# Fokusera om ett fotografi

Gilles
Caulier

    caulier punkt gilles snabela free.fr

Gerhard
Kulzer

    gerhard snabela kulzer.net

Digikams bildinsticksprogram Fokusera om är ett verktyg för att fokusera om en bild genom att förbättra skärpan. Det använder algoritmen avfaltningsfilter med copyright av Ernst Lippe.

KDE
Digikam

# Inledning

Suddiga fotografier, liksom de flesta digitaliserade bilder, behöver korrigering av skärpan. Det beror på digitaliseringsprocessen som måste dela upp ett färgkontinuum i punkter med något olika färger: element tunnare än samplingsfrekvensen får en enhetlig färg beräknad som ett medelvärde. Sålunda visas skarpa kanter något suddiga. Samma fenomen visar sig när färgpunkter skrivs ut på papper. Spegelreflexkameror kräver regelmässigt ännu mer korrigering av skärpan än konsumentkameror.

Vissa bildläsare använder ett skärpefilter vid läsning. Det är värt att inaktivera det så att du har kontroll över bilden.

Det här verktyget försöker "fokusera om" en bild genom att göra defokusering ogjord. Det är bättre än att bara försöka göra ett fotografi skarpare. Det utnyttjar en teknik som kallas FIR Wiener filtrering. Den traditionella tekniken för att göra bilder skarpare är att använda en oskarp maskering. Omfokusering skapar i allmänhet bättre resultat än oskarp maskering. Starta det från bildeditorns meny Fixa Fokusera om.

Omfokuseringstekniken fungerar annorlunda än Oskarp mask och skiljer sig också från Skärpefiltret, vilka båda ökar kontrasten hos objektens kanter i en bild. Omfokuseringen vänder istället på processen som gjorde bilden suddig på grund av kamerans cirkulära bländare. Metoden ger dig så mycket av originalet "i fokus" som möjligt. Omfokusering använder en mycket kraftfull avfaltningsalgoritm som återskapar data som har blandats ihop. I matematiska termer orsakas suddigheten oftast av en faltning, och en avfaltning vänder på processen, vilket är exakt vad Fokusera om gör. Dessutom tillåter FIR-filtertekniken att mycket av bruset och kornigheten tas bort, som annars istället framhävs av skärpeprocessen i alla skärpefilter.

## Använda insticksprogrammet

### Dialogrutan för omfokusering

Bildrutan och förhandsgranskningen av originalet hjälper dig att panorera i bilden. Förhandsgranskningsfönstret visar filterresultatet med nuvarande inställningar.

I de flesta fall vet du inte exakt vilken faltning som orsakade försämringen av bilden. Det finns två faltningar som ofta används för att modellera försämring av bilder.

- Gaussisk faltning: Denna är matematiskt lik normalfördelningen, men sin klockkurva. Ur teoretisk synvinkel är den matematiska motiveringen för att använda en gaussisk faltning att när man utför ett stort antal slumpmässiga faltningar närmar sig alltid resultatet en gaussisk faltning.

- Cirkulär faltning: Denna sprider varje originalpunkt likformigt över en liten cirkelskiva med en fast radie. Tekniskt beskriver detta effekten av att använda en (ideal) lins som inte är riktigt fokuserad.

Insticksprogrammet för omfokusering stöder både den gaussiska och cirkulära faltningen samt blandningar av de två. Den verkliga faltningen som används av insticksprogrammet är i själva verket resultatet av att falta både den gaussiska och cirkulära faltningen med varandra. Båda faltningarna är identiska med enhetsfaltningen när deras parameter är lika med 0. Därför är resultatet en cirkulär faltning när den gaussiska radien är lika med noll, och på samma sätt när radien är lika med noll är resultatet en gaussisk faltning.

I praktiken fungerar den cirkulära faltningen mycket bättre än den gaussiska faltningen. Den gaussiska faltningen har en mycket lång svans, alltså beror faltningens matematiska resultat också på originalbildpunkter som har ett stort avstånd från den ursprungliga originalbildpunkten. FIR Wiener inversen av en gaussisk faltning är i de flesta fall starkt beroende av originalbildpunkter på stora avstånd, och i de flesta fall skapar det oönskade resultat.

Den cirkulära faltningen skapar i allmänhet mycket bättre resultat. En orsak är att FIR Wiener inversen av den cirkulära faltningen i allmänhet påverkas av originalbildpunkter i det ursprungliga originalbildpunktens omedelbara grannskap. En annan orsak är att den cirkulära faltningen teoretiskt är en bra matematisk modell av bilder som är något ofokuserade.

För att ställa in filtret för avfaltning, har insticksprogrammet följande parametrar:

- Cirkulär skärpa: Det här är radien för den cirkulära faltningen. Det är den viktigaste parametern för att använda insticksprogrammet. För de flesta bilder bör standardvärdet 1,0 ge bra resultat. Välj ett högre värde om bilden är mycket suddig, men akta dig för att skapa ljuscirklar.

- Korrelation: Att öka korrelationen kan hjälpa till att reducera förvrängningar. Korrelationen kan gå från 0 till 1. Användbara värden är 0,5 och värden nära 1, t.ex. 0,95 och 0,99. Att använda ett större värde för korrelationen reducerar insticksprogrammets skärpeeffekt.

- Brusfilter: Att öka brusfilterparametern kan hjälpa till att reducera förvrängningar. Brusfiltret kan gå från 0 till 1, men värden större än 0,1 är sällan användbara. När brusfiltrets värde är för lågt, t.ex. 0,0 blir bildkvaliteten förskräcklig. Ett användbart värde är 0,03. Att använda ett stort värde för brusfiltret kan till och med göra bilden suddigare.

- Gaussisk skärpa: Det här är skärpan för den Gaussisk faltningen. Använd parametern när oskärpan är av Gaussisk typ (oftast beroende på tidigare suddighetsfiltrering). I de flesta fall bör du lämna parametern på 0, eftersom den orsakar otäcka förvrängningar. Om du använder värden skilda från noll, måste du troligen också öka parametrarna för korrelation och/eller brusfilter.

- Matrisstorlek: Den här parametern avgör omvandlingsmatrisens storlek. Att öka matrisstorleken kan ge bättre resultat, särskilt om du har valt stora värden för cirkulär eller Gaussisk skärpa. Observera att insticksprogrammet blir mycket långsamt när du väljer stora värden för parametern. I de flesta fall bör du välja ett värde i intervallet 3 - 10.

- Knapparna Spara som och Ladda används för att göra just det. Alla omfokuseringssinställningar du har ställt in kan sparas i filsystemet i en textfil och senare laddas.

- Knappen Återställ allt återställer alla inställningar till förvalda värden.

Nedan ser du några tips som hjälper dig att arbeta med insticksprogrammet för omfokusering:

- Utför all beskärning och korrigering av färg- och intensitetskurvor i bilden innan insticksprogrammet används.

- Använd annars insticksprogrammet innan du utför några andra åtgärder i bilden. Orsaken är att många åtgärder lämnar gränser i bilden som inte är omedelbart synliga, men som skapar otäcka förvrängningar.

- När du läser in bilder och komprimerar dem, t.ex. till JPEG, ska du använda insticksprogrammet på den okomprimerade bilden.

## Jämförelse med andra tekniker

Jämförelse med två andra tekniker som ofta används för att förbättra bilder är:

- Skärpefilter

- Oskarp mask

Ett skärpefilter använder en liten faltningsmatris som ökar skillnaden mellan en originalbildpunkt och dess omedelbara grannar. FIR Wiener filtrering är en generellare teknik eftersom den tillåter ett mycket större grannskap och bättre parametrisering. Ett skärpefilter fungerar bara när bilderna har mycket lite suddighet. Dessutom ser resultatet ofta "brusigt" ut med stora värden för skärpeparametrarna. Med FIR Wiener filtrering kan bruset reduceras avsevärt genom att välja stora värden för parametrarna Korrelation och Brusfilter.

Oskarp maskering är en annan mycket populär bildförbättringsteknik. Ur matematisk synvinkel är dess rättfärdigande något dunkelt, men många personer är mycket förtjusta i det. Det första steget är att skapa en suddig kopia av originalbilden. Därefter subtraheras skillnaden mellan originalbilden och den suddiga bilden från originalbilden, därav namnet oskarp mask. I själva verket är oskarp maskering mer av en kontrastförbättring av de viktiga objekten i bilden än en förbättring av skärpan. Den tar inte bort störningen från kamerans bländarmönster som omfokusering gör.

I allmänhet skapar oskarp maskering bättre resultat än ett skärpefilter. Det beror troligen på det faktum att oskarp maskering använder ett större grannskap än ett skärpefilter.

Ur teoretisk synvinkel måste alltid oskarp maskering införa förvrängningar. Till och med vid optimala omständigheter kan den aldrig helt och hållet göra suddighetseffekten ogjord. Det är möjligt att bevisa att Wiener-filtrering är den optimala linjära filtreringen. I praktiken visade sig resultatet av FIR Wiener-filtret i samtliga fall vara minst lika bra som det för oskarp maskering. FIR Wiener-filtret är ofta bättre på att återställa små detaljer.

Nedan ser du en jämförelse av olika filter använda på en liten suddig bild:

Förhandsgranskning | Typ
--- | ---
| Ursprunglig suddig färgbild att fixa. Bilden är tagen med en analog stillbildskamera. Suddigheten är resultatet av otillräckligt ljus för autofokusering av linsen.
| Fixad bild med enkelt skärpefilter. Skärpeinställningen är 80.
| Fixad bild med filtrering med oskarp mask. Inställningarna är Radie = 50, Värde = 5 och Tröskelvärde = 0.
| Fixad bild med omfokuseringsfiltret. Inställningar är Cirkulär skärpa = 1,3, Korrelation = 0,5, Brusfilter = 0,020, Gaussisk skärpa = 0 och Matrisstorlek = 5.

För mer information om metoder för korrigering av skärpa som används i digital bildbehandling, kan du hitta en teknisk jämförelse på följande webbadress.

## Insticksprogrammet under arbete

Det här är ett exempel på hur omfokusering kan ändra ditt liv. Den ursprungliga bilden är (1) och den korrigerade bilden är (2). Förvalda inställningar för omfokusering användes för att fixa den ofokuserade bilden.

### Omfokuseringsverktyget under arbete