Photoshop tutoriál: Technologie „SUPERrozlišení“ ve Photoshopu - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

3. prosince 2008, 00.00 | V dnešním tutoriálu si osvojíme jednoduchou techniku, pomocí které lze dosáhnout lepších výsledků interpolace, než jaké nabízejí nativní nástroje ve Photoshopu. Tato technika je sice použitelná pouze pro statické fotografie bez pohybu, nicméně jejím vedlejším příjemným efektem je i výkonná redukce šumu v obraze, což jí značně přidává na atraktivnosti. Více se dovíte v našem článku.

Co je to interpolace

Téměř každý jsme někdy potřebovali zvýšit rozlišení svojí fotografie na nějaký požadovaný rozměr, čehož lze dosáhnout pomocí procesu interpolace. Cílem interpolace je matematickým výpočtem navýšit počet zobrazovacích bodů (pixelů) ve fotografii. Problém je ale v tom, že navýšením rozlišení fotografie pomocí interpolace se rozhodně nezvyšuje kresba detailů. Naopak kvalita kresby fotografie se celkově zhoršuje, a to díky matematickému „klonování“ chybějících pixelů do počtu potřebného rozlišení snímku. V interpolovaném obrázku je pak stejné množství „naklonovaných“ mezistupňů pixelů jako bylo původně fyzických pixelů před započetím digitálního zvětšování snímku. Princip „klonování“ pixelů probíhá zjednodušeně asi tak, že když jsou například vedle sebe dva pixely černé barvy a bílé barvy, tak jejich interpolačním „klonem“ bude nový šedý pixel. Na výslednou digitální zvětšeninu je sice celkově hezčí pohled (zdánlivě bohatší tonalita a barvy), ale při jejím zobrazení v poměru 1:1 nám může být jasné, že se jedná jen o optický klam, protože reálnou ostrost snímku daná úprava nezajistí.

Kvalita digitálního navýšení počtu pixelů je velmi závislá na použité metodě interpolace bitmapového editoru užitého k úpravě snímků (například Photoshop nebo v ČR rozšířený Zoner Photo Studio) a také na míře zvětšení daného obrázku. Je jasné, že lepších výsledku dosáhnete, když např. 6Mpix fotografii nazvětšujete na 8 Mpix, než v případě, že ji interpolujete na třeba 16 Mpix.

Z nejpoužívanějších metod digitální interpolace zmiňme alespoň tyto: bikubická (bicubic), bilineární (bilinear), Hermite, Mitchell, Lanczos a Supersampling. Uvedené algoritmy fungují každý trochu jinak a proto mohou podávat rozličné výsledky. Hodně také záleží na konkrétním typu zvětšované předlohy, podle toho lze vybírat adekvátní metodu interpolace. Některé z těchto metod jsou již zdarma implementovány v bitmapovém editoru (např. Photoshop, Zoner). Pro kvalitnější profesionální zvětšování fotografií jsou pak obvykle určeny složitější interpolační nástroje (většinou formou zásuvných pluginů do Photoshopu), využívající například fraktálové matematické operace či S-Spline algoritmy křivek (např. Genuine Fractal Pro, Akvis Magnifizer či Alien Skin Blow Up) . Je však pochopitelné, že tyto nástroje nejsou dostupné zadarmo, přičemž cena často nebývá nejnižší. Nicméně cílem tohoto Photoshop tutoriálu není se věnovat problematice interpolace jako takové, nýbrž ukázat vám alternativní způsob interpolace obrázků ve Photoshopu.

Stávající nabídka interpolačních metod ve Photoshopu

V Adobe Photoshopu (v menu Edit-Image Size) můžete naleznout tyto dostupné typy interpolace: „Nearest Neighbor“(Nejbližší soused), Bilinerární a Bikubická (3 druhy v CS3). Pro zvětšování fotografií bývá nejvhodnější používat Bikubickou interpolaci, protože podává poměrně velmi dobré výsledky ve valné většině situací. Přesto, zejména v případech výrazného zvětšování předlohy s menším rozlišením, nemusíme být s výsledkem u této metody vždy nadšeni. Jistě, může si vypomoci například technikou schodové interpolace a průběžného doostřování fotografie, ale i tak nemusíme být spokojeni s konečným výsledkem. V interpolovaném obraze mohou být, při jeho 100% zobrazení, patrné například různé „haló“ artefakty, akumulované zejména okolo hran objektů, které pak působí jakoby „ožvýkaným“ dojmem. Rovněž interpolace fotografií s vysokou mírou barevného šumu (pořízených například při vyšší citlivosti ISO) je poměrně složitá, protože tím se digitální šum více „rozpije“, a tak se v obraze ještě zvýší výskyt rušivých prvků. Proto by v těchto případech bylo jistě záhodno nalézt nějakou optimální techniku interpolace, která produkuje nízkou úroveň artefaktů v obraze, zachovává ostřejší hrany a dokáže eliminovat případný digitální šum.

Existují ale nějaké metody, jak dosáhnout zadarmo takových interpolačních výsledků přímo ve Photoshopu, bez nutnosti být odkázán na externí komerční pluginy? Ano, existují. Jednou z nich je technika tzv. „SUPERrozlišení“. Obecně se této technice věnovala celá řada vědeckých publikací, jejíž výčtem vás zde nebudeme unavovat (převažují "stohy" nezáživných matematických rovnic...). Nás teď zajímá jen jediné: jak tuto metodu zrealizovat v podmínkách Photoshopu. Nejdřív si ale povězme, co to vlastně technologie "SUPERrozlišení" je.

Technologie „SUPERrozlišení“

Princip technologie „SUPERrozlišení“ je založen na několikanásobném vyfotografování totožné scény a následné kombinaci těchto snímků (v počtu 4 až 9) do sebe tak, že vznikne výsledný snímek s lepší kvalitou interpolace. Současně je z fotografie téměř vyhlazen veškerý digitální šum. Tato metoda je sice použitelná pouze pro snímání statických scén (kde se nic nepohybuje), ale i tak může být pro fotografy, kteří například fotografují krajinu či snímají zátiší v ateliéru, zajímavá.

Princip „SUPERrozlišení“ se už používá delší dobu kupříkladu v technologiích bubnového skenování (tzv. „hardwarová interpolace“). V oblasti komerční digitální fotografie je „SUPERrozlišení“ užíváno například velmi zajímavou aplikací PhotoAcute Studio (viz. zajímavý článek zde:). Tento program dokáže, kromě precizní interpolace, dále vylepšovat obrazovou kvalitu fotografií (např. odstranění chromatické aberace či šumu, tvorba HDR fotografií, rozšíření hloubky ostrosti a jiné). Cena jeho plné verze ale činí cca 119 USD, a tak je záhodné napodobit technologii „SUPERrozlišení“ přímo ve Photoshopu.

S dále popsaným postupem simulace „SUPERrozlišení“ již mají zkušenosti například někteří grafici či pracovníci v pre-pressu. Pojďme tedy k vlastnímu popisu. Co všechno budeme potřebovat? Sérii snímků stejné scény, stativ, trpělivost a samozřejmě „božský“ program Adobe Photoshop.

Vlastní postup tvorby „SUPERrozlišení“ ve Photoshopu

Nejprve si pořídíme v rychlém sledu za sebou, s nezbytnou asistencí stativu, 4-9 snímků stejné scény (v našem ukázkovém případě jsme nasnímali celkem 6 fotografií). Stiskem spouště fotoaparátu vždy dojde k určitému nepatrnému vychýlení aparátu, což je v tomto případě nezbytné. Pořízené fotografie se přes sebe mírně posouvají díky nepatrným vibracím fotoaparátu při snímání a tak na úrovni pixelů vzniká potenciál pro fyzické zvýšení rozlišení snímku. U samotné pořízené fotografie (např. RAW) toto nemůže nastat, protože kopie snímků jsou stále jen kopií nikoliv originály, jak tomu je naopak u série pořízených snímků stejné scény. Technologie „SUPERrozlišení“ proto může fungovat pouze u série fotografií pořízených v rychlém sledu za sebou. Všechny pořízené snímky této série si posléze otevřeme ve Photoshopu. Nyní potřebujeme otevřené snímky zarovnat a zároveň nakopírovat do separátních vrstev v rámci jednoho otevřeného dokumentu. Nejjednodušší způsob jak to zařídit bude například jít do menu File-Automate a vybrat volbu „Photomerge“. V tomto otevřeném dialogu si posléze klikneme na volbu „Add Open files“ a tím načteme námi otevřené snímky. Nesmíme zapomenout dole deaktivovat volbu „Blend images together“, protože by nám bylo znemožněno umístit dané snímky do jednotlivých vrstev (vrstvy by se vzájemně prolnuly do výsledné jedné vrstvy) dokumentu. Po levé straně si zkontrolujeme, zda je v „Layout“ panelu vybraná volba „Auto“ (Defaultní nastavení Photoshopu). Potvrdíme příkazem „OK“.

Photoshop nyní sám provede nakopírovaní otevřených fotografií do jednotlivých vrstev dokumentu a zároveň je samočinně vzájemně zarovná. Náš vytvořený vícevrstevný dokument by se měl jmenovat „Untitled_ Panorama1“. Ostatní jednotlivé snímky již nepotřebujeme a proto je můžeme všechny uzavřít. Zkontrolujeme, zda Photoshop všechny vrstvy zarovnal správně. Dobrou pomůckou je si určit nejspodnější vrstvu jako „Základ“, podle kterého budeme kontrolovat zarovnání u jednotlivých vrstev (u ostatních vrstev pro přehlednost dočasně vypneme jejich viditelnost). Užitečným trikem je změnit režim prolnutí u kontrolované vrstvy na mód „Difference“(Rozdíl), díky kterému uvidíme pouze obrysové kontury zarovnávaných vrstev. Jemným posouváním dané vrstvy pomocí směrových kláves (stisk klávesy „V“ a kliknutí do aktivní vrstvy při aktivované volbě „Autoselect“ na hlavním kontrolním panelu Photoshopu) se snažíme dosáhnout toho, aby vrstvy byly dokonale zarovnané (u přesně zarovnaných vrstev jsou bílé obrysy vidět minimálně). Zarovnané vrstvy si pro pořádek pojmenujeme takto: Nejspodnější vrstva=“Základ“; Druhá vrstva= 100/2; Třetí vrstva= 100/3; Čtvrtá vrstva= 100/4, Pátá vrstva= 100/5. Uvedené značení se nám bude hodit při pozdějším nastavování jejich průhlednosti.

Teď je na čase provést bikubickou interpolaci obrazu. Aktivujeme kliknutím nejhornější vrstvu a otevřeme si dialog „Image Size“ (menu „Edit/Image Size“). Technika SUPERrozlišení nejlépe funguje u dvojnásobku původního rozlišení souboru, proto nastavíme dvojnásobné rozlišení v políčku „Width“ (Šířka). V našem případě bylo původní rozlišení obrázku 1 214 x 795 pixelů, takže zadáme rozlišení 2 428 x 1 590 pixelů. V dolní roletce interpolačních metod vybereme Bikubickou interpolaci. Potvrdíme příkazem „OK“.

Po zvětšení dokumentu si zkontrolujeme, zda se stále nacházíme na poslední horní vrstvě. Po předchozí provedené interpolaci je vhodné mírné doostření všech vrstev, proto si otevřeme nástroj „Unsharp Mask“ (menu Filter-Sharpen) a nastavíme decentní míru doostření (dle povahy snímku a našeho uvážení). V našem případě jsme u daného rozlišení dokumentu zvolili míru doostření (Amount) 100 % při poloměru (Radius) 0,6. Potvrdíme „OK“. Nyní si překlikneme do další vrstvy a abychom se nemuseli zdržovat opakovaným otevíráním dialogu „Unsharp Mask“, tak stiskneme klávesovou kombinaci „Ctrl+F“ (na danou vrstvu se aplikuje poslední použitý filtr i se svým předchozím nastavením, v našem případě filtr „Unsharp mask“). Tento postup zopakujeme postupně u všech vrstev (včetně nejspodnější vrstvy „Základ“). Nyní máme všechny vrstvy patřičně doostřené.

Nyní uzrál čas pro odstupňované nastavení specifických průhledností u všech vrstev dokumentu (vyjma nejspodnější vrstvy „Základ“). Tento krok je v prováděné technice SUPERrozlišení velmi důležitý, proto je třeba nastavení průhlednosti vrstev provést podle určitého klíče. Nastavení průhlednost první vrstvy nad základní vrstvou je rovno hodnotě 100/2, tedy 50%. Průhlednost další vrstvy bude cca 33 % (100/3) a tak pokračujeme dále až k horní vrstvě (jako vodítko nám poslouží předchozí pojmenování vrstev).

Jsme skoro u konce, zbývá nám jen sloučit všechny vrstvy dokumentu do jedné jediné. Provedeme mírné doostření (nastavení zvolíme podle uvážení) finálního obrázku. V našem případě jsme v nastavení „Unsharp Mask“ ponechali míru doostření na 100% a snížili jsme poloměr na hodnotu 0,3. V menu „View“ si aktivujeme 100% zobrazení (Actual Pixels) interpolované fotografie.

Závěr

Můžeme si všimnout, že námi provedená interpolace fotografie proběhla poměrně velmi dobře. Přestože jsme zdrojové snímky nasnímali při vyšší citlivosti (v našem případě to byla citlivost 800 ISO), tak po předchozím digitálním šumu nejsou skoro žádné památky. Uvedená technika interpolace snímku vykazuje výrazně menší míru interpolačních artefaktů v obraze, než by to bylo obvyklé v případě zvětšování jednoho snímku na uvedené rozlišení pomocí dostupných standardních nástrojů Photoshopu. Zároveň je jejím důležitým benefitem účinná redukce digitálního šumu v obraze. Zkuste si například jeden ze série pořízených snímků nazvětšovat na dané rozlišení pouze pomocí bikubické interpolace a porovnejte. Proto je technika "SUPERrozlišení" poměrně snadnou a přitom výkonnou alternativou na zvětšování statických snímků vedle stávající nabídky interpolačních nástrojů ve Photoshopu. Uvedený postup lze automatizovat a výrazně urychlit pomocí Photoshop akce.

Příklad využití „SUPERrozlišení“ u standardní statické fotografie.

Další zajímavé zdroje o technologii „SUPERrozlišení“:

http://en.wikipedia.org/wiki/Super-resolution