Повышение четкости фотоизображений. Автор: Дмитрий А. Константинов

Параметры отсканированного изображения: ширина 587 пик; высота 599 пик; разрешение 2534 пик\дюйм; 1 М.

Произведено уменьшение изображения до 245х249 пик.

JPEG сжатие – 4

1.jpg (29455 bytes)

Использование фильтра USM: Величина = 100; Радиус = 1; Порог = 4

2.jpg (36012 bytes)

Использование фильтра USM: Величина = 200; Радиус = 1; Порог = 4

3.jpg (40950 bytes)

Использование фильтра USM: Величина = 300; Радиус = 1; Порог = 4

4.jpg (44721 bytes)

Использование фильтра USM: Величина = 400; Радиус = 1; Порог = 4

----------------------------

01.jpg (10078 bytes)

Исходное изображение

02.jpg (11343 bytes)

Использование фильтра USM: Величина = 120; Радиус = 0,5; Порог = 3

04.jpg (11622 bytes)

Использование фильтра USM: Величина = 200; Радиус = 0,3; Порог = 3

03.jpg (12652 bytes)

Использование фильтра USM: Величина = 120; Радиус = 2; Порог = 3

Чудес не бывает. Методы цифрового улучшения четкости непригодны для исправления ошибок съемки. Если оригинал не резок лучше не тратить время напрасно, а заказать пересъемку или поискать более качественное аналоговое изображение. С помощью квалифицированного применения методов повышения четкости можно сделать не так уж и многое, единственно для чего они пригодны, так это для усиления контраста изображения и улучшения восприятия контуров объектов.

Повышение четкости – обязательный шаг в процессе обработки любой фотографии перед ее выводом на печать или использованием в Интернет. Только профессиональные барабанные сканеры и цифровые камеры (ценой от 30 тысяч $) практически не смягчают картинку. Во всех остальных случаях при вводе изображений с Photo CD, цифровых камер, любительских и полупрофессиональных сканеров, элементы ПЗС (приборы с зарядовой связью) вносят такое количество шума, что цифровое повышение четкости становится неизбежным.

Процесс печати также смягчает изображение, поэтому небольшая избыточная четкость не повредит т.к. конечный продукт почти всегда выглядит немного мягче, чем на вашем мониторе. То же самое касается и подготовки изображений для публикации на WWW. Для использования в сети фотографии переводятся в формат JPEG. Этот формат позволяет в несколько раз уменьшить размер файла, и является стандартом для всех броузеров, однако сжатие по алгоритму JPEG – является сжатием с потерями, т.е. чем сильнее вы сжимаете файл, тем выше риск потери качества изображения. В идеале, улучшение четкости следует производить перед сохранением в формате JPEG. Если не соблюдать это правило и производить операции по повышению четкости после записи изображения в формате JPEG становятся видны границы блоков 8х8 пикселов, которые создаются алгоритмом сжатия этого формата. (См. статью "Оптимизация JPG-файлов")

Фильтр наложения нерезкой маски (USM) или Контурной резкости.

Самым распространенным способом улучшения четкости является использование фильтра Unsharp Masking в пакете Adobe Photoshop. Большинство пользователей и не подозревают о том, что этот способ является одним из самых сложных и как следствие используют его достаточно топорно. Грамотное и аккуратное использование USM способно тонко воздействовать на фотоизображение и позволяет достигать очень качественных результатов.

Этот метод улучшения изображений не является чем-то оригинальным. Он уже более ста лет используется в аналоговой фотографии. При работе этого фильтра происходит объединение слегка расплывчатой (нерезкой) версии изображения с оригиналом. В результате получаются резкие детали в высококонтрастны областях (края, где заметно отличаются светлые и темные выборки) без усиления тоновых скачков в областях с низкой контрастностью (области плавного градационного перехода, где резкие тоновые скачки могут нарушить плавность переодов). Поскольку при этом повышается контрастность на многихх участках изображения, нерезкое маскирование обычно усиливает общее впечатление контрастности. Unsharp Masking позволяет управлять тремя параметрами процесса:

Amount (Величина). Эта установка регулирует интенсивность разделителей (переходных зон) по каждую сторону от тонового скачка, т.е. степень усиления тоновых отличий. Это не величина ореолов, это лишь величина тоновых отличий. Степень усиления контраста выражается в процентах. При установке 100% - существующая резкость усилится в два раза, 200% - в четыре и так далее. При работе с резкими оригиналами белее чем 100% степени улучшения четкости обычно не требуется. Значения в 200-400% больше подходят для изображений предназначенных для печати больших размеров и плохо отсканированных или не качественных оригиналов.
Если использовать установки описанные для параметра Radius, неплохие результаты могут быть получены при значении Amount, равном 200%, или по крайней мере это значение можно использовать, как начальное приближение.
По мере увеличения параметра Amount вы приближаетесь к точке конечного результата (предельной точке). Разделители вокруг больших тоновых скачков постепенно приближаются к белому или черному тону, поэтому увеличение Amount после достижения этой точки не оказывает дальнейшего влияния на эти зоны.
Большие значения Amount могут усилить проблемы шума и крапчатости, о которых говорится ниже, но вы можете избежать этих проблем, используя установку Threshold (Порог).

Radius (Радиус) – указывает, насколько широкими должны быть "разделители" (переходные зоны) по каждую сторону края в точках-выборках. При больших значениях получаются широкие разделители (большие ореолы, включается много точек-выборок). Размер ореолов, получаемых в результате применения средств повышения резкости, влияет на получаемое впечатление резкости изображения (большой радиус предполагает более высокую резкость). Ширина пути измеряется в десятых долях пиксела. Особенности управления этим параметром зависят от величины изображения. При работе с изображениями низкого разрешения или фотографиями печатающимися маленьким размером радиус не должен превышать 0,5-1,0 пиксела. Злоупотребление повышением ширины пути приводит к появлению эффекта гало. Примерное значение необходимой величины этого параметра можно можно определить разделив выходное разрешение (пикс\дюйм) изображения на 200. Соответственно, для сканированных изображений с разрешением 300 spi (выборок на дюйм), используйте иначение 1,5. Единственное исключение из этого правила - это работа над большими изображениями, которые никто не рассматривает на близком расстоянии, - крупные афиши и плакаты. В этих случаях могут понадобиться большие значения Radius, что бы создать впечатление резкости на определенных расстояниях. Для очень больших изображений рекомендуется следующаа формула:
расстояние от наблюдателя (в дюймах) х разрешение (spi) х 0,0004 = Radius
Эта формула базируется на некоторых теориях чувствительности нашего глаза с циклом амплитудной модуляции при заданном угле обзора.

Threshold (Порог). Значение этого поля указывает, насколько должны отличаться значения смежных тонов (в диапазоне от 0 до 255), что бы к ним можно было применить этот фильтр. Например, если значение Threshold равно 3 и соседние точки-выборки имеют тоновые значения 122 и 124, к ним фильтр не применяется. Таким образом, средства повышения резкости не применяются к областям с низким контрастом. Измеряется он в levels (уровнях). Говоря по другому: порог – это разность значений тона между соседними пикселами. В стандартных случаях его значение устанавливают между 2 и 6 уровнями. Каких либо жестких правил применения этого параметра не существует т.к. все зависит от особенностей тонового диапазона и контрастности конкретного изображения.
Установка Threshold является ключевым параметром, позволяющем избежать проблемы рябчатости и "искусственности" изображения, возникающих при повышении резкости. Используя этот параметр, фильтр Unsharp Mask игнорирует слегка выделяющиеся пикселы вместо их акцентирования. Это особенно важно для гладких переходов естественных тонов. В большинстве случаев наиболее преемлемыми являются значения 3 или 4.

Проблемы нерезкого маскирования

При неверном или "избыточном" использовании нерезкое маскирование может создавать впечатление "искусственности" изображения.

Ореолы. "Разделители", которые появляются по обе стороны каждого тонового шага при нерезком маскировании, могут превращаться в совершенно лишние визуально ощутимые ореолы.

Ступенчатость. После применения фильтра нерезкой маски, края с большим наклоном - подобно темному зданию на фоне светлого неба - часто обнаруживают дефект ступенчатости.

Рябчатость. Сканированные изображения часто содержат небольшое число случайных точек-выборок, которые не соответствуют своему окружению. Они могут возникать из-за "шумов" с сигнале сканирования, неоднородностей в исходном изображении или просто как содержимое изображения (в том числе и зернистость пленки). Повышение резкости может акцентировать эти неоднородности, что вызывает ряд проблем - особенно в изображениях отсканированных с низким разрешением.

В статье использованы материалы книг:
Сканирование. Профессиональный подход. С. Айриг, Э. Айриг.
Сканирование и растрирование изображений Д. Блатнер, Г. Флейшман, С. Рот.

У 1999 Дмитрий Константинов
photodak@aha.ru