и некоторые из старых рассуждений кажутся мне немного наивными, хотя и верными. Я решил оставить все как есть, просто дополнив статью иллюстрациями и комментариями двух человек, которые показались мне интересными. ЖЖ бережет мозг читателя и не позволяет публиковать слишком большие тексты. Придется размещать частями.
В пятом издании книги Дэна Маргулиса «Photoshop для профессионалов. Классическое руководство по цветокоррекции» имеется следующая врезка: «Кроме того, некоторые предпочитают повышать резкость командой Filter Other High Pass на отдельном Overlay-слое. Если в этом фильтре для параметра Radius установить соответствующее значение, можно добиться результата, во многом похожего на hiraloam USM. Но при этом понадобятся дополнительные шаги, а еще в High Pass отсутствует параметр Threshold. Кроме того, поскольку установка завышенных значений параметра Amount невозможна, подобрать верное значение Radius нелегко. Поэтому все же лучше использовать hiraloam USM».
В то же время, разыскивая в Интернете материалы на эту тему, на форуме известного микростокового фотографа Льва Долгачева я наткнулся на его высказывание: «…я использую High Pass. Я получил когда-то рекомендацию использовать ТОЛЬКО этот метод от инспекторов фотобанка iStockphoto, и очень рад, что получил. С тех пор у меня всё очень хорошо…»
Кто же всё-таки прав? Один из лучших специалистов по обработке изображений или инспекторы крупнейшего в мире микростока? Интернет и книги пестрят еще большим количеством «самых правильных методов» повышения резкости. Какой из них выбрать? Давайте внимательно рассмотрим процесс искусственного повышения резкости, механизмы работы USM и High Pass, проанализируем их сильные и слабые стороны, и пусть каждый решит для себя самостоятельно, какой метод ему ближе.
Через полгода после опубликования данного материала на форуме microstock.ru я получил несколько комментариев от пользователя skitalets-1961. К сожалению, я знаком с ним только по переписке на форуме и не знаю его имени «в миру». В статьях этого автора я также нашел полезные замечания. В процессе повествования я буду приводить их с пометкой: «Дополнение от skitalets-1961».
После московского семинара (18 сентября 2009) я передал перевод статьи Дэну Маргулису и имел с ним небольшую переписку на эту тему. Полагаю, вам тоже будет интересно узнать с какими идеями он согласился, а с какими нет. Поэтому с позволения Дена я буду приводить их с пометкой: «Замечание Дэна Маргулиса».
Замечание от Дэна Маргулиса.
«Насколько я могу предсказать, вас ждет светлое будущее в этой отрасли. Я согласен практически со всем что вы написали и поддерживаю все ваши выводы, за исключением одного, где вывод сформулирован слишком строго, и еще одного, где вывод не поддержан исследованием».
Способ искусственного повышения резкости
Для начала определимся с тем, что такое резкость. И обсудим способ ее повышения. Вот определение из «Большой советской энциклопедии» (из цитаты убраны технические подробности, относящиеся непосредственно к процессу фотографирования):
Резкость фотографического изображения, степень отчётливости границы между двумя участками фотоизображения, получившими разные экспозиции. (…) Субъективное впечатление о Р. ф. и. зависит от скорости, с которой меняется плотность в этой зоне, и абсолютной разности плотностей на её краях. (…) М. Я. Шульман.
Заменив в этой фразе слова «экспозиция» и «плотность» на более привычное компьютерному человеку слово «яркость», мы получим хорошее определение резкости для растровой картинки. Для упрощения повествования давайте разберем на примере черно-белой картинки, каким способом можно повысить резкость. С цветной все происходит точно так же, только разбирать нужно каждый канал в отдельности. Рассмотрим увеличенный фрагмент границы между темной и светлой областями (рис. 1). Кстати, вы видите светлую вертикальную полосу в зоне 1 и темную в зоне 2? Поздравляю!
Вы только что стали жертвой оптической иллюзии, вызываемой латеральным торможением в сетчатке глаза и известной как полосы Маха. Это вечная головная боль полиграфистов. На самом деле, никаких полос там нет, а их «появлению» мы обязаны особенностям восприятия человеческого зрения. Человек способен «увидеть» несуществующие объекты и «не увидеть» существующие. Запомните этот факт, он пригодится нам при дальнейшем рассмотрении способа повышения резкости.
Под изображением полутонового перехода от светлой области к темной помещен график, показывающий зависимость яркости изображения от горизонтальной координаты. Давайте перейдем на формальный математический язык и рассмотрим этот график. Используя приведенное выше определение резкости, мы можем сказать, что резкость границы между светлой и темной областями тем выше, чем меньше ширина «переходной зоны» W и чем больше ее высота H. Что же можно сделать, чтобы произвести такие изменения? Во-первых, сильнее разнести горизонтальные участки графика по вертикали, то есть, поднять контраст изображения, расширив до максимально допустимого динамический диапазон картинки. При этом H увеличится и резкость несколько возрастет. Но контраст нельзя поднимать до бесконечности, поэтому улучшения будут незначительны, а нам хочется гораздо большего.
Можно попытаться уменьшить ширину W. Но, с одной стороны, нельзя делать это слишком сильно, так как границы станут очень жесткими и картинка приобретет неестественный «графичный» вид, а с другой — и это гораздо важнее — трудно создать алгоритм, который эффективно отличит «граничные» полутоновые переходы от «художественных», и корректно продлить заливку в «переходную зону». Кроме того, уменьшение W влияет только на «скорость изменения яркости в зоне перехода», но не затрагивает «разность яркостей на ее краях». Все-таки нам придется вернуться к вопросу об увеличении H.
И тут на помощь приходит знание особенностей зрительного восприятия человека. Помните полосы Маха? Человеческий глаз не «фотографирует» всю картинку целиком, как фотоаппарат, он делает много маленьких «снимков», после чего мозг «склеивает» из них большую двумерную панораму. Вот ее мы и воспринимаем как результат взгляда на изображение. При этом результирующая картинка очень похожа на карту земли Google: основные площади «отсняты с низким разрешением», и только вдоль контрастных контуров наш глаз совершает движения с маленьким шагом и выдает очень четкие картинки. При этом переходы с большим контрастом (большей высотой H) воспринимаются гораздо лучше переходов с меньшим контрастом. Низкоконтрастные переходы, расположенные близко к высококонтрастным, при достаточно большой разнице в контрастах могут быть вообще отброшены мозгом из рассмотрения, то есть, — «не видны».
Еще не догадались, как мы можем этим воспользоваться? Давайте обманем глаз (а точнее, мозг) и дорисуем полосы Маха в реальности. Только их середины расположим на краях зоны перехода, а границы сделаем плавными. На рисунке 2 приведена измененная картинка и изменившийся в соответствии с ней график. Мы сохранили яркость светлой и темной плашек, но обратите внимание, насколько контрастнее стал переход (сравните H и H(new)) и как возросла скорость изменения яркости (увеличилась крутизна кривой). Контраст светлого H(light) и темного H(dark) ореолов по отношению к плашкам существенно ниже контраста перехода H(new), вследствие чего переходы от плашек к ореолам будут отброшены мозгом при обработке картинки. В результате мы «не увидим» эти ореолы, а «увидим» только увеличение резкости перехода.
На приведенной картинке мы четко видим все эти переходы, но не забывайте, что она сильно увеличена. Вернем этот фрагмент к нормальному масштабу — мозг будет обманут, и мы получим долгожданный результат. Естественно, во всем надо знать меру. Если начать «тянуть» светлый ореол вверх (по графику), а темный вниз, то с какого-то момента они начнут распознаваться мозгом и вся наша оптическая иллюзия рухнет.
Вывод: данный способ имеет ограничения по степени воздействия. Вы спросите, где конкретно проходят эти ограничения? Тут, увы, математика бессильна. Поскольку в его основе лежит оптическая иллюзия, дальше все придется делать «на глазок»: как только заметили, что иллюзия ломается, пора останавливаться и возвращаться немного назад. При этом отклонения яркости для светлых H(light) и темных H(dark) ореолов могут визуально по разному влиять на картинку и, вообще говоря, эти отклонения не обязательно должны быть равны друг другу.
Теперь давайте проанализируем ширину зоны перехода W. Чем более сфокусированным и резким будет исходный снимок, тем больше в нем будет мелких деталей и тем меньше будет ширина W и, соответственно, ширина ореолов. При расфокусировке и понижении резкости исходного снимка ширина W будет увеличиваться. Соответственно, будут исчезать мелкие детали изображения. Вместе с ней будет увеличиваться и ширина ореолов, и в какой-то момент они начнут распознаваться глазом как отдельные элементы. В этот момент иллюзия опять же рухнет.
Отсюда следуют два важных вывода. Первый: чем более нерезким и расфокусированным является исходное изображение, тем большую ширину ореолов нам придется задавать. Второй: данный способ повышения резкости не сделает изображение сфокусированным. Он вполне может скомпенсировать легкое непопадание фокуса, но начиная с некоторого момента, привнесенные нами «костыли» постобработки начнут торчать во все стороны.
Таким образом, единственным способом повышения резкости снимка является создание оптической иллюзии путем обрамления контрастных границ ореолами (светлым со стороны более светлого поля и темным со стороны более темного), визуально сбалансированными по ширине с зоной перехода между светлым и темным полями, а по отклонению яркости — с яркостями этих полей.
Единственной альтернативой данному способу является повторная съемка с обеспечением большей начальной резкости. Для этого потребуется: качественная оптика с высокой разрешающей способностью, точная фокусировка. Также важную роль играет разрешение фиксирующего элемента: плёнки или матрицы цифровой фотокамеры.
Теперь, когда мы определились со способом искусственного повышения резкости, самое время обсудить конкретные приёмы. Можно пойти по стопам художников эпохи Возрождения и нарисовать ореолы вручную, но это несколько утомительно. Нам необходим автоматизированный метод создания ореолов. И здесь на помощь приходит опыт фотографов и полиграфистов.
Почему метод повышения резкости называется «НЕРЕЗКАЯ маска»?
Эта методика широко использовалась для повышения резкости полиграфистами и фотографами еще в то время, когда вся обработка изображений была аналоговой, то есть, финальная картинка получалась путем многочисленных переэкспозиций позитив-негатив-позитив с внесением на различных этапах изменений в текущие материалы (общая коррекция экспозиции; ручная ретушь; выравнивание экспозиции по всему полю кадра путем маскирования материалом с градиентным светопропусканием; в полиграфии — цветоделение и растрирование; и т.д.). Аналогичным образом производилось повышение резкости.
Суть метода следующая. При очередном получении позитива экспозиция проводится в два этапа. На первом этапе позитив экспонируется только с оригинального негатива; на втором — позитив экспонируется с оригинального негатива, замаскированного позитивом того же, но слегка нерезкого, полученного при легкой расфокусировке, изображения. Рассмотрим технологию прямой контактной копировки. С оригинального негатива сделаем слегка нерезкий позитив (при экспонировании подложим стекло между свежей пленкой и негативом) Наложим на свежую пленку исходный негатив и проведем экспозицию со временем T1. Теперь, не снимая исходного негатива, наложим сверху нерезкий позитив и проведем экспозицию со временем Т2.
В реальности удобнее сначала сделать экспозицию через обе пленки, а потом снять нерезкий позитив и доэкспонировать, но порядок действий здесь не важен. Проявим пленку. В результате мы получим позитив с искусственно поднятой резкостью. Степень поднятия резкости и полученная при этом детализация зависит от соотношения времени экспозиций T1 и T2 и степени расфокусировки (толщины стекла) при получении нерезкого позитива.
Тем, кто хочет понять данный процесс с «фотографической» точки зрения, то есть, в терминах «экспозиция», «светопропускание» и «суммарный световой поток», рекомендую почитать старые учебники полиграфии. Остальным предлагаю вернуться в компьютерную эпоху, перейти на язык математики, вспомнить термин «яркость» и провести анализ уже известного нам графика с точки зрения описанных выше действий. Поскольку мы начинаем рассуждать математически, можно отойти от реальной последовательности действий и спокойно отнестись к формальным промежуточным результатам, не имеющим аналогов в реальной жизни. Например, отрицательной яркости.
Посмотрите на рисунок 3.1. Тонкой сплошной линией показана зависимость яркости от горизонтальной координаты для исходной картинки, а толстой пунктирной — для нерезкой. Давайте попарно вычтем значения второй функции из значений первой. Результат данного действия приведен на рисунке 3.2. Проведенная нами математическая операция по смыслу аналогична второй экспозиции: негатив изображения замаскирован позитивом его нерезкой копии. Конечно, реальные процессы надо рассчитывать по-другому: подсчитывая суммарный световой поток, и значение яркости не уходит в минус, но для математической модели и этого результата вполне достаточно. Запомните кривую на рисунке 3.2, нам она еще понадобится, а пока давайте прибавим значения полученной функции к значениям функции для исходной картинки.
Результат показан на рисунке 4 жирной линией. Сравните его с графиком на рисунке 2 — они совпадают. Таким образом, с помощью маски, сделанной из нерезкой копии исходного изображения, нам удалось создать необходимую для визуального повышения резкости оптическую иллюзию. Кстати, о терминологии. Из данного описания становится понятно, что правильным названием инструмента является именно термин «нерезкая маска» или «нерезкое маскирование», а не «маска нерезкости», «повышение резкости» и т.п.
При работе в темной комнате ширину ореолов изменяют, увеличивая или уменьшая расфокусировку при изготовлении нерезкого позитива, а степень воздействия (высоту «горбов» на графике) — меняя баланс времен экспозиции T1 и T2. В математической модели достаточно ввести числовые коэффициенты для управления инструментом размытия картинки и умножения на них значений функции с рисунка 3.2 перед сложением их со значениями функции исходной картинки.
Мы рассмотрели нерезкое маскирование на примере черно-белого изображения. При необходимости поднять резкость цветной картинки весь набор операций повторяется для каждого канала в отдельности. Представьте, сколько времени и материалов (пленки, химреактивов) приходилось расходовать типографиям для нерезкого маскирования одной картинки до появления компьютеров. Именно соображения экономии натолкнули технологов на идею производить нерезкое маскирование не во всех каналах. Вот откуда берет начало рекомендация Маргулиса повышать резкость только в черном и слабом (наиболее светлом) каналах CMYK или только в слабом канале RGB. При компьютерной обработке этот приём применяется для противодействия возникновению шумов, но корни его — в простом желании руководителей старых типографий сэкономить.
Все компьютерные методики повышения резкости разными способами реализуют один и тот же прием: нерезкое маскирование. Но прежде, чем перейти к его рассмотрению в Photoshop, давайте еще раз внимательно посмотрим на рисунок 4 и порассуждаем. Вы читали «Голубой карбункул» Конан Дойля? Шерлок Холмс смог достаточно подробно описать совершенно незнакомого ему человека, имея в распоряжении только его шляпу. Графики на рисунке — это наша «шляпа». В следующий раз посмотрим, можно ли рассказать еще что-нибудь о нерезком маскировании.
Желающие посетить очные занятия по цветокоррекции и обработке изображений могут познакомиться с программами и списком ближайших мероприятий в заглавном посте моего ЖЖ. Там же вы найдете ссылки на другие мои статьи.
Без предварительного согласования с автором разрешается перепечатка и размещение этого материала на любых ресурсах с бесплатным доступом при условии полного сохранения текста (в том числе и этого раздела), ссылок и иллюстраций, указания авторства и ссылки на первую публикацию.
Для коммерческого использования или перепечатки с внесением изменений необходимо согласование с автором. Связаться со мной можно по электронной почте zhur74@livejournal.com
© Андрей Журавлев (aka zhur74), ноябрь 2008 г.
Редакция вторая (октябрь 2010 г.) переработанная и дополненная.
Первая публикация http://www.microstock.ru/forum/showthread.php?t=3499