# Rimessa a fuoco di una fotografia

Gilles
Caulier

    caulier dot gilles at free.fr

Gerhard
Kulzer

    gerhard at kulzer.net

Il plugin per le immagini di digiKam Rimessa a fuoco è uno strumento per migliorare la nitidezza di un'immagine. Usa l'algoritmo filtro di deconvoluzione sotto copyright di Ernst Lippe.

KDE
Digikam

# Introduzione

Le fotografie sfocate, così come la maggior parte delle immagini digitalizzate, hanno bisogno di una correzione della nitidezza. Ciò è dovuto al processo di digitalizzazione che deve suddividere un continuo di colori in punti con colori leggermente diversi: gli elementi più sottili della frequenza di campionamento saranno presi come un colore medio uniforme. Quindi, i bordi nitidi vengono resi un po' sfocati. Lo stesso fenomeno si verifica quando si stampano dei punti colorati sulla carta. Le macchine fotografiche SLR hanno bisogno di ancora più un aumento regolare della nitidezza delle macchine comuni.

Alcuni scanner applicano un filtro di aumento della nitidezza durante la scansione. Vale la pena disattivarlo in modo da mantenere il controllo sulla propria immagine.

Questo strumento cerca di "rimettere a fuoco" un'immagine annullando la sfocatura. Ciò è meglio di tentare semplicemente di aumentarne la nitidezza. Usa una tecnica nota come filtro FIR di Wiener. La tecnica tradizionale per aumentare la nitidezza delle immagini è usare la maschera di contrasto. La rimessa a fuoco produce di solito risultati migliori della maschera di contrasto. Avviala dal menu dell'editor di immagini Correggi Rimetti a fuoco.

La tecnica di rimessa a fuoco funziona diversamente dalla maschera di contrasto, ed è anche diversa dal filtro di aumento della nitidezza, i quali aumentano il contrasto dei bordi di un'immagine. La rimessa a fuoco, invece, inverte il processo con cui l'immagine è stata sfocata dal diaframma circolare della macchina fotografica. Questo metodo ti rende il più possibile dell'immagine originale "a fuoco". La rimessa a fuoco usa un algoritmo di deconvoluzione molto potente che riotterrà i dati che sono stati persi. In termini scientifici, la sfocatura è normalmente il risultato di una convoluzione, e una deconvoluzione invertirà il processo; questo è esattamente quello che fa la rimessa a fuoco. Inoltre, la tecnica del filtro FIR permette di rimuovere molti disturbi e granularità che spesso vengono accentuati con tutti i filtri di aumento della nitidezza.

## Usare il plugin

### Finestra di rimessa a fuoco

Il pannello dell'immagine e l'anteprima originale ti permettono di scorrere sull'immagine. La finestra di anteprima mostra il risultato del filtro usando le attuali impostazioni.

Nella maggior parte dei casi non sai esattamente quale convoluzione ha causato il degrado dell'immagine. Ci sono due convoluzioni che sono usate di frequente per modellare il degrado dell'immagine:

- La convoluzione gaussiana: questa è matematicamente simile alla distribuzione normale, con la sua curva a campana. Da un punto di vista teorico la giustificazione matematica dell'uso della convoluzione gaussiana è quando applichi un gran numero di convoluzioni casuali e indipendenti, i risultati si avvicineranno sempre a una convoluzione gaussiana.

- La convoluzione circolare: questa irradia ogni punto sorgente uniformemente in un piccolo disco di raggio fisso. Tecnicamente ciò descrive l'effetto di usare una lente (ideale) non ben messa a fuoco.

Il plugin di rimessa a fuoco supporta sia la convoluzione gaussiana che quella circolare, oltre a miscele delle due. La convoluzione usata dal plugin è in realtà la risultante della convoluzione tra la gaussiana e la circolare. Entrambe queste convoluzioni sono identiche alla convoluzione identica quanto il loro parametro è uguale a zero. Quindi, quando il raggio gaussiano è zero, il risultato è una convoluzione circolare, e, allo stesso modo, quando il raggio è uguale a zero il risultato è una convoluzione gaussiana.

In pratica, nella maggior parte dei casi la convoluzione circolare funziona molto meglio della gaussiana. La convoluzione gaussiana ha una coda molto lunga, quindi matematicamente il risultato della convoluzione dipende anche da pixel sorgente a una grande distanza dal pixel sorgente originale. L'inversa FIR di Wiener di una convoluzione gaussiana è nella maggior parte dei casi fortemente influenzata dai pixel sorgente a grandi distanze, e nella maggior parte dei casi ciò porta a risultati indesiderati.

La convoluzione circolare produce generalmente risultati molto migliori. Un motivo è che l'inversa FIR di Wiener della convoluzione circolare è in generale influenzata dai pixel sorgente nelle immediate vicinanze del pixel sorgente originale. Un'altra ragione è che la convoluzione circolare è matematicamente un buon modello teorico per le immagini un po' non a fuoco.

Per impostare correttamente il filtro di deconvoluzione, il plugin ha i parametri seguenti:

- Nitidezza circolare: questo è il raggio del filtro di convoluzione circolare. È il parametro più importante per usare il plugin. Per la maggior parte delle immagini il valore predefinito di 1 dovrebbe dare buoni risultati. Seleziona un valore più alto quando la tua immagine è molto sfocata.

- Correlazione: aumentare la Correlazione potrebbe aiutare a ridurre gli artefatti. La correlazione può variare da zero a uno. I valori utili sono 0,5 e i valori vicini a 1, come 0,95 e 0,99. Usare un valore elevato per la correlazione ridurrà l'effetto di aumento della nitidezza del plugin.

- Filtro dei disturbi: aumentare il Filtro dei disturbi aiuta a ridurre gli artefatti. I disturbi possono variare tra zero e uno, ma i valori superiori a 0,1 sono raramente utili. Quando il valore dei disturbi è troppo basso, per esempio zero, la qualità dell'immagine sarà pessima. Un valore utile è 0,03. Usare un valore elevato per il rumore sfocherà ulteriormente l'immagine.

- Nitidezza gaussiana: questo è il raggio per il filtro di convoluzione gaussiana. Usa questo parametro quando la tua sfocatura è gaussiana (di solito a causa di un precedente filtraggio di sfocatura). Nella maggior parte dei casi dovresti impostare questo parametro a zero, perché crea dei fastidiosi artefatti. Quando usi valori diversi da zero, dovrai probabilmente aumentare anche i parametri della Correlazione o del Filtro dei disturbi.

- Dimensione della matrice:: questo parametro determina la dimensione della matrice di trasformazione. Aumentare la Dimensione della matrice: potrebbe produrre risultati migliori, specialmente quando scegli valori elevati per la Nitidezza circolare o la Nitidezza gaussiana. Nota che il plugin diverrà molto lento quando selezioni un valore elevato per questo parametro. Nella maggior parte dei casi dovresti selezionare un valore tra 3 e 10.

- Salva con nome... e Carica: questi pulsanti si spiegano da sé. Qualsiasi parametro di rimessa a fuoco che hai impostato può essere salvato su file e ricaricato in seguito.

- Reimposta tutto: questo pulsante azzera tutte le impostazioni ai valori predefiniti.

Sotto puoi vedere alcuni suggerimenti per aiutarti a lavorare con il plugin di rimessa a fuoco:

- Effettua preferibilmente tutte le correzioni delle curve dei colori e delle intensità sull'immagine prima di usare il plugin.

- Altrimenti dovresti usare questo plugin prima di effettuare qualsiasi altra operazione sull'immagine. La ragione è che molte operazioni sull'immagine lasceranno dei contorni non immediatamente visibili, ma che lasceranno dei fastidiosi artefatti.

- Quando scansioni delle immagini e le comprimi, per esempio in JPEG, dovresti usare il plugin sull'immagine decompressa.

## Confronto con altre tecniche

Confronto con due altre tecniche frequentemente usate per migliorare le immagini:

- Filtro di aumento della nitidezza

- Maschera di contrasto

L'aumento della nitidezza applica una piccola matrice di convoluzione che aumenta la differenza tra un pixel sorgente e quelli nelle sue immediate vicinanze. Il filtraggio FIR di Wiener è una tecnica più generale perché permette un intorno molto più grande e migliori parametrizzazioni. L'aumento della nitidezza funziona solo quando le tue immagini sono molto poco sfocate. Inoltre, con valori elevati del parametro di aumento della nitidezza i risultati sono spesso "disturbati". Con il filtraggio FIR di Wiener questi disturbi possono essere fortemente ridotti selezionando valori maggiori per i parametri di Correlazione e Filtro dei disturbi.

La maschera di contrasto è un altro modo molto popolare di migliorare le immagini. Da un punto di vista matematico, la sua giustificazione è un po' oscura, ma piace a molta gente. Il primo passo è creare una copia sfocata dell'immagine sorgente. Quindi la differenza tra l'immagine sorgente e l'immagine sfocata viene sottratta dall'immagine sorgente, da cui il nome di maschera di contrasto. In realtà, la maschera di contrasto è più un miglioramento del contrasto su un elemento importante dell'immagine che un aumento della nitidezza. Non annulla l'interferenza dello schema dell'apertura del diaframma della macchina fotografica come fa la rimessa a fuoco.

In generale, la maschera di contrasto produce risultati migliori dell'aumento della nitidezza. Probabilmente ciò è dovuto al fatto che la maschera di contrasto usa un intorno più grande dell'aumento della nitidezza.

Da un punto di vista teorico, la maschera di contrasto deve sempre introdurre degli artefatti. Anche in condizioni ottimali non può mai annullare completamente l'effetto delle sfocature. È possibile provare che il filtraggio Wiener è il filtro lineare ottimale. In pratica, in tutti i casi i risultati del filtro FIR di Wiener sono almeno buoni quanto la maschera di contrasto. Il filtro FIR di Wiener è spesso migliore a restaurare i dettagli minori.

Sotto puoi vedere un confronto tra filtri diversi applicati a una piccola immagine sfocata:

Anteprima | Tipo
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| Immagini sfocata originale da correggere. Questa immagine è stata fatta con una macchina fotografica analogica. La sfocatura è stata causata da luce insufficiente per la lente autofocalizzante.
| Immagine corretta con un filtro semplice per l'aumento della nitidezza. L'impostazione della nitidezza è 80.
| Immagine corretta con un filtro di maschera di contrasto. Le impostazioni sono raggio=50, quantità=5 e soglia=0.
| Immagine corretta con un filtro di rimessa a fuoco. Le impostazioni sono nitidezza circolare=1,3, correlazione=0,5, filtro dei disturbi=0,020, nitidezza gaussiana=0 e dimensione della matrice=5.

Per maggiori informazioni sui metodi di correzione della nitidezza usati nella fotografia digitale, puoi trovare un confronto tecnico a questo indirizzo.

## Il plugin in azione

Questo è un esempio di come la rimessa a fuoco ti possa cambiare la vita. L'immagine originale è (1) e l'immagine corretta è (2). Le impostazioni di rimessa a fuoco usate per correggere questa immagine sfocata sono quelle predefinite.

### Lo strumento di rimessa a fuoco in azione