Как исправить расфокус в фотошопе
Уменьшение размытия в результате движения камеры
В Photoshop предусмотрен интеллектуальный механизм автоматического уменьшения размытия изображения в результате движения камеры. При необходимости можно задать дополнительные настройки для дальнейшего усиления резкости изображения. Фильтр Стабилизация изображения в меню Фильтр > Усиление резкости уменьшает размытие, вызванное несколькими типами движения камеры, в том числе линейным, дугообразным, вращательным и зигзагообразным движением.
Функция стабилизации лучше всего обрабатывает достаточно освещенные снимки с минимальным уровнем шума, сделанные цифровыми фотоаппаратами. Следующие типы фотографий особенно подходят для стабилизации изображения:
Кроме того, функция стабилизации может увеличить резкость размытого текста на фотографиях, размытых в результате движения камеры.
Использование автоматической стабилизации изображения
Лупа Подробности на панели внизу справа позволяет внимательно рассмотреть область, находящуюся в фокусе. При необходимости увеличьте или уменьшите масштаб элемента изображения. Наведя инструмент «Рука» на лупу подробностей для изучения области изображения, отпустите кнопку мыши, чтобы быстро оценить корректировки размытия в этой области.
Использование нескольких трассировок размытия для стабилизации изображения
Трассировка размытия представляет собой форму и размеры размытия, которое затрагивает выделенную область изображения. Различные области изображения могут иметь размытия разной формы. Функция автоматической стабилизации изображения учитывает трассировку размытия только для области изображения по умолчанию, которую программа Photoshop определила как наиболее подходящую для вычисления размытия. Для более точной настройки изображения можно активировать в Photoshop вычисление и использование трассировок размытия для нескольких областей.
Корректировка резкости и размытия изображения
В Photoshop предусмотрено много разных инструментов, фильтров и масок, которые позволяют более точно управлять резкостью изображения (или размытием).
Регулировка резкости усиливает четкость краев на изображении. Регулировка резкости позволяет улучшить качество большинства изображений независимо от того, каким образом они получены (сняты цифровой камерой или получены сканированием). Необходимая степень резкости зависит от качества цифровой камеры или сканера. Следует помнить, что регулировкой резкости нельзя исправить сильно размытые изображения.
Советы для получения оптимальной резкости.
Резкость изображения следует регулировать отдельно в каждом слое, чтобы при использовании другого устройства вывода ее можно было настроить заново.
При регулировке резкости в отдельном слое для этого слоя следует установить режим наложения по яркости, чтобы избежать смещения цвета вдоль контуров.
При регулировке резкости усиливается контрастность изображения. Если после регулировки резкости света или тени кажутся усеченными, следует изменить режим наложения слоя (если резкость изменялась в отдельном слое), чтобы резкость не изменялась в области светов и теней. См. раздел Задание тонового диапазона для наложения слоев.
Уменьшите шум изображения, прежде чем увеличивать резкость, чтобы не усиливать шум.
Резкость изображения следует регулировать понемногу в несколько приемов. Первоначальным увеличением резкости исправляется размытие, возникшее при захвате изображения (во время сканирования или при съемке фотоаппаратом). После исправления цвета и размера следует повторно отрегулировать резкость изображения (или его копии), чтобы добавить запас резкости в соответствии с устройством вывода.
При возможности резкость следует оценивать по изображению на конечном устройстве вывода. Необходимая степень резкости зависит от устройства вывода.
Используйте фильтр «Контурная резкость (USM)» или фильтр «Умная резкость», чтобы лучше управлять процессом увеличения резкости изображений. Кроме того, в Photoshop можно использовать фильтры «Резкость», «Резкость на краях», «Увеличение резкости», однако это автоматические фильтры, в которых не предусмотрены элементы управления и параметры.
Регулировать резкость можно как для всего изображения, так и для отдельной его части, заданной выделением или маской. Поскольку фильтры «Контурная резкость» и «Умная резкость» можно применять за один прием только к одному слою, то для регулировки резкости всех слоев изображения в многослойном файле придется объединять слои или сводить файл.
Название фильтра «Контурная резкость» происходит от метода темной комнаты, который использовался для работы с фотопленкой. Данный фильтр скорее увеличивает резкость изображения.
Использование «Умной» резкости»
В фильтре «Умная резкость» предусмотрены элементы управления резкостью, недоступные в фильтре «Контурная резкость». В нем можно задать алгоритм регулировки резкости или установить интенсивность резкости в затененных областях и в областях света.
Исправление смазанных фотографий в новой версии Photoshop
На конференции Adobe MAX 2011 состоялась демонстрация некоторых возможностей следующей версии редактора Adobe Photoshop. В частности, была представлена функция интеллектуального исправления смазанных видеокадров и фотоснимков. Фильтр основан на новом алгоритме. Он работает так чисто, что эта часть презентации вызвала настоящий восторг у публики (см. 1:12-1:25 на видео).
Качество видеоролика не позволяет разобрать в деталях работу нового фильтра. Но видно, что после нажатия кнопки Analyze процесс обработки занял 18 секунд.
На форуме HackerNews высказали мнение, что в данном фильтре наверняка используется слепая деконволюция (слепая обратная свёртка) — известный метод восстановления оригинального изображения на основе нескольких или одного смазанного кадра. На первом этапе нужно вычислить направление смещения изображения, это может быть кривая линия сложной формы. Если в камере есть акселерометр, то можно использовать эти данные. На втором этапе осуществляется, собственно, свёртка на базе полученного направления.
На видео презентации Photoshop видно, что в правой части экрана после окончания анализа (примерно на 1:08) появляется изображение «направления смазывания».
Слепая деконволюция для увеличения резкости кадров применяется давно, но алгоритмы значительно усовершенствовались в последнее время. Например, вот демонстрация технологии, разработанного исследователями из Пхоханского университета науки и технологии (Южная Корея). Их научная работа опубликована в журнале ACM в 2009 году, а презентацию показывали на SIGGRAPH Asia 2009.
Как убрать размытость на фото: несколько полезных советов
Вы сделали прекрасное фото, но не можете показать его друзьям и опубликовать в социальных сетях из-за некрасивой смазанности изображения? Действительно, размытость в той или иной части снимка может испортить всю картину. Давайте попробуем выяснить, откуда берется этот дефект и как убрать его с фотографии, чтобы снимок приобрел привлекательный и красивый вид.
Современные технологии позволяют исправить смазанность фото легко и быстро, используя различные методы цифровой обработки. Большой популярностью пользуется редактор Photoshop, работать с которым легко и удобно.
Убираем размытость в Photoshop
Итак, давайте подробно рассмотрим процесс исправления дефектов фотоснимка в самом популярном и мощном фоторедакторе.
Способы коррекции изображения
Полезные приложения
Достоинства программы: весь выбор инструментов предоставляется пользователю абсолютно бесплатно. Сервис имеет достаточно интересное наполнение и удобный интерфейс, а также может похвастаться наличием редких функций и хорошо справляется с обработкой текста на фото.
Недостатки программы: приложение местами «зависает», не очень хорошо справляется с обработкой снимков, на которых изображены предметы, пейзажи и прочее.
Focus Magic
Focus Magic вряд ли можно назвать обычной программой для исправления резкости, он представляет собой нечто большее. Приложение прекрасно подойдет для исправления расфокуса не только но фото, но и на видеофайлах, а также ыернет снимку потерянные из-за плохого качества детали. Однако, при использовании данного продукта стоит учитывать, что пробная версия предполагает лишь 10 бесплатных операций. За дальнейшую работу с Focus Magic придется заплатить 45 долларов, только тогда можно будет использовать программу в полной мере. Загрузив изображение, вам нужно определиться, какого рода редактирование вы хотите произвести, а то есть определиться с причиной возникновения нечеткости. Выявите, какой фактор повлиял на уменьшение резкости вашей фотографии: движение объектов, шумы в кадре или расфокус камеры; используйте инструменты, соответствующие типу смазанности, и вы сможете достичь потрясающего эффекта. Однако, на то, чтобы выбрать хорошие инструменты именно для своего случая, у вас может уйти много времени и попыток.
Достоинства программы: Focus Magic действительно решает проблемы с качеством снимков, делает изображение четким и возвращает потерянные детали.
Недостатки программы: Чтобы добиться по-настоящему хорошего результата, нужно попробовать в применении множество эффектов и совершить несколько попыток, которых не так уж и много у обладателя бесплатной версии. Минусом программы также является отсутствие эффекта «Zoom», что доставляет дискомфорт при работе.
Итак, Focus Magic поможет вам преобразить фотографию, однако, для этого пользователю предстоит потратить свое свободное время и денежные средства.
Blurity
Платформа Blurity отличается от всех предыдущих вариантов наличием некоторых особенностей: приложение предлагает пользователю достаточно подробное руководство по применению, а также обладает самодостаточностью. Самодостаточность Blurity проявляется в возможности программы самостоятельно производить сложные и трудоемкие настройки. Предоставленное обучение позволит вам быстро и легко разобраться в нюансах программы и приступить к работе. Чтобы начать обработку размытости поместите красный квадрат на нужную область и запустите обработку с помощью кнопки “Process”. В большинстве случаев на этом этапе обработка фотографии завершается. Однако, если итоги редактирования вас не устраивают, можно попробовать обработать тем же способом другую часть фотографии. Приложение хорошо справляется с поставленной задачей, ему действительно под силу восстановить четкость на смазанном снимке.
Достоинства программы: Blurity предлагает пройти обучающий курс перед использованием программы, что положительно сказывается на результатах применения данного приложения.
Недостатки программы:Blurity без труда вернет четкость объектам на снимке, однако, на читабельность текста рассчитывать не стоит. Уровень обработки букв и цифр в программе вряд ли можно назвать хорошим. Кроме того, сохраненное изображение будет иметь водяные знаки с логотипом программы. Избавиться от них можно только после покупки лицензионной версии приложения. Она обойдется пользователю в 39 долларов.
Подведем итоги: приложение прекрасно подойдет для пользователей, не привыкших экономить на фоторедакторах. Компактный и удобный интерфейс обеспечит комфортное редактирование. Однако, тем, кто не хочет отдавать 39 долларов за приложение, следует присмотреться к предыдущим вариантам.
Восстановление расфокусированных и смазанных изображений. Практика
Не так давно я опубликовал на хабре первую часть статьи по восстановлению расфокусированных и смазанных изображений, где описывалась теоретическая часть. Эта тема, судя по комментариям, вызвала немало интереса и я решил продолжить это направление и показать вам какие же проблемы появляются при практической реализации казалось бы простых формул.
В дополнение к этому я написал демонстрационную программу, в которой реализованы основные алгоритмы по устранению расфокусировки и смаза. Программа выложена на GitHub вместе с исходниками и дистрибутивами.
Ниже показан результат обработки реального размытого изображения (не с синтетическим размытием). Исходное изображение было получено камерой Canon 500D с объективом EF 85mm/1.8. Фокусировка была выставлена вручную, чтобы получить размытие. Как видно, текст совершенно не читается, лишь угадывается диалоговое окно Windows 7.
И вот результат обработки:
Практически весь текст читается достаточно хорошо, хотя и появились некоторые характерные искажения.
Под катом подробное описание проблем деконволюции, способов их решения, а также множество примеров и сравнений. Осторожно, много картинок!
Вспомним теорию
Подробное описание теории было в первой части, но все же напомню вкратце основные моменты. В процессе искажения из каждого пикселя исходного изображения получается некоторое пятно в случае расфокусировки и отрезок для случая обычного смаза. Все это друг на друга накладывается и в результате мы получаем искаженное изображение — это называется сверткой изображения или конволюцией. То, по какому закону размазывается один пиксель и называется функцией искажения. Другие синонимы – PSF (Point spread function, т.е. функция распределения точки), ядро искажающего оператора, kernel и другие.
Чтобы восстановить исходное изображение нам необходимо каким-то образом обратить свертку, при этом не забывая про шум. Но это не так-то просто – если действовать, что называется, «в лоб», то получится огромная система уравнений, которую решить за приемлемое время невозможно.
Но на помощь к нам приходит преобразование Фурье и теорема о свертке, которая гласит, что операция свертки в пространственной области эквивалентна обычному умножению в частотной области (причем умножение поэлементное, а не матричное). Соответственно, операция обратная свертке эквивалентна делению в частотной области. Поэтому процесс искажения можно переписать следующим образом:
(1),
где все элементы — это фурье-образы соответствующих функций:
G(u,v) – результат искажения, т.е. то, что мы наблюдаем в результате (смазанное или расфокусированное изображение)
H(u,v) – искажающая функция, PSF
F(u,v) – исходное неискаженное изображение
N(u,v) – аддитивный шум
Итак, нам нужно восстановить максимальное приближение к исходному изображению F(u,v). Просто поделить правую и левую часть на H(u,v) не получится, т.к. при наличии даже совсем небольшого шума (а он всегда есть на реальных изображениях) слагаемое N(u,v)/H(u,v), будет доминировать, что приведет к тому, что исходное изображение будет целиком скрыто под шумом.
Чтобы решить эту проблему, были разработаны более устойчивые методы, одним из которых являтся фильтр Винера (Wiener). Он рассматривает изображение и шум как случайные процессы и находит такую оценку f’ для неискаженного изображения f, чтобы среднеквадратическое отклонение этих величин было минимальным:
(2)
Функцией S здесь обозначаются энергетические спектры шума и исходного изображения соответственно – поскольку, эти величины редко бывают известны, то дробь Sn / Sf заменяют на некоторую константу K, которую можно приблизительно охарактеризовать как соотношение сигнал-шум.
Способы получения PSF
Итак, возьмем за отправную точки описанный фильтр Винера — вообще говоря, существует множество других подходов, но все они дают примерно одинаковые результаты. Так что все описанное ниже будет справедливо и для остальных методов деконволюции.
Основная задача — получить оценку функции распределения точки (PSF). Это можно сделать несколькими способами:
1. Моделирование. Очень непросто и трудоемко, т.к. современные объективы состоят из десятка, другого различных линз и оптических элементов, часть из которых имеет асферическую форму, каждый сорт стекла имеет свои уникальные характеристики преломления лучей с той или иной длиной волны. В итоге задача корректного расчета распространение света в такой сложнейшей оптической системе с учетом влияния диафрагмы, переотражений и т.п. становится практически невозможной. И решение ее, пожалуй, доступно только разработчикам современных объективов.
2. Непосредственное наблюдение. Вспомним, что PSF — это то, во что превращается каждая точка изображения. Т.е. если мы сформируем черный фон и одну белую точку на нем, а затем сфотографируем это с нужным значением расфокусировки, то мы получим непосредственно вид PSF. Кажется просто, но есть много нюансов и тонкостей.
3. Вычисление или косвенное наблюдение. Присмотримся к формуле (1) процесса искажение и подумаем, как можно получить H(u,v)? Решение приходит сразу — нужно иметь исходное F(u,v) и искаженное G(u,v) изображения. Тогда поделив фурье-образ искаженного изображения на фурье-образ исходного изображения мы получим искомую PSF.
Про боке
Перед тем как перейдем к деталям, расскажу немного теории расфокусировки применительно к оптике. Идеальный объектив имеет PSF в виде круга, соответственно каждая точка превращается в круг некоторого диаметра. Кстати, это для многих неожиданность, т.к. с первого взгляда кажется, что дефокус просто растушевывает все изображение. Это же объясняет и то, почему фотошоповское размытие Гаусса совсем не похоже на тот рисунок фона (его еще называют боке), который мы видим у объективов. На самом деле это два разных типа размытия — по Гауссу каждая точка превращается в нечеткое пятно (колокол Гаусса), а дефокус каждую точку превращает в круг. Соответственно и разные результаты.
Но идеальных объективов у нас нет и в реальности мы получаем то или иное отклонение от идеального круга. Именно это и формирует неповторимый рисунок боке каждого объектива, заставляя фотографов тратить кучу денег на объективы с красивым боке 🙂 Боке можно условно разделить на три типа:
— Нейтральное. Это максимальное приближение к кругу
— Мягкое. Когда края имеют меньшую яркость, чем центр
— Жесткое. Когда края имеют большую яркость, чем центр.
Рисунок ниже иллюстрирует это:
Более того, тип боке — мягкое или жесткое зависит еще и от того, передний это фокус или задний. Т.е. фотоаппарат сфокусирован перед объектом или же за ним. К примеру, если объектив имеет мягкий рисунок боке в переднем фокусе (когда, скажем, фокус на лице, а задний план размыт), то в заднем фокусе боке того же объектива будет жестким. И наоборот. Только нейтральное боке не меняется от вида фокуса.
Но и это еще не все — поскольку каждому объективу присущи те или иные геометрические искажения, то вид PSF зависит еще и от положения. В центре — близко к кругу, по краям — эллипсы и другие сплюснутые фигуры. Это хорошо видно на следующем фото — обратите внимание на правый нижний угол:
А теперь рассмотрим подробнее два последних метода получения PSF.
PSF — Непосредственное наблюдение
Как уже говорилось выше, необходимо сформировать черный фон и белую точку. Но просто напечатать на принтере одну точку недостаточно. Необходим намного большее отличие в яркости черного фона и белой точки, т.к. одна точка будет размываться по большому кругу — соответственно должна иметь большую яркость, чтобы быть видной после размытия.
Для этого я распечатал черный квадрат Малевича (да, тонера много ушло, но чего не сделаешь ради науки!), наложил с другой стороны фольгу, т.к. лист бумаги все же неплохо просвечивает и иголкой проколол маленькую дырочку. Затем соорудил нехитрую конструкцию из 200-ваттной лампы и сэндвича из черного листа и фольги. Выглядело это вот так:
Далее включил лампу, закрыл ее листом, выключил общий свет и сделал несколько фоток используя два объектива — китовый Canon EF 18-55 и портретник Canon EF 85mm/1.8. Из получившихся фоток я вырезал PSF и затем построил графики профилей.
Вот что получилось для китового объектива:
И для портретника Canon EF 85mm/1.8:
Хорошо видно как меняется характер боке с жествкого на мягкий для одного и того же объектива в случае переднего и заднего фокуса. Также видно, какую непростую форму имеет PSF — она весьма далека от идеального круга. Для портретника также видны большие хроматические аберрации из-за большой светосилы объектива и малой диафрагмы 1.8.
И вот еще пара снимков при диафрагме 14 — на нем видно, как поменялась форма с круга на правильный шестиугольник:
PSF — Вычисление или косвенное наблюдение
Следующий подход — косвенное наблюдение. Для этого, как писалось выше, нам нужно иметь исходное F(u,v) и искаженное G(u,v) изображения. Как их получить? Очень просто — необходимо поставить фотоаппарат на штатив и сделать один резкий и один размытый снимок одного и того изображения. Далее с помощью деления фурье-образа искаженного изображения на фурье-образ исходного изображения мы получим фурье-образ нашей искомой PSF. После чего применив обратное преобразование Фурье получим PSF в прямом виде.
Я сделал два снимка:
И в результате получил вот такую PSF:
На горизонтальную линию не обращайте внимания, это артефакт после преобразования Фурье в матлабе. Результат, скажем так, средненький — очень много шумов и детали PSF видны не так хорошо. Тем не менее, метод имеет право на существование.
Описанные методы можно и нужно использовать для построения PSF при восстановлении размытых изображений. Т.к. от того, насколько эта функция приближена к реальной напрямую зависит качество восстановления исходного изображения. При несовпадении предполагаемой и реальной PSF будут наблюдаться многочисленные артефакты в виде «звона», ореолов и снижения четкости. В большинстве случаев предполагается форма PSF в виде круга, тем не менее для достижения максимальной степени восстановления рекомендуется поиграться с формой этой функции, попробовав несколько вариантов от распространенных объективов — как мы видели, форма PSF может варьироваться в значительной степени в зависимости от диафрагмы, объектива и прочих условий.
Краевые эффекты
Следующая проблема заключается в том, что если напрямую применить фильтр Винера, то на краях изображения будет своеобразный «звон». Его причина, если объяснять на пальцах, заключается в следующем — когда делается деконволюция для тех точек, которые расположены на краях, то при сборке не хватает пикселей, которые находятся за краями изображения и они принимаются либо равным нулю, либо берутся с противоположной стороны (зависит от реализации фильтра Винера и преобразования Фурье). Выглядит это так:
Одно из решений, чтобы избежать этого состоит предобработке краев изображения. Они размываются с помощью той же самой PSF. На практике это реализуется следующем образом — берется входное изображение F(x,y), размывается с помощью PSF и получается F'(x,y), затем итоговое входное изображение F»(x,y) формируется суммированием F(x,y) и F'(x,y) с использованием весовой функции, которая на краях принимает значение 1 (точка целиком берется из размытого F'(x,y)), а на расстоянии равном (или большем) радиусу PSF от края изображения принимает значение 0. Результат получается такой — звон на краях исчез:
Практическая реализация
Я сделал программу, демонстрирующую восстановление смазанных и расфокусированных изображений. Написана она на C++ с использованием Qt. В качестве реализации преобразования Фурье я выбрал библиотеку FFTW, как самую быструю из опен-соурсных реализаций. Называется моя программа SmartDeblur, скачать ее можно на странице github.com/Y-Vladimir/SmartDeblur, все исходники открыты под лицензией GPL v3.
Скриншот главного окна:
Основные функции:
— Высокая скорость. Обработка изображения размером 2048*1500 пикселей занимает около 300мс в режиме Preview (когда перемещаются ползунки настроек) и 1.5 секунды в чистовом режиме (когда отпустили ползунки настроек).
— Подбор параметров в Real-time режиме. Нет необходимости нажимать кнопки Preview, все делается автоматически, нужно лишь двигать ползунки настроек искажения
— Вся обработка идет для изображения в полном разрешении. Т.е. нет никакого маленького окошка предпросмотра и кнопок Apply.
— Поддержка восстановления смазанных и расфокусированных изображений
— Возможность подстройки вида PSF
Основной упор при разработке был сделан на скорость. В итоге она получилась такая, что превосходит коммерческие аналоги в десятки раз. Вся обработка сделана по-взрослому, в отдельном потоке. За 300 мс программа успевает сгенерить новую PSF, сделать 3 преобразования Фурье, сделать деконволюцию по Винеру и отобразить результат — и все это для изображения размером 2048*1500 пикселей. В чистовом режиме делается 12 преобразований Фурье (3 для каждого канала, плюс одно для каждого канала для подавления краевых эффектов) — это занимает около 1.5 секунд. Все времена указаны для процессора Core i7.
Пока в программе есть ряд багов и особенностей — скажем, при некоторых значениях настроек изображение покрывается рябью. Точно причину выяснить не удалось, но предположительно — особенности работы библиотеки FFTW.
Ну и в целом в процессе разработки пришлось обходить множество скрытых проблем как в FFTW (например не поддерживаются изображения с нечетным размером одной из сторон, типа 423*440.). Были проблемы и с Qt — выяснилось, что рендеринг линии со включенным Antialiasing работает не совсем точно. При некоторых значениях углов линия перескакивала на доли пикселя, что давало артефакты в виде сильной ряби. Для обхода этой проблемы добавил строчки:
Сравнение
Осталось сравнить качество обработки с коммерческими аналогами.
Я выбрал 2 самые известные программы
1. Topaz InFocus — www.topazlabs.com/infocus
2. Focus Magic — www.focusmagic.com
Для чистоты эксперимента будем брать те рекламные изображения, которые приведены на официальных сайтах — так гарантируется, что параметры тех программ выбраны оптимальными (т.к. думаю, разработчики тщательно отбирали изображения и подбирали параметры перед публикацией в рекламе на сайте).
Итак, поехали — восстановление смаза:
Берем пример с сайта Topaz InFocus:
www.topazlabs.com/infocus/_images/licenseplate_compare.jpg
Обрабатываем с вот такими параметрами:
и получаем такой результат:
Результат с сайта Topaz InFocus:
Результат весьма схожий, это говорит о том, что в основе Topaz InFocus используется похожий алгоритм деконволюции плюс постобработка в виде заглаживания-удаления шумов и подчеркивания контуров.
Примеров сильно дефокусировки на сайте этой программы найти не удалось, да и она не предназначена для этого (максимальный радиус размытия составляет всего несколько пикселей).
Можно отметить еще один момент — угол наклона оказался ровно 45 градусов, а длина смаза 10 пикселей. Это наводит на мысль о том, что изображение смазано искусственно. В пользу этого факта говорит и то, что качество восстановления очень хорошее.