Шарпинг

Одной из наиболее часто и в то же время неправильно используемых операций пост-обработки является, должно быть, повышение резкости — технически "unsharp masking" или сокращённо USM. (В русском языке повсеместно используется слово "шарпинг" или производные от него, хотя это и не лучший вариант.)

Неправильное использование проистекает из непонимания разницы между разрешением и чёткостью, и что на самом деле означают параметры "величина", "радиус" и "порог". Это привело к появлению множества инструментов шарпинга "для дураков", которые дают лучшие рультаты, чем кое-как применённый USM, но почти всегда проигрывают работе, сделанной вручную с пониманием процесса. По этой же причине любительские цифровые камеры применяют слишком много шарпинга внутри камеры.

Этот урок объяснит, как работает шарпинг, и опишет два различных применения шарпинга. После его усвоения вы будете способны поставить шарпинг в камере на минимум и сделать это сами позднее, что сделает ваши изображения визуально лучше и придаст им более "профессиональный" вид.

Резкость, разрешение и чёткость

Воспринимая картинку как резкую, мы на самом деле воспринимаем два параметра: разрешение и чёткость (он же контраст). Разрешение определяет, насколько маленькие детали может передать система объектив/сенсор. Чёткость определяет, насколько малую разницу между тонами может передать система объектив/сенсор.

Объектив/сенсор с высоким разрешением, но с низкой чёткостью выдадут изображение с большим количеством деталей, но детали не будут легко различимы, потому что малая разница между тонами приведёт к тому, что изображение будет выглядеть "плоско".

Объектив/сенсор с высокой чёткостью и низким разрешением выдадут изображение с хорошо заметными деталями, но самих деталей не будет так много, как у системы с высоким разрешением и низкой чёткостью. Эти изображения на самом деле могут выглядеть более живо и резко и детализированно, чем изображения, полученные предыдущей системой с большим разрешением и меньшей чёткостью.

Теперь главное: нельзя искусственно увеличить разрешение. Детали, которые не были записаны, нельзя получить из воздуха. Однако можно получить чёткость. Именно это и делает шарпинг: он увеличивает разницу в яркости между соседними областями. Пока существуют детали (то есть разница в тонах была выше абсолютного минимума, который способна записать система), их можно "вытащить".

Таким образом, разумное использование шарпинга улучшает чёткость изображения, делая детали, которые уже находились в нём, более заметными. Чрезмерное использование может вызвать появление "ореолов шарпинга", алиасинга ("ступенек"), или других побочных эффектов (от которых нельзя будет так просто избавиться). Вот почему камеры более высокого класса применяют меньше внутреннего шарпинга, чем любительские камеры: продвинутый фотограф скорее всего захочет получить нетронутый оригинал, чтобы обработать его самому (включая шарпинг среди прочих настроек) для наилучшего эффекта, в то время как фотолюбитель может не знать, как правильно применять USM, или вовсе не захочет возиться с пост-обработкой.

Что делает USM?

Шарпинг увеличивает чёткость изображения путём увеличения контраста между соседними областями. Величина изменений пропорциональна имеющимся значениям: полностью однородная область не будет затронута вообще, а области с уже высоким контрастом будут обработаны наиболее сильно.

Как это происходит, определяется параметрами: величина, радиус, порог. Величина определяет, насколько USM меняет контраст. Радиус определяет, как далеко USM смотрит от каждого пиксела для сравнения. Порог определяет разницу, которая должна существовать между областями, чтобы сделать изменение вообще. Каждый из трёх параметров влияет на изображение особенным способом.

Из всех трёх основным является радиус: он определяет, какой эффект получится от шарпинга.

За чем надо следить: ореолы, шум и алиасинг

У шарпинга есть распространённые побочные эфекты: он может создать ореолы (обычно "свечение" вокруг тёмных деталей) и подчеркнуть шум. Шарпинг с очень маленьким радиусом может вызвать алиасинг — увеличение контраста на уровне индивидуальных пикселов приводит к появлению "ступенек". Алиасинг это проблема только для картинок, уменьшенных для показа в сети; полноразмерные изображения изначально не настолько резкие и будут полностью уничтожены ореолами, прежде чем проявится этот феномен. (Изображения, полученные с сенсора Foveon, являются заметным исключением.) Так что, если вы видите ореолы, сильное увеличение шума или ступеньки, знайте, что вы переборщили.

Вы можете увидеть сильно преувеличенные побочные эффекты шарпинга в вышестоящей картинке. Уменьшенный необработанный (UNSHARPENED) оригинал в верхней полоске. Под ним — шарпинг настолько оптимальный, насколько мне удалось (OPTIMALLY SHARPENED): картинка резкая, но артифакты не так сильны, чтобы бросаться в глаза (хотя вы можете их заметить при желании). Ниже находится полоска, в которой применён сильный шарпинг с очень маленьким радиусом, отчего появились грубые, ступенчатые линии (ALIASING), и внизу находится пример "классического" перешарпа — слишком большой радиус, слишком большая величина, что приводит к появлению ореолов (HALOES). Особенно внимательно изучите два примера плохого шарпинга, и посмотрите, как радиус влияет на вид артефактов.

Установка параметров

Чем больше радиус, тем больше там будет вариаций и, следовательно, тем сильнее будет заметен эффект. Таким образом, USM с величиной 100 и радиусом 2 пиксела повлияет на картинку гораздо сильнее, чем с величиной 100 и радиусом 0.2 пиксела. Чем меньше радиус, тем больше нужна величина, чтобы создать видимую разницу, и наоборот. Так что первое, что следует помнить, применяя USM, это оставить величину для последущей доводки. Порог — другой параметр для доводки: он предотвращает работу USM в областях с низким контрастом. Подняв порог, можно смягчить образование шума от USM.

Радиус, величина... и артефакты

Шарпинг применяется к каждому пикселу по очереди. Вы можете представить, что каждый тёмный пиксел "высасывает" цвет из более светлых областей вокруг него, в пределах установленного радиуса, а каждый светлый пиксел "высасывает" яркость из более тёмных областей вокруг. Этим объясняется самый распространённый и самый неприятный эффект шарпинга: ореолы. Он проявляется как "свечение" вокруг тёмных областей, или, что менее заметно, как тени вокруг светлых областей. Шарпинг со слишком большим радиусом и слишком большой величиной приведёт к появлению таких ореолов и выявит шум.

Правило шарпинга 1: Используйте возможно меньший радиус...

(...и поднимайте величину, пока не получится хорошо.)
Если изображение уже было высокого разрешения, например, фото, которое было уменьшено для показа в сети, вы можете обойтись очень маленьким радиусом и высокой величиной: я обычно использую 0.2 пиксела и 500%, иногда в два прохода.

Однако, это не работает для всех изображений. Например, полноразмерные изображения из камеры или из сканера не имеют попиксельного разрешения, как уменьшенные изображения: если смотреть их в 100%-ом размере, они выглядят более мутными. Таким образом, вам надо увеличивать радиус, пока он не станет равен примерно половине размера "мутного пиксела", и уменьшить величину до подходящего значения. Для таких изображений хорошей стартовой точкой может быть радиус 0.7 и величина 115%... но следите за ореолами; любой радиус свыше 0.5 пиксела может их создать.

Таким образом, радиус и величина связаны: измените одно, и вам придётся изменить другое, чтобы сохранить один эффект на разных изображениях.

Правило шарпинга 2: Поднимайте порог насколько возможно

Порог определяет минимальную разницу в яркости, за которую должен "хвататься" шарпинг. Если установить его в ноль, то будут выявлены вообще все различия. Это приведёт к увеличению шума/зернистости. Так как восприятие яркости базируется на границах областей, которые уже имеют какой-то контраст, вам лучше поднять порог, чтобы большая часть шума осталась незатронутой, и в то же время чёткость картинки будет оптимальной. Так что, как только вы установили величину и радиус в нужные значения, поднимайте порог до тех пор, пока сохраняется эффект шарпинга.

Повторение: как пользоваться USM

Вот обычная последовательность для нахождения правильных значений USM:

1. Подумайте о том, что вы хотите сделать.
2. Установите величину достаточно большую, чтобы видеть эффект от радиуса.
3. Установите радиус, которые даёт нужный вам эффект.
4. Установите порог, который минимизирует проявления шума.
5. Уменьшайте величину, чтобы получить нужный эффект без ореолов и ступенек.

Дополнительно: противотуман

Кроме увеличения чёткости картинки, USM можно использовать и для других целей. Один из методов называется "противотуман". Он симулирует оптические свойства объективов очень высокого качества, устраняя "дымку", создаваемую сложными зум-объективами со множеством оптических поверхностей. Здесь мы не не пытаемся придать чёткости маленьким деталям, а увеличиваем контраст между крупными областями картинки. Вы можете применить этот метод в дополнение к обыному шарпингу. Установите величину около 20% (очень маленькую), радиус около 60 пикселов для 5-мегапиксельной картинки (очень большой), порог: 0.

Вы получите эффект "прочистки" картинки. Лучше всего делать это до редактирования уровней или кривых, так как это растянет гистограмму и может привести к проваленным теням или пересветам. (Смотрите урок про уровни для объяснений.) Эффект очень лёгкий, но разница видна.

Когда применять USM?