Нечёткая маскировка: техника повышения резкости изображения.
Unsharp masking
Улучшение резкости изображений: нерезкая маска (USM) – техника для цифровой обработки фото. Усиление высоких частот для четкости, но с возможной потерей точности.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Техника повышения резкости изображения
Image sharpening technique
Неострое маскирование (USM) — это техника повышения резкости изображения, впервые реализованная в плёночной фотографии в темной комнате, но теперь широко используемая в программном обеспечении для цифровой обработки изображений. Название происходит от того, что в технике используется размытое, или "неострое", негативное изображение для создания маски исходного изображения. Затем эта неострая маска комбинируется с исходным позитивным изображением, что позволяет получить изображение, менее размытое, чем оригинал. Полученное изображение, хотя и более четкое, может быть менее точным отображением объекта изображения. В контексте обработки сигналов, неострое маскирование обычно представляет собой линейный или нелинейный фильтр, усиливающий высокочастотные компоненты сигнала.
Unsharp masking (USM) is an image sharpening technique, first implemented in darkroom photography, but now commonly used in digital image processing software. Its name derives from the fact that the technique uses a blurred, or "unsharp", negative image to create a mask of the original image. The unsharp mask is then combined with the original positive image, creating an image that is less blurry than the original. The resulting image, although clearer, may be a less accurate representation of the image's subject. In the context of signal processing, an unsharp mask is generally a linear or nonlinear filter that amplifies the high frequency components of a signal.
Фотографическая маска для темной комнаты
Для процесса фотопечать в темной комнате негатив большой форматной стеклянной пластины контактно копируется на низкоконтрастную пленку или пластину для создания позитивного изображения. Однако позитивная копия создается при контакте копировального материала с обратной стороной оригинала, а не эмульсией к эмульсии, поэтому она получается размытой. После проявки этот размытый позитив помещается в контакт с обратной стороной исходного негатива. Когда свет проходит через негатив и совмещенный с ним позитив (например, в увеличителе), позитив частично подавляет некоторую информацию в негативе. Поскольку позитив был намеренно размыт, подавляется только низкочастотная (размытая) информация. Кроме того, маска эффективно уменьшает динамический диапазон исходного негатива. Таким образом, если полученное увеличенное изображение записывается на контрастную фотобумагу, частичное подавление подчеркивает информацию о высокой пространственной частоте (мелкие детали) в оригинале, без потери деталей в светах или тенях. Полученный отпечаток выглядит более резким, чем отпечаток, сделанный без маски нерезкости: его резкость повышена. В фотопроцедуре степень размытия можно контролировать, изменяя "мягкость" или "жесткость" (от точечного источника до полностью диффузного) источника света, используемого для начальной экспозиции маски нерезкости, а силу эффекта – изменяя контраст и плотность (то есть экспозицию и проявление) маски нерезкости. Для традиционной фотографии маскирование нерезкостью обычно используется на монохромных материалах; специальные панхроматические мягкие черно-белые пленки были доступны для маскирования цветных фотографических позитивов. Это особенно полезно для контроля диапазона плотностей позитива, предназначенного для фотомеханического воспроизведения.
For the photographic darkroom process, a large format glass plate negative is contact copied onto a low contrast film or plate to create a positive image. However, the positive copy is made with the copy material in contact with the back of the original, rather than emulsion to emulsion, so it is blurred. After processing this blurred positive is replaced in contact with the back of the original negative. When light is passed through both negative and in register positive (in an enlarger, for example), the positive partially cancels some of the information in the negative. Because the positive has been blurred intentionally, only the low frequency (blurred) information is cancelled. In addition, the mask effectively reduces the dynamic range of the original negative. Thus, if the resulting enlarged image is recorded on contrasty photographic paper, the partial cancellation emphasizes the high spatial frequency information (fine detail) in the original, without loss of highlight or shadow detail. The resulting print appears more acute than one made without the unsharp mask: its acutance is increased. In the photographic procedure, the amount of blurring can be controlled by changing the "softness" or "hardness" (from point source to fully diffuse) of the light source used for the initial unsharp mask exposure, while the strength of the effect can be controlled by changing the contrast and density (i. e., exposure and development) of the unsharp mask. For traditional photography, unsharp masking is usually used on monochrome materials; special panchromatic soft working black and white films have been available for masking photographic colour transparencies. This has been especially useful to control the density range of a transparency intended for photomechanical reproduction.
Сравнение с деконволюцией
Для обработки изображений деконволюция — это процесс приблизительного обращения процесса, приведшего к размытию изображения. В частности, резкое маскирование — это простая линейная операция обработки изображения, представляющая собой свертку с ядром, которое является дельта-функцией Дирака минус ядро размытия по Гауссу. Деконволюция же обычно рассматривается как некорректно поставленная обратная задача, которую лучше всего решать нелинейными методами. В то время как резкое маскирование увеличивает кажущуюся резкость изображения, не учитывая способ его получения, деконволюция повышает кажущуюся резкость, опираясь на информацию об источниках искажений светового пути при захвате изображения; поэтому она может быть предпочтительнее, если затраты на время подготовки и вычислений на одно изображение компенсируются повышением четкости. При деконволюции можно приблизительно восстановить «потерянные» детали изображения, хотя обычно невозможно проверить точность восстановленных деталей. Статистически можно добиться определенной степени соответствия между изображениями с повышенной резкостью и фактическими сценами. Если будущие сцены будут достаточно похожи на проверенные изображения, можно оценить степень достоверности восстановленных деталей. Улучшение качества изображения часто привлекательно, поскольку те же проблемы с валидацией возникают даже для необработанных изображений. Для эффективной деконволюции необходимо моделировать все переменные в сцене и устройстве захвата, включая диафрагму, фокусное расстояние, расстояние до объекта, характеристики линз, показатели преломления и геометрию сред. Успешное применение деконволюции к изображениям, полученным с помощью обычных камер, обычно не представляется возможным из-за неопределенности геометрии сцены. Однако деконволюция широко используется в микроскопии и астрономической съемке, где важна высокая резкость, устройства визуализации и относительное положение объектов хорошо определены, а физическая оптимизация устройств для повышения резкости была бы значительно дороже. В случаях, когда присутствует стабильная и хорошо определенная аберрация, например, дефект линзы на ранних изображениях космического телескопа Хаббл, деконволюция является особенно эффективным методом.
For image processing, deconvolution is the process of approximately inverting the process that caused an image to be blurred. Specifically, unsharp masking is a simple linear image operation—a convolution by a kernel that is the Dirac delta minus a gaussian blur kernel. Deconvolution, on the other hand, is generally considered an ill posed inverse problem that is best solved by nonlinear approaches. While unsharp masking increases the apparent sharpness of an image in ignorance of the manner in which the image was acquired, deconvolution increases the apparent sharpness of an image, but is based on information describing some of the likely origins of the distortions of the light path used in capturing the image; it may therefore sometimes be preferred, where the cost in preparation time and per image computation time are offset by the increase in image clarity. With deconvolution, "lost" image detail may be approximately recovered, although it generally is impossible to verify that any recovered detail is accurate. Statistically, some level of correspondence between the sharpened images and the actual scenes being imaged can be attained. If the scenes to be captured in the future are similar enough to validated image scenes, then one can assess the degree to which recovered detail may be accurate. The improvement to image quality is often attractive, since the same validation issues are present even for un enhanced images. For deconvolution to be effective, all variables in the image scene and capturing device need to be modeled, including aperture, focal length, distance to subject, lens, and media refractive indices and geometries. Applying deconvolution successfully to general purpose camera images is usually not feasible, because the geometries of the scene are not set. However, deconvolution is applied in reality to microscopy and astronomical imaging, where the value of gained sharpness is high, imaging devices and the relative subject positions are both well defined, and optimization of the imaging devices to improve sharpness physically would cost significantly more. In cases where a stable, well defined aberration is present, such as the lens defect in early Hubble Space Telescope images, deconvolution is an especially effective technique.