数字图像锐化是如何工作的,以及为什么应该使用它

图像锐化可能只是研究直方图这一方面最未得到充分利用的数字摄影技巧。请继续阅读,我们将解释图像锐化是什么,为什么我们需要它,它的作用是什么,以及为什么你应该在你自己的图像上大量应用它,以消除模糊的边缘,让你的图像流行起来。

为什么图像一开始就是模糊的呢?

在我们深入研究如何锐化您的图像之前,了解为什么数字图像首先需要锐化是很重要的。数字图像,无论是在数码相机中创建的图像,还是通过扫描图像来创建模拟作品的数字副本,都受到数字设备传感器施加的限制。

虽然传感器与人眼相比有许多局限性,但有一个特别的局限性,那就是产生过于柔和或模糊的图像。人眼能够以令人难以置信的清晰度和锐度辨别对比线。然而,数码相机的传感器受到它可以收集的像素数或数据点的限制。

当它面前的场景的分辨率高于它可以捕获的分辨率时(它一直都是这样),它被迫捕获传感器上单个像素所看到的平均图像。其结果是图像模糊化,因为相机(或扫描仪)被迫在其可以捕获的有限数据量下尽其所能地做得最好。

在继续使用实际照片之前,让我们先看一下这种现象的一些数字模型,以演示其效果。在下图中,我们将空间划分为两个三角形,一个是黑色,一个是白色。

当在你的典型屏幕上从远处观看时,它看起来就像一条清晰而连续的黑白部分之间的线。为了演示起见,让我们假设上面的图像不是在数字屏幕上呈现给您的数字图片,而是现实世界中两个空间的交集。比方说,画布上的两半画得极其精确,即使手持放大镜近距离观察,线条也会保持清晰清晰。然后,这条线被我们的眼睛分辨到它的最大分辨率,我们感觉它非常锐利和清晰。

让我们查看两个三角形的相同模型,就好像它是由非常低分辨率的图像传感器捕获的一样。虽然上面的图像包含近200,000个像素,但下面的图像是黑白空间的表示,就好像分辨率刚刚超过200个像素一样。

我们知道如果白色和黑色区域之间的分界线对人眼来说是锋利的,那么它在相机里就应该是锋利的,对吗?问题是,当剃刀清晰的描绘得如此精细,以至于穿过相机传感器上的给定像素时,单个像素就不能说,“好吧,我一半是白人,一半是黑人。”

它只能记录整个像素的单个值。因此,它不得不说,“好吧,照射到我身上的光的平均值是灰色的”,因为它不能记录一部分黑一部分白,而仅仅是光子击中单个像素的平均值。

您在传感器中填充的像素越多,您可以解析的细节就越多,但最终在每个数字图像创建过程中都会出现一个点,即传入数据(从拍摄对象或扫描的照片上反射的光)超出传感器的能力,单个像素会听天由命地选择最佳估计阴影,边缘之间的对比度也会变得模糊。

用反锐化面具修复模糊照片

现在我们已经知道了模糊照片的原因,让我们看看你能做些什么来解决这个问题,让你的照片更清晰,从而真正帮助它们流行起来(无论你是给它们装框,还是把它们上传到Facebook)。

对我们来说,幸运的是,我们在上一节中概述的概念在摄影界是众所周知的和理解的,有多种方法可以纠正它。最常见的方式,也是我们今天要关注的方式,就是使用所谓的“不锐化面膜”。

如果您了解该过程的工作原理,则名称与直觉相反的UnSharp蒙版会变得更直观一些。将反锐化蒙版应用于图像时,编辑应用程序会创建一个临时蒙版,用于比较图像的哪些区域是锐化(对比度高)和反锐化(对比度低)。然后,它会锐化不清晰的区域(使用该蒙版作为指导),直到高对比度区域和低对比度区域之间的差异按照用户的规格平衡为止。因此,反锐化蒙版并不像它的名字所暗示的那样是一种反锐化工具,而是一种告诉您图像的哪些部分反锐化并纠正它们的工具。

让我们求助于我们友好的办公室狗Cricket(如上图所示),来准确地演示这个反锐化的面具是如何工作的,以及我们可以对其进行的调整。虽然我们今天将使用Adobe Photoshop进行演示,但是由于它是某种行业标准,所以在各种图像编辑应用程序中都可以找到取消锐化蒙版工具。您将在这里看到的条款和方法适用于像GIMP这样的免费编辑解决方案,就像它们适用于Photoshop一样。

首先,我们来研究一下这张照片。上面的图像直接来自相机,没有任何编辑,只是缩小了尺寸,以便插入到本文中。这张照片一点问题都没有。主题是中心的,主题的脸是对焦的,没有什么特别令人反感的(除非,你知道,你不喜欢小狗)。不过,让我们放大看一下这张图片的细节。

当我们真正靠近的时候,很明显图像看起来非常柔和。这不是镜头的问题(我们用非常锐利的优质镜头拍摄了这张照片),而是相机处理图像的方式的副作用,正如我们之前讨论的那样。

为了锐化图像,让我们启动反锐化遮罩。首先,通过将图像调整为100%或50%缩放来准备取消锐化蒙版;编辑器和操作系统使用的抗锯齿算法可能会在其它缩放级别上扭曲锐化过程的效果。

在Photoshop中,你可以在滤镜->锐化->反锐化蒙版下找到它。

如上所述,取消锐化蒙版工具的外观相当通用,无论您使用的是哪种图像编辑工具,您都可以找到三个设置,数量、半径和阈值。要理解它们的作用,最简单的方法就是简单地玩弄它们,但我们将在这里强调关键点。

数量:始终以百分比列出,该数量指示调整程度(较亮的边缘变亮多少,较暗的边缘变暗多少)。在调整的低端,很难注意到,但当你将其调到最大时,对比度就会变得非常极端。50%-100%是一个安全的起点。

半径:指定应用效果的每个修正点周围的区域有多大。半径和数量是交织在一起的;如果减少数量值,则可以增加半径值(反之亦然)。将两者都增加到较高级别将导致明显的颜色和对比度失真(这可能是所需的艺术效果,但不会使图像看起来很自然)。

阈值:阈值函数根据最小亮度/对比度级别确定锐化算法的应用位置。此特定设置对于选择性增加高对比度区域(如眼睛周围)的对比度非常有用,但不能过度锐化要保持平滑的区域(如面部皮肤)。该值越低,图像将被均匀锐化的程度越高。该值越高,排除的区域就越多。因此,如果您希望整个图像尽可能均匀地应用锐化效果,您可以将其设置为零;如果您希望在不突出毛孔和皱纹的情况下锐化受试者面部的细节(如虹膜和睫毛的图案),您可以增加该值,直到达到所需的平衡为止。(=

您还会注意到,我们还将小预览窗口设置为50%(相同的抗锯齿问题既适用于预览整个图像,也适用于预览取消锐化蒙版框中的图像。

应用上面的设置(此特定图像为100/4/3)可显著锐化图像;让我们来看一下上面所做的完全相同的裁剪,以了解不同之处。

近距离观察,变化是显而易见的。眼睛周围的对比度要高得多,眼睛里的高光更锐利,口吻和脸部的毛皮也更明显。

当用与原始修饰图像相同的裁剪查看时,变化不那么戏剧性(因为它们不是以如此近距离的方式看到的),但它们使图像中的细节,如口部周围的毛发,显得格外突出。

这才是锐化图像的真正目标。您希望重现人眼所看到的实际对象的锐度,但不要产生如此强烈和明显的对比度,以至于观看者想知道在照片上执行了哪种操作。

当我们看这张照片时,重要的是要指出不锐化面具不能做的事情。它通过锐化边缘并给照片带来清爽的外观,使照片的聚焦区域看起来更聚焦,但它不能添加不存在的细节。你会注意到,在上面的照片中,眼睛、口吻和鼻子变得更锋利(以及周围脸部的毛皮),但皮带、混凝土、苔藓和树叶没有变。这些物体在原始照片中离焦距太远,再多的锐化都不能制造出它们在焦面上的错觉。

取消锐化遮罩提示和技巧

虽然人和动物都受益于使用反锐化面膜(尤其是眼睛周围,在清爽明亮的情况下看起来比柔和聚焦要好得多),但反锐化面膜确实有助于几乎所有图像的流行。

例如,在上面的比较中,左边的图像没有什么问题,但一旦用不清晰的蒙版校正了柔软度,右边图像中增加的对比度确实有助于图像脱颖而出,并给它一个漂亮的清爽外观。

为了最大限度地利用你的反锐化蒙版应用,不管是什么主题,让我们来看看一些技巧和诀窍,以确保锐化过程是一个顺利的过程。

禁用相机内锐化。最重要的是,您要禁用相机内锐化。相机几乎总是带有机载锐化功能,而高端的单反相机很少这样做(制造商的假设是,相机用户不会做任何后期处理工作,而单反相机的所有者很可能会做任何后期处理工作),而高端的单反相机很少这样做(制造商的假设是,相机用户不会做任何后期处理工作,而单反相机的所有者很可能会做任何后期处理工作)。用不锐化的蒙版双重处理的照片看起来很糟糕,所以最好关闭相机,微调电脑上的锐化效果。

专注才是王道。相机中清晰的物理焦点比任何不清晰的面具给你的价值都要高。完善你的对焦技巧(如果你的镜头松散柔和,就扔掉它)。正如我们上面提到的,没有神奇的方法可以使用不锐化的蒙版来扩大或固定照片的焦面;您只能锐化已经对焦的东西。

少就是多。使用不锐化的蒙版恰好能给图像带来些许震撼效果。想一想1080p显示器和4K显示器之间的区别。1080p的图像很漂亮,而且清晰度非常高(与旧的标准清晰度电视相比),但4K拥有这种从屏幕上迸发出来的清晰度。当你调整和比较你的照片时,你想要捕捉恰到好处的清晰度增加,这会将图像从“是的,那很好。”变成“哇,太脆了。”然而,这是一条微妙的线;一旦你达到了这个最佳点,进一步增加锐化往往会产生一种离奇的、完全不自然的形象。

最后磨尖。如果您正在进行任何其他图像编辑、颜色调整、修复灰尘或粘滞像素,或者以其他方式编辑图像,则始终将锐化过程保存到最后。可以把锐化图像看作是在完成工作后抛光一件首饰。这是最后一步,在每一件作品被放置,每一块金属都被弯曲和焊接之后,它就准备好进入画廊了。

有了对锐化过程的理解和如何最好地利用它,你就可以把它应用到你自己的照片上,把好的(尽管柔和的)照片变成真正从屏幕、客厅墙上或任何他们应该发现自己的地方跳出来的引人注目的照片。

关于图像编辑、摄影或充分利用数码相机,您有什么紧迫的问题吗?给我们发一封电子邮件,我们会尽最大努力回复。

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