# Foto fookuse muutmine

Gilles
Caulier

    caulier dot gilles at free.fr

Gerhard
Kulzer

    gerhard at kulzer.net

DigiKami fookuse muutmise pildipluginaga saab parandada pildi teravust. See kasutab dekonvolutsioonifiltri algoritmi, mille autoriõigus kuulub Ernst Lippele.

KDE
Digikam

# Sissejuhatus

Vigase fookusega fotod, samuti enamik digipilte, vajavad teravuse korrigeerimist. Selle põhjuseks on digitaliseerimine ise, mille korral värviruum hakitakse veidi erineva värviga punktideks ning elemendid, mis on õhemad kui diskreetimissagedus, koondatakse ühte värvi. Nii muutuvad teravad servad renderdamisel veidi häguseks. Sama võib täheldada näiteks värvipunktide trükkimisel paberile.

Mõned skännerid rakendavad skaneerimise ajal teravustamisfiltrit. See oleks mõistlik välja lülitada, et kogu kontroll pildi üle jääks ikka sinu enda kätte.

Käesolev tööriist üritab pilti "ümber fokuseerida", kasutades niinimetatud FIR Wieneri filtreerimise tehnoloogiat. Traditsiooniliselt teravustatakse pilte teravustamismaski abil. Fookuse muutmine annab enamasti parema tulemuse kui teravustamismask. Selle tööriista saab käivitada pildiredaktoris menüükäsuga Parandus Fookuse muutmine.

Fookuse muutmine toimib teistmoodi kui teravustamismask ning erineb ka teravustamisfiltrist, mis mõlemad suurendavad kontrasti pildi servadel. Fookuse muutmise tehnoloogia aga üritab taastada selle hetke eelse olukorra, mil pilt muutus kaameras häguseks. See annab pildile nii suurel määral esialgse "fookuse" kui võimalik. Fookuse muutmisel kasutatakse väga võimsat dekonvolutsioonialgoritmi, mis taastab segatud andmed. Formaalselt kõneldes on hägustumine tavaliselt konvolutsiooni tulemus ning dekonvolutsioon pöörab selle tagasi. Seda fookuse muutmise tööriist võimaldabki. Lisaks lubab FIR filtri tehnoloogia eemaldada suure osa mürast ja teralisusest, mis kipuvad sageli kaasnema teravustamisega teravustamisfiltrite abil.

## Plugina kasutamine

### Fookuse muutmise dialoog

Pildipaneel ja originaalpildi eelvaatlus aitavad pildil liikuda. Eelvaatluseaknas näidatakse filtri väljundit parajasti kehtivate seadistuste korral.

Enamasti ei ole täpselt teada, milline konvolutsioon halvendas pildi kvaliteeti. Enamasti on süüdlaseks üks kahest konvolutsioonist:

- Gaussi konvolutsioon: selle kellukesekujuline kõver sarnaneb matemaatiliselt normaaljaotusele. Teoreetiliselt õigustab Gaussi konvolutsiooni kasutamist asjaolu, et suurt hulka iseseisvaid juhuslikke konvolutsioone rakendades läheneb tulemus alati Gaussi konvolutsioonile.

- Ringkonvolutsioon: see levib igast algpunktist ühetaoliselt fikseeritud raadiusega ringis. Tehniliselt kirjeldab see (ideaalse) läätse kasutamise mõju, mis ei ole korrektselt fokuseeritud.

Fookuse muutmise plugin toetab nii Gaussi kui ringkonvolutsiooni ning nende kasutamist üheskoos. Tegelik konvolutsioon, mida plugin kasutab, on nii Gaussi kui ka ringkonvolutsiooni konvolutsioon üheks konvolutsiooniks. Mõlemad konvolutsioonid on samased samasuskonvolutsiooniga, mille korral nende parameeter võrdub nulliga. See tähendab, et kui Gaussi raadius on 0, siis on tulemuseks ringkonvolutsioon, ja kui ringkonvolutsiooni raadius on 0, on tulemuseks Gaussi konvolutsioon.

Praktikas on ringkonvolutsioon enamasti etem kui Gaussi konvolutsioon. Gaussi konvolutsioonil on väga pikk saba, mistõttu matemaatiliselt sõltub konvolutsiooni tulemus ka neist algpikslitest, mis asuvad originaalalgpikslist väga kaugel. FIR Wieneri Gaussi konvolutsiooni tagasipööramist mõjutavad enamasti kaugel asuvad algpikslid päris tugevasti ning tihtipeale annab see soovimatuid tulemusi.

Ringkonvolutsioon annab üldiselt parema tulemuse. Üks selle põhjuseid on tõik, et FIR Wieneri ringkonvolutsiooni tagasipööramist mõjutavad üldiselt ainult originaalalgpiksli vahetus naabruses paiknevad algpikslid. Teine põhjus peitub selles, et ringkonvolutsioon on teoreetiliselt hea matemaatiline mudel vaid veidi fookusest väljas piltide jaoks.

Dekonvolutsioonifiltri korrektseks määramiseks kasutab plugin järgmisi parameetreid:

- Ringteravus: see on ringkonvolutsiooni filtri raadius. See on plugina kõige olulisem parameeter. Enamiku piltide korral peaks hästi sobima vaikeväärtus 1. Vali suurem väärtus, kui sinu pilt on väga hägune, kuid vaata, et ei tekiks halo.

- Korrelatsioon: korrelatsiooni suurendamine võib kahandada artefakte. Korrelatsioon saab olla vahemikus 0 kuni 1. Mõistlik oleks kasutada väärtusi 0,5 ja ühele lähenevaid väärtusi, näiteks 0,95 ja 0,99. Suurema korrelatsiooniväärtuse kasutamisel väheneb plugina teravustamisefekt.

- Mürafilter: mürafiltri suurendamine aitab kahandada artefakte. Väärtused peavad olema vahemikus 0 kuni 1, kuid väärtused üle 0,1 on väga harva abiks. Kui mürafiltri väärtus on liiga väike, näiteks 0, võib pildi kvaliteet olla väga õudne. Mõistlik väärtus on 0,03. Mürafiltri suurema väärtuse korral suureneb pildi hägu veelgi.

- Gaussi teravus: see on Gaussi konvolutsiooni filtri raadius. Seda parameetrit on mõtet kasutada, kui hägu on Gaussi tüüpi (enamasti tulenevalt varasemast hägufiltrist). Enamasti oleks mõttekas määrata väärtuseks 0, sest see tekitab ebameeldivaid artefakte. Nullist erineva väärtuse kasutamisel on arvatavasti väga soovitatav suurendada ka korrelatsiooni ja/või mürafiltri väärtusi.

- Maatriksi suurus: see määrab teisendusmaatriksi suuruse. Maatriksi suuruse suurendamine võib anda paremaid tulemusi, eriti kui oled valinud ringteravusele või Gaussi teravusele suure väärtuse. Pane tähele, et plugin muutub väga aeglaseks, kui valid sellele parameetrile suure väärtuse. Enamasti võiks valik langeda vahemikku 3 kuni 10.

- Nupud Salvesta kui ja Laadi teevad just seda, mida nad ütlevad. Mis tahes fookuse muutmise seadistusi saab salvestada tekstifaili ja tekstifailist saab salvestusi ka laadida.

- Lähtesta kõik taastab kõigi seadistuste vaikeväärtused.

Toome nüüd mõned soovitused fookuse muutmise plugina edukamaks kasutamiseks:

- Mõistlik oleks kõik kärpimised ning värvi- ja intensiivuskõverate korrektsioonid pildil sooritada enne fookuse muutmise plugina kasutamist.

- Paljudel juhtudel tuleks fookuse muutmise pluginat kasutada enne muude toimingute ettevõtmist pildiga. Põhjuseks on asjaolu, et paljud toimingud jätavad servi, mis ei ole vahetult nähtavad, kuid tekitavad inetuid artefakte.

- Pilte skaneerides ja näiteks JPEG-vormingusse tihendades tuleks pluginat kasutada tihendamata pildiga.

## Võrdlus teiste tehnoloogiatega

Võrdlus kahe tehnoloogiaga, mida sageli kasutatakse piltide parandamiseks:

- Teravustamisfilter

- Teravustamismask

Teravustamisel rakendatakse väike konvolutsioonimaatriks, mis suurendab erinevust algpiksli ja selle vahetute naabrite vahel. FIR Wieneri filter on üldisem tehnoloogia, sest see võimaldab märksa suuremat naabrust ning parameetrite paremat määratlemist. Teravustamine toimib ainult siis, kui pildil on väga vähe hägu. Kui teravustamisparameeter väga suur määrata, on tulemuseks sageli üsna "mürarohke" pilt. FIR Wieneri filtri korral saab selle müra suurel määral kahadada, valides parameetritele korrelatsioon ja mürafilter suurema väärtuse.

Teine väga levinud pildi parandamise tehnoloogia on teravustamismask. Matemaatilises mõttes on selle kasutamine natuke kahtlase väärtusega, kuid paljud peavad seda siiski asjalikuks abivahendiks. Selle esimese sammuna luuakse lähtepildi hägustatud koopia. Seejärel lahutatakse lähtepildist lähtepildi ja hägustatud pildi vahe. Õigupoolest on teravustamismask rohkem mõeldud pildi oluliste osade kontrasti parandamiseks kui teravustamiseks. Erinevalt fookuse muutmise pluginast ei mõjuta see kuidagi kaamera ava tõttu tekkinud mustrit.

Üldiselt annab teravustamismask paremaid tulemusi kui teravustamisfilter. Selle põhjuseks on asjaolu, et teravustamismaski korral on pikslinaabrus suurem.

Teooria ütleb, et teravustamismask tekitab alati artefakte. Isegi kõige optimaalsemate tingimuste korral ei suuda see häguefekti täielikult kõrvaldada. Wieneri filtri puhul aga saab tõestada, et tegemist on optimaalse lineaarse filtriga. Praktikas on FIR Wieneri filtri tulemused alati vähemalt sama head kui teravustamismaski kasutades. Väikeste detailide taastamisel on aga FIR Wieneri filter sageli palju parem.

Allpool näeb erinevate filtrite võrdlust väikesele fokuseerimata pildile rakendamisel:

Eelvaatlus | Tüüp
--- | ---
| Parandamist ootav hägune originaalpilt. Pilt on tehtud analoogkaameraga. Fokuseerimatuse põhjuseks on autofokuseeruvate läätsede ebapiisav valgustatus.
| Parandatud pilt teravustamisfiltri rakendamise järel. Teravuseks määrati 80.
| Parandatud pilt teravustamismaski rakendamise järel. Seadistused: raadius = 50, kogus = 5, lävi = 0.
| Parandatud pilt fookuse muutmise filtri rakendamise järel. Seadistused: ringteravus = 1,3, korrelatsioon = 0,5, mürafilter = 0,020, Gaussi teravus = 0, maatriksi suurus = 5.

Rohkem infot digipiltide teravuse parandamise meetodite tehnilise võrdluse kohta leiab sellelt saidilt.

## Plugin tegevuses

See on näide, kuidas fookuse muutmine võib muuta kogu sinu elu. Originaalpilt on (1), parandatud pilt (2). Selle fokuseerimata pildi fookuse muutmiseks kasutati seadistuste vaikeväärtusi.

### Fookuse muutmise tööriist tegevuses