Google

Увеличение резкости. Часть 1.

altОдним из важнейших факторов, обуславливающим финальное качество цифровой фотографии является повышение или усиление резкости. А в некоторых случаях, например при печати фотографий больших форматов, роль и качество резкости становятся особенно важными. Зачастую даже фотографы, тратящие тысячи долларов на лучшие объективы и фотокамеры, в надежде получить идеальную резкость, не добиваются ее из за того, что на стадии финальной обработки фотографии используют неподходящие технологии повышения (усиления) резкости.

Для многих повышение резкости начинается и заканчивается на фильтре Adobe Photoshop — Unsharp Mask (Нерезкая маска) или сокращенно — USM. Но на самом деле Unsharp Mask — это только начальный, самый простой способ. Существуют и другие способы. Что важно — Unsharp Mask может быть использован в качестве основы или одним из шагов в более продвинутых и сложных способах повышения резкости.

Это важно понять в самом начале. В статье будут описаны различные инструменты и техники для увеличения резкости, кроме Unsharp Mask, но задача статьи не в том чтобы указать самый простой путь.

Потому что самый простой пусть не позволяет использовать все возможности по усилению резкости. Другими словами, читатель не найдет в статье описания «простого» способа получить хорошую резкость, из серии — сделайте так, потом так, а потом нажмите ок и вот она — резкость.

Хотя такой способ и можно описать, но он не даст наилучшего результата. Это связано с тем что оптимальный результат можно получить только тогда, когда фотограф анализирует в комплексе и различные инструменты для создания резкости и само исходное изображение, его изначальное качество и конечное назначение (печать на принтере, в лаборатории, публикация в Internet…). Только детальный, вдумчивый анализ изображения, понимание сути способов повышения резкости и поставленной конечной цели — позволит получить оптимальный результат. К тому же — то что оптимально для одной фотографии может оказаться далеким от оптимальности для другой — разные фотографии требуют применения разных инструментов, настроек и подходов. Суть данной статьи в том чтобы описать инструменты и методы, их использование, сильные и слабые стороны при применении к изображениям разных типов. Короче говоря, статья это указание к действию для думающего человека, желающего получить наилучшую резкость для своих фотографий, а не просто набор стандартных инструкций.

В цикле статей про усиление резкости будут описаны следующие методы:

  • Использование фильтра нерезкой маски или Unsharp Mask (USM)
  • «Умное» увеличение резкости (фильтр Smart sharpen )
  • Увеличение резкости при помощи High pass
  • Увеличение резкости основанное на Lab и использовании световых каналов
  • Использование инструмента Fade
  • Увеличение резкости при помощи слоев и режима наложения luminosity
  • Использование масок
  • Edge masks.
  • Усиление резкости в три приема
  • Плагины для увеличения резкости

Что такое резкость?

Вначале нам надо понять саму суть резкости. Любой человек не сведущий в фотографии может сказать вам, резкая фотография или нет. Но что такое резкость со стороны технической и за счет чего она достигается — понять гораздо сложнее. Попросите практически любого хорошего фотографа дать вам четкое, техническое описание — что такое резкость, и скорее всего ответа вы не дождетесь. Потому что понимание того что есть резкость тесно связано с пониманием инструментов при помощи которых она достигается и как они работают. Понимание того как работает резкость тесно связано с получением лучшего результата резкости для фотографии.

В основном резкость обусловлена двумя факторами: разрешающая способность и четкость границ. Для большинства людей разрешающая способность намного теснее связана с резкостью. Большее разрешение или разрешающая способность, позволяет получить более качественные мелкие детали, которые разделены между собой небольшими промежутками. Диаграммы для определения разрешения состоят из постепенно утончающихся линий и часто используются для тестирования разрешающий способности оптики. Обычно разрешающая способность измеряется в линиях на миллиметр (линии.мм). Чем больше линий в миллиметре позволяет различить оптика, тем лучше ее разрешающая способность. Проще говоря — разрешающая способность позволяет получить большее количество деталей изображения. Фотооборудование с высокой разрешающей способностью позволяет получить большое количество мелких деталей, а с маленькой — нет. Таким образом, разрешающая способность в основном связана с фотокамерой и объективом (действия с фотографией после того как она сделана, могут уменьшить разрешающую способность, но никогда не смогут ее увеличить если ее не было изначально.) Все инструменты по повышению резкости позволяют только немного «поиграть» с разрешающей способностью.

Рисунок 1

alt

Четкость связана с контрастом. То есть с контрастом соседних или близлежащих точек. Человеческий глаз и мозг воспринимает светлые точки (пикселы) находящиеся рядом с темными точками как четкие. чем резче переход от светлого к темному на границе точек (то есть чем выше контраст), тем более отчетливо будет видна эта граница. Это хорошо видно на рисунке 1.

На обоих изображениях светло серый прямоугольник граничит с темно серым. На первом изображении переход между светло серым и темно серым так же четок, как и между обоими прямоугольниками и зеленым фоном. То есть на этом изображении контраст или четкость — высокая. Как хорошо видно, граница резкая и отлично различимая. На втором изображении те же прямоугольники, но переход между ними и между зеленым фоном более постепенный. То есть контраст на границе потерян. Изображение менее четкое. И такая потеря четкости будет интерпретирована глазом человека как потеря резкости.

Очень важно понимать что на изображении 1 и 2 ничего не происходит с разрешающей способностью. Она одна и та же. То есть в условный миллиметр помещается 2 условных «линии». Вся разница заключается только в разнице контраста между «линиями».

И теперь мы подошли к одному из самых важных пунктов в понимании всех способов повышения резкости. Все техники и инструменты усиления резкости — увеличивают четкость изображения. Другими словами инструменты повышения резкости увеличивают контраст вдоль границ деталей изображения. Почувствуйте разницу между этими понятиями — резкость и четкость. Ни один инструмент при этом не затрагивает разрешающую способность. То есть количество деталей изображения остается неизменным их нельзя увеличить! Просто границы между этими деталями становятся более контрастными и четкими.

Так мы подошли к одному важному аспекту. Если изображение изначально не было в фокусе (изначально нерезкое) то вы никогда не сможете сделать его резким. Несфокусированное изображение имеет маленькое разрешение, то есть на нем нет деталей. И так как все инструменты по увеличению резкости не могут изменить количество деталей они не могут решить проблему изначально расфокусированного изображения. То есть инструменты усиления резкости будут работать тем лучше чем большее количество деталей имеется на фотографии. А количество деталей зависит уже от фототехники и техники фотосъемки.

Зачем нужно увеличение резкости?

Рисунок 2

alt

Итак увеличение резкости подразумевает усиление четкости границ деталей изображения. Резонный вопрос -«Почему нужно увеличивать четкость цифровых фотографий?» Тем более, что фото на пленке например не нуждается в этом (если не было отсканированно). Ответ лежит в природе сенсора или матрицы цифровой фотокамеры. Сенсор содержит некие массивы точек и каждая точка измеряет освещенность маленькой частички сенсора. Таким образом, каждая точка измеряет только один цвет из трех (красный, зеленый или синий). На рисунке 2 показан сегмент сенсора размером 16×16 пикселов (точек) — каждый цветной квадрат изображает пиксел сенсора. Реальный сенсор представляет из себя комбинацию миллионов таких маленьких пикселов.

Рисунок 3

alt

Теперь представьте цветок ириса, такой как на рисунке 3. Чтобы сфотографировать этот цветок цифровой камерой, свет от цветка должен пройти через объектив и осветит часть сенсора, массив пикселов на сенсоре. Особенный интерес при этом представляет то, что произойдет на границах цветка.

Рисунок 4

alt

На рисунке 4 увеличенное изображение ириса. Выберем точки недалеко от границы, которые имеют очень высокий контраст. На лепестке тон практически чисто белый, за границей лепестка преимущественно чисто черный. Выберем три точки для анализа. Точка 1 — на белом лепестке. Точка 2 — черная точка за границей лепестка. И точка 3 — четко на границе. Теперь посмотрим как эти три точки запишутся пикселами сенсора. В данный момент будем думать только в «черно белом» варианте, к цветному вернемся чуть далее.

Рисунок 5

alt

Рисунок 5 сравнивает — как свет падает на пиксел и как пиксел записывает этот свет. Пиксел 1 получает чистый белый свет от лепестка и записывает его как чистый белый. Пиксел 2 не получает вообще никакого света (черное за границей лепестка) и сохраняет черный цвет. А вот с пикселом 3 получается проблема. Граница проходит прямо через пиксел. Часть пиксела получает свет от лепестка, а другая часть вообще никакого света. К сожалению пиксел не может записать и черное и белое одновременно. Он может записать только их комбинацию. Комбинация белого и черного даст серый — который и будет записан пикселом. Когда глаз видит цветок, он видит четкую границу — белое/черное. А сенсор видит эту границу «более мягкой» — белое/серое/черное. То есть пикселы сенсора уменьшили четкость границы!!!

Это одна из двух основных причин, зачем нужно поднимать резкость для цифровых фотоснимков. Граница которая попадет на пиксел — не будет записана как четкая граница. Четкость границы потеряется из за технологии того, как пиксел запишет границу, если она пройдет прямо через него.

Другая причина состоит в цвете и его представлении. Как уже говорилось выше — каждый пиксел может измерить только одну цветовую составляющую света (красную, синюю или зеленую). На самом деле пиксел не может измерить цвет. Пикселы не видят цвет. И так же не могут его измерять. Все пикселы измеряют только интенсивность света (а не цвета). Другими словами они всегда измеряют в серых тонах. Тогда как получается цвет? Через фильтрацию и волшебство программ! Для воспроизведения цветов используется мозаика цветовых точек — как правило, красных, зеленых и синих. В результате отдельные пикселы приобретают чувствительность к одному цвету. Такая многоцветная маска накладывается поверх сенсора таким образом, чтобы одна точка соответствовала одному пикселу. То есть свет проходит через маску, фильтруется для каждого пиксела на цветовую составляющую и пиксел воспринимает это как комбинацию — цветовая составляющая + степень ее яркости.

Чтобы создать тот цвет что мы видим на фото — программное обеспечение смотрит на каждый пиксел и определяет интенсивность цвета, который попал на пиксел. Затем программа смотрит на все соседние пикселы и интенсивность их цвета (которые имеют свои собственные цвета с интенсивностью). Используя эту информацию программа вычисляет цвет для каждого пиксела и ассоциирует этот цвет с этим пикселом. Этот процесс называется интерполяцией Бaйера.

Интерполяция Байера может служить причиной проблем с четкостью границы где изменяется цвет. Для примера, представим темно зеленый лист напротив светлого, голубого неба. Глаз видит четкую границу — зеленое/голубое. С другой стороны интерполяция Байера может представить эти цвета более мягкими на границе (за счет соседних пикселов другого цвета) и таким образом еще сильнее снизить четкость границы между цветами. Говоря проще сам процесс представления изображения — цифровым изображением может снижать четкость изображения.

Как раз эту потерю четкости и могут вылечить инструменты увеличения резкости.

Как работает увеличение резкости

Рисунок 6

alt

Увеличение резкости (sharpening) восстанавливает потерю четкости границ в результате цифрового «захвата» изображения или его создания. Усиление резкости (sharpening) на самом деле просто делает темную сторону от границы — темнее, а светлую светлее. Это показано на рисунке 6. На этом рисунке гистограмма границы изображения. Пикселы слева от границы на гистограмме становятся еще темнее а справа от границы — светлее.

На первой гистограмме показано как границу воспринимает наш глаз. Глаз видит четкий переход. На второй — так как граница фиксируется цифровой камерой. Граница как бы растягивается, за счет плавности перехода. То есть теряется ее четкость. На третьей гистограмме показано как выглядит граница после увеличения резкости. Как видите со стороны темной части от границы интенсивность темного стала выше и соответственно выше интенсивность светлого со светлой стороны. Подобное изменение компенсирует плавность перехода от одного края границы к другому, делая этот переход более ярко выраженным. Таким образом глаз снова увидит четкую границу. Другими словами, усиление резкости как бы обманывает наш глаз, то есть мы не делаем границу реально четкой как на гистограмме 1, а создаем иллюзию которая позволит глазу увидеть границу более четко чем она была зафиксирована камерой.

Как работает принцип нерезкой маски?

Рассмотрим как работает «классическая» технология по увеличению резкости, а именно Unsharp Mask (USM) или нерезкая маска. В те дни, когда еще не было программ для обработки графических файлов и все производство фотографии, от проявления пленки до печати, происходило в темной комнате, фотографы использовали такой прием. Они брали один негатив и использовали его для того чтобы создать другой, чуть размытый негатив. Затем они складывали размытый и оригинальный негатив вместе и печатали фотографию. Такой прием позволял увеличить резкость на отпечатке.

USM делает примерно то же самое, только в цифровом исполнении — что быстрее и дешевле. USM находит границу и делает темнее темную сторону от границы а светлую светлее — как показано на гистограмме 3. Проблема в том, что USM не всегда может адекватно определить границу. Для обнаружения границы USM просто ищет области с высоким контрастом. И это происходит так же как и наложение негативов в темной комнате. USM копирует оригинальный слой, размывает его, затем анализирует наложение этих слоев и вычисляет разницу в тонах оригинального и размытого слоя.

Рисунок 7

alt

На рисунке 7 показано как это происходит. Картинка 1 показывает границу с недостаточной четкостью. На картинке 2 — та же граница но еще более размыта. На третьей картинке — результат наложения первых двух. Вычитание точек одной картинки из другой позволяет определить границу.

То есть одинаковые точки стали черными а чем сильнее разница между слоями тем более отчетливо видна граница — самая светлая линия на картинке 3. Таким образом USM определяет область наибольшего контраста а затем увеличивает контраст этих областей на оригинальном изображении, позволяя увеличить четкость самой границы.

alt

Рисунок 8

alt

Рисунок 9

Эта процедура показана на рисунках 8 и 9. На рисунке 8 — оригинальное изображение со множеством границ, а рисунок 9 показывает как эти границы можно идентифицировать. На этом рисунке границы показаны как самые светлые участки. В то время чем дальше от границы тем темнее.

После этого USM может поднять контраст вдоль выявленных границ. В результате получим более резкое изображение чем то что было зафиксировано камерой.

Конец первой части

Понравилось? Расскажите друзьям: