# Focar de Novo uma Fotografia

Gilles
Caulier

    caulier dot gilles at free.fr

Gerhard
Kulzer

    gerhard at kulzer.net

O 'plugin' de imagem do digiKam Focar de Novo é uma ferramenta para melhorar o detalhe de uma imagem. Ele usa o Filtro de Desconvolução com o 'copyright' de Ernst Lippe.

KDE
Digikam

# Introdução

As fotografias desfocadas, assim como as imagens digitalizadas, necessitam de correcções de focagem e de detalhes. Isto é devido ao processo de digitalização, o qual necessita de eliminar um espectro contínuo de cores para pontos com cores ligeiramente diferentes: os elementos mais finos que a frequência de amostragem serão normalizados para uma cor uniforme. Como tal, os contornos afiados são mostrados de uma forma ligeiramente borrada. O mesmo fenómeno acontece ao imprimir pontos de cores num papel. As máquinas SLR ainda necessitam mais de afiamento das imagens do que as máquinas consumíveis.

Alguns 'scanners' aplicam um filtro de detalhe durante a digitalização. Poderá desactivá-lo para ter o controlo sobre a sua imagem.

Esta ferramenta tenta "voltar a focar" uma imagem, usando uma técnica chamada Filtragem Wiener FIR. A técnica tradicional para dar mais detalhe às imagens é usar as máscaras não-afiadas. A nova focagem produz geralmente melhores resultados que essa máscara. Invoque-a no menu do Editor de Imagens em Corrigir Focar de Novo.

A técnica de Nova Focagem funciona de forma diferente da Máscara Não-Afiada e é também diferente do Filtro de Afiamento, que aumenta tanto o contraste da funcionalidade, como os lados de uma imagem. A Nova Focagem, por sua vez, inverte o processo pelo qual a imagem foi borrada pela abertura circular da máquina fotográfica. Este método tenta dar-lhe a imagem "mais focada" possível. A Nova Focagem usa um algoritmo de desconvolução muito poderosa que irá reclamar os dados que foram misturados. Em termos científicos, o borrão é normalmente o resultado de uma convolução, sendo a desconvolução o processo inverso, e sendo este então o processo que a Nova Focagem faz. Para além disso, a técnica do filtro FIR permite remover o máximo de ruído e granularidade que ficam acentuados no processo de afiamento, com os vários filtros de afiamento.

## Usar o 'plugin'

### Janela de Nova Focagem

O painel da imagem e a antevisão original ajudam-no a posicionar-se dentro da imagem. A janela de antevisão mostra o resultado do filtro com as configurações actuais.

Na maioria dos casos, você não sabe ao certo qual a convolução que provocou a degradação da imagem. Existem duas convoluções que são usadas com frequência para modelar a degradação da imagem:

- A convolução Gaussiana: esta é matematicamente semelhante À distribuição normal, com a sua curva em forma de sino. Do ponto de vista teórico, a justificação matemática para usar a convolução Gaussiana é que, quando você aplica um conjunto grande de convoluções aleatórias e independentes, o resultado aproximar-se-á sempre de uma convolução Gaussiana.

- A convolução Circular: esta espalha cada um dos pontos de origem uniformemente em torno de um pequeno disco de raio fixo. Tecnicamente, isto descreve o efeito de usar uma lente (ideal) que não esteja correctamente focada.

O 'plugin' para nova focagem suporta tanto a convolução Gaussiana como a Circular, para além de algumas combinações mistas. A convolução real que é usada pelo 'plugin' é, de facto, o resultado de efectuar tanto a convolução gaussiana como a circular em conjunto. Ambas as convoluções são iguais à identidade quando o seu parâmetro respectivo é igual a 0 (zero). Como tal, quando o raio Gaussiano é igual a 0, o resultado é uma convolução circular e, do mesmo modo, quando o raio é igual a 0 (zero), o resultado é uma convolução Gaussiana.

Na prática, na maioria dos casos, a convolução circular funciona muito melhor que a convolução gaussiana. A convolução gaussiana tem um rato muito longo como tal, matematicamente, o resultado da convolução também depende dos pixels de origem a uma grande distância do pixel de origem. A inversa Wiener FIR de uma convolução Gaussiana, geralmente, é bastante influenciada pelos pixels de origem a grandes distâncias e, na maior parte dos casos, produz resultados indesejáveis.

A convolução circular produz geralmente resultados muito melhores. Uma das razões é o facto de a inversa da Wiener FIR da convolução circular é influenciada, de um modo geral, pelos pixels de origem na vizinhança imediata da do pixel original da origem. Outra razão é que uma convolução circular é, teoricamente, um bom modelo matemático para as imagens que estão ligeiramente desfocadas.

Para configurar correctamente o filtro de desconvolução, o 'plugin' tem os seguintes parâmetros:

- Detalhe Circular: Este é o raio da convolução circular. É o parâmetro mais importante no 'plugin'. Para a maioria das imagens, o valor predefinido 1 deverá originar bons resultados. Seleccione um valor mais elevado se a sua imagem estiver muito borrada, mas cuidado com a possível produção de halos.

- Correlação: O aumento da Correlação poderá ajudar a reduzir os artefactos. A correlação pode ir de 0-1. Os valores úteis são o 0,5 e os valores próximos de 1, como por exemplo 0,95 e 0,99. A utilização de um valor alto para a correlação irá reduzir o efeito de afiamento do 'plugin'.

- Filtro de ruído: O aumento do parâmetro do Filtro de Ruído poderá ajudar a reduzir os artefactos. A correlação pode ir de 0-1, mas os valores maiores 0,1 raramente são úteis.. Quando o valor do filtro de ruído é demasiado baixo, como por exemplo 0,0, a qualidade da imagem será horrível. Um valor útil é o 0,03. A utilização de um valor alto para a correlação irá reduzir o efeito de afiamento do 'plugin'.

- Detalhe Gaussiano: Este é o grau de detalhe para a convolução gaussiana. Use este parâmetro quando o seu borrão é do tipo gaussiano (devido provavelmente a filtragens anteriores de borrões). Na maioria dos casos, deverá configurar o valor deste parâmetro igual a 0, dado que gera artefactos incómodos. Quando você usar valores diferentes de zero, poderá ter de aumentar também os parâmetros de Correlação e/ou Filtro de Ruído.

- Tamanho da matriz: Este parâmetro determina o tamanho da matriz de transformação. Se aumentar o Tamanho da Matriz poderá obter melhores resultados, especialmente quando você escolher valores altos para o Detalhe Circular ou Detalhe Gaussiano. Repare que o 'plugin' poder-se-á tornar bastante lento se escolher valores elevados para este parâmetro. Na maioria dos casos, deverá escolher um valor no intervalo 3-10.

- Gravar Como e Carregar: estes botões servem mesmo para isso. Toda a configuração de novas focagens definida por si poderá ser gravada no sistema de ficheiros e, posteriormente, reposta.

- Repor Tudo: este botão repõe toda a configuração nos seus valores predefinidos.

Em baixo, poderá ver algumas sugestões para o ajudar a lidar com o 'plugin' de novas focagens:

- De preferência, efectue todas as correcções das curvas de cores e intensidades na imagem, antes de usar este 'plugin'.

- Na maioria dos casos, deverá usar este 'plugin' antes de efectuar quaisquer outras operações na imagem. A razão tem a ver com o facto de várias operações na imagem deixarem limites não imediatamente visíveis, mas que irão deixar alguns artefactos indesejáveis.

- Quando estiver a digitalizar imagens e a comprimi-las, p.ex., para JPEG, deverá usar o 'plugin' sobre a imagem não comprimida.

## Comparação com Outras Técnicas

Em comparação com outras duas técnicas usadas frequentemente para melhorar as imagens, existe:

- Filtro de Afiamento

- Máscara Não-Afiada

O afiamento aplica uma pequena matriz de convolução que aumenta a diferença entre um pixel de origem e os seus vizinhos imediatos. A filtragem Wiener FIR é uma técnica mais geral, dado que permite uma melhor parametrização e uma maior vizinhança. O afiamento só funciona quando as suas imagens estão apenas ligeiramente borradas. Para além disso, para valores altos do parâmetro de afiamento, os resultados finais contêm algum "ruído". Com a filtragem Wiener FIR, este ruído pode ser bastante reduzido se seleccionar valores altos para os parâmetros de Correlação e Filtro de ruído.

A máscara não-afiada é outra técnica de melhoria de imagem muito conhecida. Do ponto de vista matemático, a sua justificação é um pouco obscura, mas muitas pessoas gostam delas. O primeiro passo é criar uma cópia borrada da imagem de origem. Depois, a diferença entre a imagem original e a imagem borrada é subtraída da imagem original, daí o nome de máscara não-afiada. De facto, a máscara não-afiada é mais uma melhoria do contraste da característica principal da imagem que um afiamento. Não anula a interferência do padrão de abertura do diafragma da máquina fotográfica como a nova focagem faz.

De um modo geral, a máscara não afiada produz melhores resultados que o afiamento. Isto deve-se provavelmente ao facto de que a máscara não-afiada usa uma vizinhança maior que o afiamento.

Do ponto de vista teórico, a máscara não-afiada deverá introduzir sempre artefactos. Mesmo sob condições óptimas, ela não consegue anular por completo o efeito do borrão. Para a filtragem Wiener, é possível provar que é o filtro linear óptimo. Na prática, em todos os casos, o resultado do filtro Wiener FIR foram sempre pelo menos tão bons como os das máscaras não-afiadas. O filtro Wiener FIR é normalmente melhor a restaurar pequenos detalhes.

Em baixo, poderá ver uma comparação dos diferentes filtros aplicados sobre uma pequena imagem desfocada:

Antevisão | Tipo
--- | ---
| A imagem borrada original a corrigir. Esta imagem foi tirada a partir de uma máquina fotográfica analógica e estática. O resultado de desfocagem resulta de uma iluminação insuficiente para as lentes de foco automático.
| Imagem corrigida com um filtro de afiamento simples. A configuração do detalhe é igual a 80.
| Imagem corrigida usando o filtro de máscara não-afiada. A configuração é de Raio = 50, Quantidade = 5 e Limiar = 0.
| Imagem corrigida com o filtro de Nova Focagem. A configuração é de Detalhe Circular=1,3, Correlação=0.5, Filtro de Ruído=0,020, Detalhe Gaussiano=0 e Tamanho da Matriz=5.

Para mais informações sobre a correcção de métodos de detalhe usados em imagens digitais, poderá encontrar uma comparação técnica neste URL.

## O 'plugin' em acção

Este é um exemplo de como a Nova Focagem poderá mudar a sua vida. A imagem original é a (1) e a corrigida é a (2). A configuração de nova focagem usada para corrigir esta imagem desfocada foi a predefinida.

### Ferramenta de Nova Focagem em Acção