Unsharp Mask, или "нерезкая маска"

Нерезкая маска – довольно странное название для инструмента, который должен увеличивать резкость фотографии. Восходит оно к старым добрым временам, когда никакой цифровой обработки фото и в помине не было. «Нерезкое маскирование» было весьма непростым, трудоемким процессом. В фотолабораториях брали негатив и делали его слегка размытую позитивную копию (это и есть «нерезкая», т.е. размытая, маска). Потом накладывали одно на другое, наподобие бутерброда. Полученная с помощью этого двухслойного материала картинка визуально становилась более четкой. Такой вот эффект.

Аналогичный трюк можно повторить и в цифре, но гораздо быстрее и проще. Делается это с помощью фильтра Unsharp Mask («нерезкая маска», сокращенно USM). Как и все инструменты для повышения резкости, фильтр увеличивает локальный контраст, т.е. делает темные области на границах объектов темнее, а светлые – светлее.

Чтобы обнаружить границы объектов на фото, USM ищет все области с высоким контрастом. А для этого заимствует описанную технику: берет копию оригинального слоя, размывает ее, складывает вместе две копии, и вычисляет разницу между исходной и размытой картинкой.

Теперь, когда с теорией мы более-менее разобрались, возникает следующий вопрос: как же сделать картинку резче?

Проблема в том, что USM не только мощный, но и довольно-таки "капризный" фильтр. Для эффективного использования совершенно необходимо представлять принцип его работы.

В фильтре – три контролируемых параметра. Грамотные установки почти всегда позволяют добиться отличных результатов. Неудачные могут совершенно «убить» фотографию, на получение которой фотограф затратил много времени и сил.

Итак, к делу. Фильтр вызывается с помощью меню Filter – Sharpen – Unsharp Mask. Три параметра, которые надо настроить: Amount (величина, «мощность» ), Radius (собственно, радиус и есть), и Threshold (порог).

Amount: "мощность"

Контролирует степень усиления четкости. Чем больше значение – тем четче будет картинка. Amount определяет, насколько сильно усилится контраст между соседними пикселями, другими словами, насколько светлые пиксели дополнительно посветлеют, а темные – потемнеют.

Здесь больше не всегда означает лучше. Увеличение Amount будет делать детали отчетливее – но лишь до определенного предела. После этого увеличение "мощности" фильтра пойдет только во вред детализации. Результат будет выглядеть как зернистый, чересчур резкий. Идея состоит в том, чтобы найти оптимальные настройки, при которых не начинают страдать мелкие детали изображения.

Радиус

Вторая настройка фильтра. Radius определяет, насколько велика будет зона повышения контраста вдоль границ объектов. Маленький радиус – фильтр будет «шарпить» очень узкую полоску вдоль границы. Большой радиус – больше площадь увеличения четкости.

На черных вставках можно увидеть, где именно фильтр усиливал контраст, и наглядно оценить, как Radius влияет на размер обрабатываемой зоны. Как и в предыдущем случае, больше - не значит лучше.

Как мы уже говорили, фильтр USM создает копию оригинального изображения, размывает ее, накладывает на исходную картинку и вычисляет разницу между ними. Фактически Radius определяет, насколько сильно будет размыта копия картинки.

Стоит заметить, что значение Radius, скажем, в 1 пиксель, не означает, что контраст будет усилен точно в пределах однопиксельной зоны вдоль границ. В действительности шарпенинг будет применен в зоне более широкой. Поэтому часто используются значения 0.6, 0.8 пикселя и т.п.

Threshold: порог

Последний параметр "нерезкой маски". При работе USM смотрит, насколько сильно различаются соседние пиксели. Если разница (по яркости) между ними меньше, чем Threshold, фильтр их не вообще трогает, т.е. не усиливает контраст. Если разница больше пороговой – пиксели обрабатываются в обычном порядке.

Нулевое значение Threshold означает, что эффект будет применен ко всем пикселям без исключения. Если установить Threshold 10, то эффект будет применен только к пикселям, которые различаются по яркости на 10 уровней и более [по шкале 0..255].

Порог нужен для того, чтобы не давать USM "шарпить" области изображения с маленьким контрастом – другими словами, области без четко выраженных границ. В первую очередь для того, чтобы не выпячивать при обработке цифровые шумы.

В то же время Threshold следует использовать очень осторожно. В ряде случаев применение этого параметра дает несколько "пластмассовую", неестественную картинку. Существуют более эффективные способы борьбы с шумами, и для большей части изображений Threshold лучше выставлять в 0.

Как подобрать правильные настройки: пошаговая инструкция

Теперь, когда мы разобрались, какие настройки за что отвечают, пришло время поговорить о том, как подбирать их оптимальные значения.

Как уже упоминалось, никто не сможет дать вам универсальный вариант настроек, который подойдет именно для ваших задач (радиус такой-то, "мощность" такая-то, порог такой-то и будет вам счастье). Так не бывает. Вместо этого мы рассмотрим пошаговую процедуру для поиска оптимальных параметров USM на примере следующего изображения (ниже приведена уменьшенная копия).

1. Установите Radius

Первый, и, пожалуй, самый важный шаг – правильно установить Radius. Когда радиус настроен, подобрать Amount и Threshold гораздо легче.

Два главных фактора, от которых зависит радиус USM – характер изображения и его размер. Основное значение имеет размер деталей. Чем мельче детали, тем меньше будет радиус. Чем крупнее детали – тем больше радиус. Для крупного плана головы птицы, где очень много деталей в оперении, вероятно, потребуется маленький радиус. Для портрета ребенка радиус будет скорее всего значительно больше.

Играет роль и размер картинки в пикселях. Мелкие детали на фото небольшого размера, (например, 1024х768) занимают мало пикселей. Соответственно, и радиус для них будет маленький. В то же время те же самые детали на большой картинке 4000х3000 займут гораздо больше пикселей и, соответственно, для них нужен будет намного больший радиус.

Принимая во внимание все эти факторы, как же найти радиус? Обычно хорошие результаты приносит такой прием:

1. Установите Radius на начальное значение от 1 до 3, а Amount – на 300-500%. Если картинка маленькая, 1024х768 и меньше, радиус можно установить на 0.5 – 0.8).
   
   
2. Установите Threshold на 0.
   
   
3. Большая мощность и нулевой порог приведут к очень сильному перешарпу. Это именно то, что нужно, поскольку позволяет оценить, как именно радиус влияет на разные части картинки. Теперь подвигайте ползунок радиуса, чтобы найти ту точку, когда при увеличении радиуса детали начнут ухудшаться, или вокруг объектов появится отчетливый контур. Когда это произойдет, радиус надо слегка уменьшить. Найденное значение и будет нашей отправной точкой. Экспериментировать с радиусом нужно при реальном масштабе картинки, т.е. при приближении 100%.

Здесь практика играет очень большую роль. Со временем развивается способность сразу, на глаз, определять примерное значение радиуса для разных типов картинок.

После того, как Radius настроен, можно переходить к следующему шагу.

2. Установите Amount

Если предполагается печать на струйном принтере, Amount лучше устанавливать при масштабировании картинки 50%, так, чтобы изображение выглядело слегка "перешарпленым". Учитываем также, что чем больше будет физический размер отпечатка, тем сильнее должен быть "перешарп".

Если картинка готовится для Интернета, Amount устанавливается при приближении 100% (только не путайте приближение, оно же масштабирование, и значение Amount – это разные вещи, хотя в обоих случаях единицы измерения – проценты). Как правило, для начала лучше всего перетащить ползунок Amount к позиции 50-60% и постепенно увеличивать "мощность" фильтра до момента, когда заметными станут признаки перешарпа ("лесенки" на наклонных линиях, ореолы и излишняя контрастность). Как только "перешарп" стал заметным – чуть-чуть уменьшите мощность. Таким образом вы получите нужное значение Amount.

3. Установите Threshold

Настраивается в последнюю очередь. Опять же, для струйного принтера рекомендуется делать это в масштабе 50%. Установите Threshold так, чтобы минимизировать шум на участках однородного цвета. Обычно это очень маленькое значение, 0 или 1.

Далее имеет смысл сделать тестовый отпечаток (если картинка готовится печати), и, если необходимо, скорректировать настройки.

4. Что еще следует принять во внимание

Все эти параметры не являются независимыми друг от друга. Например, если увеличивается радиус, "мощность", возможно, следует уменьшить, чтобы избежать "перешарпа". Высокие значения Amount, возможно, потребуют увеличить Threshold.

Комбинаций может быть множество. И дабы не утонуть в море вариантов, пока опыта работы с USM еще мало, сначала сконцентрируйтесь на выборе радиуса. А после этого уже устанавливайте Amount и Threshold. Другими словами, следуйте процедуре, описанной выше :)

5. Проблемы, проблемы и еще раз проблемы.

Итак, если вы добрались до этой части статьи, то потратили уже довольно много времени и сил на восприятие всей вышеприведенной информации. Но если вы ждете, что автор похлопает вас по плечу, пожелает успехов в работе и на этом сочтет свою задачу выполенной, то вы крупно ошибаетесь :)

Не надо быть семи пядей во лбу, чтобы обнаружить в приведенном подходе серьезные проблемы.

1. Первая и самая главная проблема состоит в том, что фильтр USM работает с изображением целиком. При этом почти в каждой фотографии разные части требуют разной степени "шарпенинга".

1.1. Для разных деталей нужна разная "мощность" и/или "радиус".

1.2. Часто светлые части требуют большей степени "шарпенинга", чем темные. К сожалению, регулировать это с помощью USM мы не можем.

1.3. Задний план на нашем фото не играет никакой особой роли и в "шарпенинге" не нуждается. Тем не менее, фильтр "выпячивает" его за счет ненужной проработки деталей.

2. На многих картинках присутствует шум, малозаметный в обычных обстоятельствах. Применение USM приводит к усилению этого шума. который смотрится гораздо хуже, чем до "шарпенинга". Конечно, всегда можно увеличить Threshold и снять проблему шумов, но при этом в вы потеряете в мелких деталях и рискуете получить "пластмассовый" результат.

3. USM, как мы знаем, усиливает контраст за счет дополнительного осветления ярких пикселей и затемнения темных. В ряде случаев это может привести к потере деталей из-за того, что некоторые части изображения станут абсолютно белыми, а некоторые - абсолютно черными, с нулевой яркостью.

Что же делать бедному фотографу?

Читать следующие статьи, где будут рассмотрены методы борьбы со всеми вышеназванными проблемами (и не только с ними).

Впрочем, надо отметить тот факт, что подобные проблемы имеют место отнюдь не в каждом изображении, и часто фильтра USM с грамотно подобранными параметрами вполне хватает для обработки фотографий.

Далее мы рассмотрим фильтр Smart Sharpen, который по сравнению с USM дает дополнительную гибкость настроек и удобство в работе.