120 porotců, 24 barevných obrázků a 7 softwarových metod na jejich převod do šedotónové stupnice. Která metoda bude statisticky nejúspěšnější? Napadlo by vás, že špičkový výzkum na ČVUT může zahrnovat prvky sociologie? „Kvalita obrázků je subjektivní záležitost," vysvětluje Martin Čadík, z   Centra počítačové grafiky na katedře počítačové grafiky a interakce ČVUT FEL. Povídali jsme si s ním o grafice, simulaci, lidském vnímání, HDR fotografii a aktivitách Centra.

V únoru 2008 se Martin Čadík zúčastnil soutěže Trans it! o příspěvek s největším aplikačním potenciálem, kde představil vlastní metodu pro převod barevných obrázků na černobílé, která pracuje s přechody mezi barvami, a zachovává tak rozdíly mezi stejně jasnými plochami. Metoda poskytovala velmi dobré výsledky zejména v porovnání s běžně dostupnými grafickými programy a nabízela široké uplatnění všude tam, kde je potřeba pracovat s obrazem okleštěným o barevnou informaci – například černobílý tisk, preprocesing pro další zpracování, komprese atd. V době, kdy jsme se setkali na katedře počítačů na Karlově náměstí, měl za sebou náročný experiment spočívající v hodnocení sedmi různých metod (včetně té své) z hlediska kvality převodu a věrnosti originálu vzorkem 120 lidí. Studenti, kteří se experimentu účastnili, měli za úkol porovnat vždy dva obrázky – každý výsledek jiné metody – a říci, který se jim zdá lepší. „Kvalita obrázků je subjektivní – jediná cesta je zeptat se dostatečně velkého množství lidí," říká Martin Čadík.

Konkurence je silná – vítěz nejednoznačný

Vědci publikující nové metody mají tendenci ukazovat jen ty nejlepší dosažené výsledky. Nezávislý test je proto velmi přínosný a na jeho výsledky čeká spousta odborníků. Experiment neměl jednoznačného vítěze: ze sedmi metod jich šest vyhrálo alespoň u jednoho obrázku, všech sedm alespoň u jednoho obrázku prohrálo. A jak si stála metoda Martina Čadíka? „Máme výborné výsledky zejména pro obrázky, které jsou pro jiné metody příliš složité, statisticky jsme však nedosáhli na první místo," přiznává Martin Čadík.

Vlevo: vstupní obrázek se stejně jasnými plochami, uprostřed: obrázek převedený do ČB škály pomocí Photoshopu, vpravo: výsledek metody vyvinuté v Centru počítačové grafiky

„Snažil jsem se být co nejvíce nestranný, i když jsem věděl, jak naší metodě pomoci." Metodu se chystá dále zdokonalovat, neboť se v konkurenci osvědčuje jako robustní, rychlá a výpočetně nenáročná. A jak vidí možnosti její komercializace? „Cílem každého člověka, který něco vymyslel, je aby to někdo používal. Pro některé aplikace však může být výhodnější použití jiné metody; důležité je, že dokážeme poradit, pokud za námi někdo přijde s problémem".

Rozšířená realita slavila úspěch

Spinnstube v hodině biologie. Foto: Arise Project

Fotografie budoucnosti

Další oblastí aktivit Martina Čadíka v Centru počítačové grafiky je fotografie s vysokým dynamickým rozsahem („high dynamic range imaging"). Jde o technologii umožňující obrazově zachytit velký rozsah hodnot intenzity světla od dobře osvětlených míst až po ty velmi tmavé. V tom se podobá lidskému zraku. Velmi intenzivní výzkum probíhá na poli zpracování takovýchto HDR obrázků. Zejména zobrazení a tisk na běžných výstupních zařízeních jsou problémy, pro jejichž řešení se vědci velmi rádi inspirují vizuálním systémem člověka a lidským obrazovým vnímáním. Modely vidění založené na vnímání se používají také pro strojové porovnávání obrázků, například při hodnocení kvality komprese. „Pokud  obrázek obsahuje šum, uvidíte ho na bílé ploše, ale už ne v textuře. Pomocí metod simulujících lidské vnímání se dají např. rozpoznat oblasti obrázků a následně ušetřit určitý výkon počítače, kde lidský zrak nedokáže rozpoznat rozdíl," vysvětluje Martin Čadík.

V  HDR existuje několik oblastí vědeckého zájmu: jak snímky získávat, jak je komprimovat, jak je ukládat a jak je zobrazovat. Hlavní problém je v tom, že veškerá technika v současnosti patří do sféry LDR (nízký dynamický rozsah), například fotoaparáty, počítačové displeje atd. Dokud nezačne být HDR hardware běžně dostupný, bude nutné obrazy s vysokým dynamickým rozsahem převádět na běžné (LDR) obrázky. K vytvoření HDR snímku dnes stačí digitální fotoaparát, kterým nafotíte jednu scénu vícekrát s různou expozicí, a počítačový program, s jehož pomocí obraz složíte. Metody, které naopak transformují HDR obraz na běžný (LDR) obrázek se odborně nazývají metody mapování tónů (tone mapping methods). Srovnání dostupných metod na základě kvalitativní charakteristiky HDR obrázků můžete najít na internetových stránkách Martina Čadíka http://www.cgg.cvut.cz/members/cadikm/. HDR se kromě grafiky může uplatnit také v  lékařském zobrazování a v bezpečnostních aplikacích. Díky vysokému dynamickému rozsahu je například možné přečíst poznávací značku auta i v noci, proti světlu rozsvícených reflektorů.