит, в фотографии нет полностью черного тона, а только серый; если не дотягивает до правого — значит нет полностью белого. Если не дотягивает ни до того, ни до другого — значит, фотография в целом серая, вялая;
д. Если горбик гистограммы выглядит состоящим из отдельных «зубчиков» с перерывами между ними, значит в фотографии мало промежуточных тонов, т.е. отдельных тонов в общем мало, фотография контрастная. Если горбик плавный — значит, фотография мягкая, с плавными переходами. Соляризованные фотографии (с предельном малым количеством полутонов или без таковых вообще) выглядят как два-три-четыре тонких столбика всего. Т.е. есть точки такой, такой и такой яркости, а промежуточных между ними — нет. Полностью графичная фотография, с только черными и белыми тонами — два столбика: самый правый и самый левый.

Рис.2. Фотография и ее гистограмма. Горбик в левой части оттого, что снимок в целом темный, low key. Маленькая горка справа соответствует тонам белых цветов.

ЦВЕТНАЯ ГИСТОГРАММА
В общем, то же самое, что и яркостная, только строится отдельно для яркостей в каждом цветовом канале. Т.е. их три — красная, зеленая и синяя. Ну, и смысл в том же: гистограмма в красном канале показывает, сколько есть точек с соответствующим значением в красном канале. Если красная гистограмма сбилась в кучу слева, значит, в фотографии в общем мало красных тонов, вся она в целом цианистая, если синяя — значит, фотография в целом желтовата, и т.п. Если гистограмма синего цвета не доходит до правого края, значит нет такой точки на фотографии, у которой максимум в синем канале. Аналогично, если все три цветовые гистограммы не дотягивают ни до левого, ни до правого краев, значит в фотографии мало насыщенных цветов. Фотография без насыщенных цветов — то, что на языке недовыраженных эмоций называется «блеклая».

Рис.3. Фотография, ее яркостная гистограмма и гистограмма синего канала. Фотография имеет выраженный желтый колорит, поэтому в синем канале гистограмма существенно сдвинута влево.

ЛОГАРИФМИЧНОСТЬ
Человеческое зрение логарифмично (и слух, и остальные чувства — тоже). Это значит, что когда мы видим некую «ступеньку» яркости, то на самом деле имеет место быть умножение, а не сложение. К примеру, картинка полутонов для калибрации мониторов, которую публикуют на многих сайтах, воспринимается нами как ряд одинаковых ступенечек. Мы визуально воспринимаем этот ряд как арифметический, а он на самом деле — логарифмический.
Т.е., то, что мы видим как
А + х = В,      В + х = С,   С + х = Е, и т.п.
на самом деле является
А * х = В,  В * х = С,   С * х = Е, и т.п.
То же самое, кстати, с нотами на пианино, ибо слух наш тоже логарифмичен.

УРОВНИ
Когда мы открываем в фотошопе «уровни» (Ctrl-L), мы видим гистограмму нашего снимка, как она есть. Под гистограммой — три движка. Справа — белый, слева — черный, и серый — посередине.
Я могу двигать каждый из них. В чем смысл?

Рис.4. Уровни

Правый край шкалы гистограммы — это точка максимальной яркости (белая). Если моя гистограмма «не дотягивается» до правого края, значит, в моей фотографии нет белых точек. Я беру правый движок (белый) и двигаю его налево. Это говорит фотошопу, что за белую теперь следует принять ту яркость, в которой я остановил движок, а все остальные уровни яркостей следует пересчитать логарифмически.

Т.е. изначально движок стоял на 255, а я его сдвинул на 200. Теперь все точки в моей фотографии, которые имели яркость 200 (если таковые были), будут иметь яркость 255, все, которые были 199 — где-то 253, и т.п. Т.е. фотошоп пересчитает все уровни, даже если у меня не было точек с какой-то яркостью.

Рис.5. Сдвиг белого движка с 255 до 200 — осветление снимка с потерей деталей в светах

А для чего мне нарисовали гистограмму под линейкой уровней? Чтобы я видел, что делаю.
Самая правая точка моей гистограммы соответствует самой яркой точке моей фотографии. Если я придвину правый (белый) движок к ней, то самая яркая точка моей фотографии станет абсолютно белой. А если я буду продолжать двигать движок налево, то даже не самые яркие мои тона станут белыми. А те, которые останутся справа от движка, будут и подавно белыми, т.е. несколько тонов превратятся в один, белый (рис.5). Я начинаю терять полутона в светах. Т.е. чаще всего я не захочу тащить белый движок левее правого края своей гистограммы (см. рис.6).

Рис.6. Сдвиг правого движка до правого края гистограммы. Детали не теряются, т.к. в снимке нет точек, с яркостью больше 170. Контраст снимка увеличиватся.

Совершенно аналогично левый движок (черный). Он определяет, какой уровень моей теперешней фотографии станет абсолютно черным после обработки. Остальные пересчитываются логарифмически. Т.е. я могу вдвигать его внуть, пока не дойду до левого края своей гистограммы, и это будет значить, что самый темный тон моего снимка станет абсолютно черным (если мне это надо, конечно). Двигая его дальше левого края гистограммы, я начинаю терять детали в тенях, т.к. все тона, оставшиеся слева от движка, превращаются в один тон — черный.

Серый движок (посередине) определяет, какой тон будет средне-серым (128). Я могу двигать его вправо или влево. Двигая его вправо, я делаю серыми те тона, которые изначально были светлее серого, т.е. затемняю фотографию. При этом я только перераспределяю тона, черный остается черным, белый — белым, а все промежуточные тона становятся темнее. А когда я двигаю его влево, я делаю серыми те тона, которые были изначально темнее серого, т.е. осветляю фотографию.

Рис.7. Сдвиг среднего движка с 1 до 1.3 — осветление снимка без потери деталей.

Справа от гистограммы есть еще три кнопки с пипетками. Пипетки — это альтернативный способ задать положение движков. Т.е. вместо сдвигания правого (белого) движка до желаемого значения, я могу «взять» правую (белую) пипетку, и «показать» на самом изображении, какой именно тон я желаю превратить в белый. Это абсолютно аналогично сдвигу правого движка до яркости выбранной мною точки, что, в свою очередь, абсолютно то же самое, что вписать значение яркости выбранной мною точки в правое из окошек «Input Levels». Все три способа — вписывание числа в окошко, перемещение движка или показывание пипеткой, делают то же самое — показывают, какой уровень следует принять за белый. Аналогично, средняя (серая) пипетка и среднее окошко соответствуют серому движку, а левая (черная) пипетка и левое окошко — черному движку.

УРОВНИ И КОНТРАСТ
В изначальной фотографии было максимум 256 уровней яркости, от 0 до 255. Вдвигая правый и левый (белый и черный) уровни, я оставляю меньше яркостей, «отсекаю» те, что остались справа от движка, они становятся белыми. Иными словами, работая с правым и левым движками, я невольно делаю снимок контрастнее.

А что происходит с контрастом, когда я двигаю средний движок, напрмер, вправо? Справа от движка становится меньше точек, которые надо распределить по половине диапазона, следовательно там будет меньше уровней яркости, чем было до обработки. А слева — больше точек, которые тоже надо распределить по половине диапазона. Получается, что затемняя фотографию (средний движок — направо), я делаю света контрастнее, а тени — мягче. Аналогично, осветляя фотографию (серый движок — налево), я делаю света мягче, а тени — контрастнее.

Иногда после такой обработки можно увидеть «зубчики» на новой гистограмме.

ВЫХОДНЫЕ УРОВНИ
Под линейкой с тремя движками есть еще градиентная шкала и линейка с двумя движками. Это — операция, противоположная вышеописанной. Т.е. там мы говорили, что некий уровень, который был меньше белого, надо сделать белым. А тут мы говорим, что белый надо занизить до того, на который я поставлю правый движок. Соответственно левый движок показывает, каким станет бывший черный. После такой операции в фотографии не останется полностью белых тонов, снимок станет более серым, более блеклым, но и более мягким, с большим количеством промежуточных тонов.

Рис.8. Сдвиг выходного уровня с 255 до 218. Заметно ослабление контраста, снимок стал более вялым, исчезли белые тона.

Выходные уровни не есть действие, обратное входным уровням. Т.е. если использовал входные уровни, сделал некий цвет белым, то все тона ярче него отбросились, стали белыми. Выходными уровнями я могу сделать этот белый каким-то серым, но потерянные тона и переходы обратно не верну.

А вот наоборот  — можно. Выходными уровнями я могу сказать, что белый превращается в серый. ОК, сделано. Потом входными уровнями я могу сказать обратное: возьми этот серый и сделай из него белый. Такой трюк сработает.

ЦВЕТНЫЕ УРОВНИ
Цветные уровни позволяют проводить вышеописанные операции с каждым из трех каналов отдельно. Это неплохой способ исправить (или изменить) баланс цветов. Например, на фотографии желтый оттенок (как часто случается получать из минилабов «Кодак»). Вероятнее всего, в гистограмме синего канала я увижу, что синий цвет не доходит до правого края гистограммы, а сбился в кучу в левой половине. Вдвигая правый движок примерно до края гистограммы я увеличу значение синего до 255 (абсолютный максимум) в тех точках, где оно было максимальное из всех имеющихся на фото. Если имел место цветовой разбаланс, то, после описанной операции со всеми каналами, цвета станут чище и нейтральнее, без выраженных налётов. В хороших фотоаппаратах, с тщательно просчитанными формулами, с помощью уровней иногда даже можно исправить ошибочный баланс белого или скорректировать цветное освещение. А в некоторых — нельзя.:-( В моей предыдущей камере Sony D770 ошибка в балансе белого была равносильна выбрасыванию снимка. Приходилось таскать с собой серую карту и все время измерять цвет освещения перед началом съемки. В теперешней — Olympus E-20 — установка баланса белого на глаз срабатывает четко, и даже в случае ошибки иногда можно исправить. В общем случае, на это нельзя полагаться. Баланс белого надо выставлять аккуратно. Но это я отвлекся.

Рис.9. Усиление оранжевого колорита путем сдвига влево среднего движка в красном канале

АВТО-УРОВНИ
Команда AutoLevels (ctrl-shift-L) делает следующее: в каждом из цветовых каналов, придвигает правый движок к правой границе гистограммы, а левый — к левой границе. Т.е. «подчищает» цвета в снимке. Чаще всего это визуально улучшает снимок, особенно после глупого сканирования неопытным чайником. Цвета становятся визуально чище, снимок, чаще всего, становится ярче и сочнее. Это потому, что теперь снимок использует весь доступный диапазон яркостей. Т.е. точка с максимумом красного теперь стала полностью красной, и т.п. Точка, в которой все цвета были на максимуме по снимку, стала однотонной нейтральной, вероятно, белой, хотя не факт, ибо эта операция работает с каждым цветовым каналом отдельно, но не трогает канал яркости.

Рис.10. Снимок до и после операции «Авто-уровни». Отчетливо видно, что операция чрезмерно повысила контраст. В данном случае, недодержка была намеренной, экспозиция определялась точечно по белому цветку (push-процесс). Доводка данного снимка, разумеется, предполагает более тонкие инструменты, чем авто-уровни.