Точечные операции: яркость, контраст, инверсия, порог

Точечная операция меняет каждый пиксель независимо от соседей — это самый простой класс обработки.

Точечная операция — преобразование, где новое значение пикселя зависит только от его старого значения: new = f(old).

Яркость и обрезка

Чтобы осветлить картинку, ко всем пикселям прибавляют число; чтобы затемнить — вычитают. Но яркость обязана остаться в диапазоне 0..255, иначе будет переполнение. Поэтому результат «зажимают» функцией clamp.

def clamp(v):
    return max(0, min(255, v))

row = [10, 50, 90, 130, 170, 210, 250]

bright = [clamp(p + 40) for p in row]
dark   = [clamp(p - 40) for p in row]
invert = [255 - p for p in row]
thresh = [255 if p >= 128 else 0 for p in row]

print("исходник:  ", row)
print("яркость+40:", bright)
print("яркость-40:", dark)
print("инверсия:  ", invert)
print("порог 128: ", thresh)

Вывод:

исходник:   [10, 50, 90, 130, 170, 210, 250]
яркость+40: [50, 90, 130, 170, 210, 250, 255]
яркость-40: [0, 10, 50, 90, 130, 170, 210]
инверсия:   [245, 205, 165, 125, 85, 45, 5]
порог 128:  [0, 0, 0, 255, 255, 255, 255]

Разберём каждую операцию:

Яркость +40: 250 стало бы 290, но clamp обрезал до 255 — деталь в светах «выгорела».
Инверсия: 255 - p — негатив, светлое становится тёмным.
Порог (бинаризация): всё ниже 128 → 0, всё выше → 255. Получаем чёрно-белую маску.

Контраст: растяжение диапазона

Тусклая картинка использует узкий диапазон яркостей (скажем, 60..150). Контраст усиливают, растягивая этот диапазон на все 0..255. Самый тёмный пиксель станет 0, самый светлый — 255, остальные — пропорционально.

row = [60, 70, 90, 110, 130, 150]
lo, hi = min(row), max(row)
print("min, max:", lo, hi)

stretched = [round((p - lo) * 255 / (hi - lo)) for p in row]
print("растянуто:", stretched)

Вывод:

min, max: 60 150
растянуто: [0, 28, 85, 142, 198, 255]

Тусклый диапазон 60..150 превратился в полный 0..255 — картинка стала «контрастнее», переходы заметнее.

Почему точечные операции важны

Это базовая предобработка: нормализация яркости, бинаризация перед поиском контуров или распознаванием текста (OCR). Бинаризация по порогу — первый шаг во многих классических пайплайнах: сначала превращаем картинку в чёрно-белую маску, потом ищем на ней объекты. А нормализация диапазона пикселей в 0..1 — обязательный шаг перед подачей в нейросеть.

Итог

Точечная операция: new = f(old), соседи не участвуют.
Яркость — сдвиг с обязательным clamp до 0..255.
Инверсия — негатив 255 - p; порог — бинаризация в маску.
Контраст — растяжение узкого диапазона яркостей на весь.