PS中的直方圖的原理與使用方法詳細介紹

作者來源：亂糟糟的季節(jié) 形色主義

當說到直方圖這一詞時，可能很多人都會說：“這個啊，我早就知道了，我學PS最開始時師傅就教我用色階中的直方圖調整曝光了，這個太基礎了有什么好學的呢？”如果你還是這樣認為，那你就真的需要更深一步的去學習這篇文章了，讓我來帶你去更深的了解直方圖的用途（此文以常用RGB色彩空間做實例演示）。
一、什么是直方圖
“直方圖”又稱質量分布圖、柱狀圖，由一系列高度不等的縱向條紋表示數(shù)據(jù)分布的情況它是表示資料變化情況的一種主要工具

（圖1）
這是一張商場超市在限塑令實施以后對塑料購物袋使用情況統(tǒng)計的一個“直方圖”，從圖中我們可以從中看出，X軸表示的是月份，Y軸表示的是塑料購物袋使用百分比，不同顏色的縱向條紋表示了不同的使用人群。我們可以通過這張直方圖中縱向條紋的高低清楚的了解不同月份，不同使用人群所占的百分比。
那PS中的直方圖是如何統(tǒng)計象素分步情況的呢？

新建灰度文件，寬高都是5象素，此文件共有象素數(shù)為25。

（圖2）
用0、110、160、255亮度級的象素填充新建文件，現(xiàn)在此文件共有
0級亮度級象素5個
110級亮度象素7個
160級亮度級象素8個
255級亮度象級素5個
5+7+8+5=25
其信息分布為

（圖3）
縱軸（Y）表示為數(shù)量，橫軸（X）表示為灰度級別。
在PS直方圖中顯示為

橫軸標示亮度值(0~255)共256個灰度級別，其中0表示最暗（黑色）255表示最亮（白色），縱軸標示每種像素的數(shù)量。
由上例我們知道直方圖用于各行各業(yè)，它可以對我們需要統(tǒng)計的目標資料解析出規(guī)則性，對于圖片而言，能比較直觀地看出象素的分布狀態(tài)，對於象素分布狀況一目了然，便于判斷圖片總體情況，為更合理處理圖片提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
二、為什么要熟知直方圖
。在處理照片時首先要做的就是對照片的審視，然后決定去怎么調整。我們用自己的眼睛去感受照片時往往會主觀對照片進行認定，顯示器的影響顯而易見，但往往更多的影響來自我們的眼睛對圖片的感受，讓我們不能作出正確的判斷

如果我說這三張圖片的直方圖是一樣的你可能不信，好了，不要相信自己的眼睛的判斷，我們看直方圖吧

果然，這三張圖片的直方圖幾乎是一模一樣的，為什么會這樣呢？因為后兩張圖片是第一張圖片重新排列而得到的，其象素數(shù)和每個象素的亮度值都沒有改變，所以直方圖也應該是一樣的。由此可知，直方圖是統(tǒng)計圖片中像素和亮度級別的統(tǒng)計圖，通過直方圖的觀察能夠讓我們理性的去分析圖片并有目標的去調整照片而不被照片本身的內容所迷惑。直方圖用圖形表示圖像的每個亮度級別的像素數(shù)量，展示像素在圖像中的分布情況。直方圖顯示陰影中的細節(jié)（在直方圖的左側部分顯示）、中間調（在中部顯示）以及高光（在右側部分顯示），可以幫助我們確定某個圖像是否有足夠的細節(jié)來進行良好的校正。
直方圖提供了圖像色調范圍或圖像基本色調類型的快速瀏覽圖。低色調圖像的細節(jié)集中在陰影處，高色調圖像的細節(jié)集中在高光處，而平均色調圖像的細節(jié)集中在中間調處。全色調范圍的圖像在所有區(qū)域中都有大量的像素。識別色調范圍有助于確定相應的色調校正，我們先來看照片標準的直方圖應該是什么樣子的。

這是一張通過色階工具觀察到的直方圖，可以說這是很標準的直方圖，色階無斷層的分布在0—255色階之中，并且黑白場無溢出，從像素亮度分布來說此直方圖中色階分布合理，在照片中可以看出各個細節(jié)都很有層次，對比合適。
如果像素亮度分布不標準，那直方圖會怎么顯示呢？下面就來演示一下：
１．高光處溢出，造成亮部細節(jié)損失嚴重

２．暗部區(qū)域溢出嚴重而造成暗部層次損失嚴重

３．高光及暗部區(qū)域都溢出，高光區(qū)與暗部信息丟失都嚴重，整體對比過大

４．暗部亮部兩端無信息分布，照片整體無白點和黑點，整體發(fā)灰

在以上常見的幾種問題外，還存在直方圖中一端信息溢出但另一端無信息得現(xiàn)象，當然具體情況具體分析，在以白背景下拍攝時白場溢出是正常的，在以黑背景或在夜景下拍攝黑場溢出也是正常的。
現(xiàn)在我們可能清楚的知道，在我們用眼睛不能正確判斷圖片時直方圖給了我們一個衡量圖片的標尺，讓我們能對照片的數(shù)據(jù)有客觀、理性的認識，為更好的處理照片打下基礎，直方圖能給我們的信息不僅僅于此，我們可以通過比色階更專業(yè)的“直方圖面板”來深入的分析圖片數(shù)據(jù)信息。
二、查看直方圖中的特定通道
很多使用者對直方圖的認識只是停留在色階或曲線的直方圖上，但要更加準確的認識直方圖僅僅靠色階或曲線中顯示的直方圖是不夠的。在PS選擇“窗口”選擇“直方圖”

然后可以看到直方圖會以下面的方式展示

直方圖面板（擴展視圖）
A. “通道”菜單、B. 面板菜單、C. “不使用高速緩存的刷新” 按鈕、D. “高速緩存的數(shù)據(jù)警告”圖標、E. 統(tǒng)計數(shù)據(jù)
當顯示直方圖后，為了更好的觀察圖片信息需要勾選“全部通道視圖”和“顯示統(tǒng)計數(shù)據(jù)”選項

（當然也可以選擇“用原色顯示通道”，選擇這個選項后紅、綠、藍通道會以各自的原色來顯示通道直方圖，但這樣其實并不利于觀察照片信息。）
直方圖面板中選擇“ 擴展視圖” 或“ 全部通道視圖”，則可以從“ 通道” 菜單中選取一個設置，這些通道分別是RGB、紅、綠、藍、明度和顏色，它們分別統(tǒng)計了不同的顏色數(shù)據(jù)

1、RGB通道 ，用以查看所有通道的復合直方圖。
新建一個4X1像素文件，四個像素值從左到右分別為（R20 G40 B60）、 （R80 G100 B120）、（R140 G160 B180）、（R200 G220 B240）如下圖：

因為在RGB通道顯示中，顯示所有通道中的數(shù)據(jù)，因此四個像素的所有數(shù)據(jù)都會顯示在直方圖中

可以看到20、40、60、80、100、120、140、160、180、200、220、240這些亮度級別上都有信息存在。
2、選取單個通道（包括顏色通道、Alpha 通道和專色通道）的直方圖

可以看到在選擇R、G、B單個通道時，在直方圖中只顯示選擇通道的信息。
3、選取“ 明度” 可顯示一個直方圖，該圖表示復合通道的亮度或強度

可以看到，當通道選擇為“明度”時，直方圖中只顯示4個縱條，因為明度統(tǒng)計了每個像素的復合值，像素的亮度值為30%*R+59%*G+11%*B，第一個像素的亮度值為0.3*20+0.59*40+0.11*60=36.2，對所得到的亮度值進行四舍五入取整，因此第一個像素的亮度值為36，同樣的公式求出另三個像素的亮度值分別為96、156、216。
4、，選取“顏色”可顯示顏色中單個顏色通道的復合直方圖

當?shù)谝淮芜x擇“擴展視圖”或“所有通道視圖” 時，此選項是圖像的默認視圖。
三、通過數(shù)據(jù)了解直方圖
通過上面的敘述，我們已經(jīng)基本了解了直方圖，但這還遠遠不夠，可以看到在直方圖下方還有平均值、標準偏差、中間值、像素、色階、數(shù)量、百分位、高速緩存級別這樣的數(shù)據(jù)項目

現(xiàn)在我們來詳細了解直方圖各個數(shù)據(jù)所代表的含義
１、平均值：圖像的平均亮度值，根據(jù)這個數(shù)值我們可以大致判斷片子整體偏暗還是偏亮，以128為中間值，值越高則照片整體越偏亮，值越低則照片整體越偏暗。
平均值的算法是：圖像的亮度總值÷圖像像素總數(shù)。
x撥＝X1+X2+X3+X4+…+Xn/n
x撥代表x的算術平均值
我們再用（圖2）為例，從此圖左面截留10個象素。得到下圖（圖13）

那（圖13）的平均值應該是多少呢

由上述公式可得：平均值＝（0+255+110+160+110+160+110+0+255+160）/10=1320/10=132

平均值132大于128，所以（圖13）整體偏亮。
2、標準偏差：統(tǒng)計學名詞。指圖像所有像素的亮度值與平均值之間的偏離幅度一種量度數(shù)據(jù)分布的分散程度之標準，用以衡量數(shù)據(jù)值偏離算術平均值的程度。在PS直方圖中標準偏差越小，圖像的對比就越小，反之對比就越大。
標準偏差公式：S = Sqr(∑(xn-x撥)^2 /(n-1))
公式中∑代表總和，x撥代表平均值，^2代表二次方，Sqr代表平方根。
依舊以（圖7）為例計算標準偏差，已得到平均值（x撥）為132
S^2 = [(0-132)^2+(0-132)^2+(110-132)^2+(110-132)^2+(110-132)^2+(160-132)^2+(160-132)^2+(160-132)^2+(255-132)^2+(255-132)^2]/(10-1)= [(-132)^2+(-132)^2+(-22)^2+(-22)^2+(-22)^2+28^2+28^2+28^2+123^2+123^2]/9=[17424+17424+484+484+484+784+784+784+15129+15129]/9=68910/9=7656.66667
S = Sqr(7656.67)=87.50所得結果與圖14統(tǒng)計的一致
3、中間值：將圖像所有像素的亮度值通過從從小到大排列后，位置在最中間的數(shù)值。即將數(shù)據(jù)分成兩部分，一部分大于該數(shù)值，一部分小于該數(shù)值。（如果有偶數(shù)個像素，就有兩個位于中間的數(shù)，取前面的一個）
圖13共有10個象素從小到大排依次是0、0、110、110、110、160、160、160、255、255。由于是偶數(shù)中間數(shù)有110和160兩個，我們取前面一個，所以圖13的中間值為110。所得結果與圖8統(tǒng)計的一致
4、象素：表示用于計算直方圖的像素總數(shù)。
注意，在這里象素所顯示的數(shù)據(jù)是直方圖計算圖象的數(shù)量，并不一定是圖象的總象素數(shù)。為什么會這樣呢？這與高速緩存級別有關系。
5、高速緩存級別：高速緩存級別顯示當前用于創(chuàng)建直方圖的圖像高速緩存。當高速緩存級別大于1時，直方圖將顯示得更快，原始圖像的高速緩存級別為1。
高速度緩存級別的算法:在每個大于1的級別上，將會對四個鄰近像素進行平均運算，以得出單一的像素值。因此，每個級別都是它下一個級別的尺寸的一半（具有 1/4 的像素數(shù)量）。當Photoshop 需要快速計算近似值時，它可能會使用較高的級別。因此當使用級別較高的高速緩存時，直方圖顯示與圖片實際象素總數(shù)的直方圖并不一定相似，為了得到更詳盡的直方圖，我們可以選擇使用實際的象素重繪直方圖

單擊“ 不使用高速緩存的刷新” 按鈕，使用實際的圖像像素重繪直方圖。
為了更直觀的了解高速度緩存級別我們做以下練習
新建一個2*2像素的圖片，對角兩個象素填充黑色

然后執(zhí)行編輯>定義圖案

新建一個1000*1000像素的圖片

然后用剛定義的圖案來填充1000*1000像素的圖片

用我們剛才學到知識，分析這個張圖的直方圖及其信息應該是怎么樣的哪，因為只有黑白兩種色 所以直方圖應該只有兩端（0、255）有兩條豎線，
首先象素實際總數(shù)是1000*1000=1000000 ，
平均值：x撥＝（500000*0+500000*255）/1000000=127.5
標準偏差：S^2 = [500000*（(0-127.5)^2+500000（255-127.5）^2]/1000000-1= [1000000*127.5^2/999999}=16256.266
S= Sqr16256.266)=127.5
中間值：因為1000000是偶數(shù) 色階為0的象素和色階為255的象素各50000，我們取前一個 中間值應該為0
象素：1000*1000=1000000
可我們實際看到的直方圖信息并不是這樣

平均值128.00標準偏差0.00中間值為128.00 象素為250000。產(chǎn)生這樣原因是高速緩存級別為2造成的。前面已經(jīng)說過“:在每個大于1的級別上，將會對四個鄰近像素進行平均運算，以得出單一的像素值。因此，每個級別都是它下一個級別的尺寸的一半（具有 1/4 的像素數(shù)量）�！�2大于1，直方圖所統(tǒng)計的250000象素剛好是實際象素1000000的1/4�！皩λ膫�鄰近像素進行平均運算”

因此緩存級別2時，四個鄰近的象素的平均值(0+255+255+0)/4=500/4=128。
當我們點擊“不使用高速緩存的刷新”時，高速緩存級別為1 時直方圖才真正顯示出實際應有的數(shù)據(jù)

6、色階： 鼠標指針所在位置的亮度值，亮度值范圍是0~255。[181]
7、數(shù)量：鼠標指針所在位置的像素數(shù)量。
8、百分位：從最左邊到鼠標指針位置的所有像素數(shù)量÷圖像像素總數(shù)。當鼠標拖動，選中直方圖的一段范圍時，色階、數(shù)量、百分位將顯示選中范圍的統(tǒng)計數(shù)據(jù)�！　∷摹⒅狈綀D調整
通過觀察直方圖，我們可以確定直方圖顯示陰影、中間調、高光像素分布情況。并根據(jù)圖片實際情況和各個通道直方圖詳細情況來判斷某個圖像去按我們的要求的去重新進行像素亮度分布。
在對照片進行調整的同時必須使用直方圖來檢查圖像的品質和色調范圍。因此預覽直方圖調整是非常必須和重要的，我們可以通過“預覽直方圖調整”預覽任何顏色和色調調整對直方圖所產(chǎn)生的影響。預先知道調整后對直方圖的影響，盡量在保證圖片效果的前提下保留足夠的細節(jié)。
在任何顏色或色調調整命令的對話框中選擇“預覽” 選項。
當選定“預覽” 時，“直方圖” 面板將顯示調整如何對直方圖產(chǎn)生影響

“直方圖” 面板中的直方圖調整預覽
A. 原始直方圖 B. 調整后的直方圖 C. 陰影 D. 中間調 E. 高光
直方圖合理的重新分布其實就是對照片本身的像素的亮度進行調整，在此過程中對圖片整體或局部像素亮度調整的常用的有效工具有1、亮度對比度2、色階3、曲線4、陰影高光5、色調均化
1、亮度對比度
　　使用“ 亮度/ 對比度” 調整，可以對圖像的色調范圍進行簡單的調整。將亮度滑塊向右移動會增加色調值并擴展圖像高光，而將亮度滑塊向左移動會減少值并擴展陰影。對比度滑塊可擴展或收縮圖像中色調值的總體范圍。
　　在正常模式中， “ 亮度/ 對比度” 會與“ 色階” 和“ 曲線” 調整一樣，按比例調整圖像圖層。當選定“ 使用舊版”時， “ 亮度/ 對比度” 在調整亮度時只是簡單地增大或減小所有像素值。由于這樣會造成修剪高光或陰影區(qū)域或者使其中的圖像細節(jié)丟失，因此不建議在舊版模式下對攝影圖像使用亮度/ 對比度。
　　2、色階
　　使用“ 色階” 可以調整通過調整圖像的陰影、中間調和高光的強度級別，從而校正圖像的色調范圍和色彩平衡。“ 色階” 直方圖用作調整圖像基本色調的直觀參考。
　　如果移動黑場輸入滑塊，則會將像素值映射為色階 0，而移動白場滑塊則會將像素值映射為色階 255。其余的色階將在色階 0 和 255 之間重新分布。這種重新分布情況將會增大圖像的色調范圍，實際上增強了圖像的整體對比度。中間輸入滑塊用于調整圖像中的灰度系數(shù)。它會移動中間調（色階 128），并更改灰色調中間范圍的強度值，但不會明顯改變高光和陰影。
要調整特定顏色通道的色調，從“ 通道” 菜單中選取選項。要同時編輯一組顏色通道，在選擇“色階”命令之前，按住 Shift 鍵并在“通道”面板中選擇相應通道。（此方法在“ 色階” 調整圖層中不起作用。）然后，“ 通道” 菜單會顯示目標通道的縮寫，此時就能對所選擇通道同時進行調整。
3、曲線
　　“ 色階” 只有三個調整滑塊（白場、黑場、灰度系數(shù)），但“ 曲線” 可以調整圖像的整個色調范圍內的點（從陰影到高光），能夠對圖像中的個別顏色通道進行精確調整。通過在“ 曲線” 調整中更改曲線的形狀，可以調整圖像的色調和顏色。將點向下或向右移動會將“ 輸入” 值映射到較小的“ 輸出” 值，并會使圖像變暗。要使陰影變亮，請將曲線底部附近的點向上移動。將點向上或向左移動會將較小的“ 輸入” 值映射到較大的“ 輸出” 值，并會使圖像變亮。使用黑場滑塊和白場滑塊可快速設置黑場和白場。曲線上較陡的部分表示對比度較高的區(qū)域；較平的部分表示對比度較低的區(qū)域。移動曲線頂部的點可調整高光。移動曲線中心的點可調整中間調，而移動曲線底部的點可調整陰影。
4、陰影高光
“ 陰影/ 高光” 命令不是簡單地使圖像變亮或變暗，它基于陰影或高光中的周圍像素（局部相鄰像素）增亮或變暗。正因為如此，陰影和高光都有各自的控制選項。默認值設置為修復具有逆光問題的圖像�！� 陰影/ 高光” 命令還有用于調整圖像的整體對比度的“ 中間調對比度” 滑塊、“ 修剪黑色” 選項和“ 修剪白色” 選項，以及用于調整飽和度的“ 顏色校正” 滑塊。
　　選取“ 圖像”>“ 調整”>“ 陰影/ 高光”。 通過移動“數(shù)量”滑塊或者在“陰影”或“高光”的百分比框中輸入一個值來調整光照校正量。值越大，為陰影提供的增亮程度或者為高光提供的變暗程度越大。既可以調整圖像中的陰影，也可以調整圖像中的高光。為了更精細地進行控制，可選擇“ 顯示其他選項” 進行其他調整。
5、色調均化
“ 色調均化” 命令重新分布圖像中像素的亮度值，以便它們更均勻地呈現(xiàn)所有范圍的亮度級�！� 色調均化” 將重新映射圖像中的像素值，使最亮的值呈現(xiàn)為白色，最暗的值呈現(xiàn)為黑色，而中間的值則均勻地分布在整個灰度中。
通過“ 直方圖” 面板，可以看到亮度的前后對比。
這種方法通常用來調整圖像的整體或局部對比度，尤其是當圖像的有用數(shù)據(jù)的對比度相當接近或差異很大的時候。通過這種方法，亮度可以更好地在直方圖上分布。這樣就可以用于調整局部的對比度而不影響整體的對比度。 這種方法對于背景和前景都太亮或者太暗的圖像非常有用，可以使曝光過度或者曝光不足照片中更好的突出細節(jié)。這種方法的缺點是它對處理的數(shù)據(jù)不加選擇，所以有些照片變換后圖像的灰度級減少，某些細節(jié)消失；或某些圖像，如直方圖有高峰，經(jīng)處理后對比度不自然的過分增強，因此常配合蒙板使用