Ostření a hloubka ostrosti - 3. Doostřování - Fotografovani.cz - Digitální fotografie v praxi

15. června 2006, 00.00 | Pokud v tomto seriálu hovoříme o ostrosti výsledné fotografie, nelze opomenout problematiku doostřování. Kolem doostřování opět panuje řada mýtů a domněnek, a tak je nutné je odstranit a celou problematiku uvést v souvislostech.

::Ostření a hloubka ostrosti - 1. Zaostřování
::Ostření a hloubka ostrosti - 2. Hloubka ostrosti
::Ostření a hloubka ostrosti - 3. Doostřování
::Ostření a hloubka ostrosti - 4. Praxe

Na úvod je rovnou nutné zdůraznit, že doostřování ať už prováděné obrazovým procesorem uvnitř fotoaparátu nebo v počítači PC je jen matematickou operací nad výsledným obrazem a nemůže tedy vymyslet jakékoliv nové detaily obrazu, které v původních datech nebyly. Doostření tak vede vždy k degradaci obrazu. Proč se tedy doostřování vůbec provádí? Důvod je opět prostý - správně doostřené fotografie působí na lidského pozorovatele subjektivně lépe.

Co je to doostření (Sharpening)
Doostření není nic jiného, než zvýšení kontrastu existujících hran. První úlohou tedy je najít stávající hrany v obraze a potom v bezprostředním okolí těchto hran zvýšit kontrast. Hranou se přitom rozumí pixely odlišného jasu či barvy. Vše nejlépe ukáže příklad:

Jednoduchá jasová hrana (vlevo) a doostřená (vpravo). Na místě původní hrany se zvýší kontrast - tmavá část se v okolí hrany více ztmaví, světlá část se zesvětlí. Hrana potom působí ostřeji.
Totéž se děje u barevné hrany, kde se zvýší sytost a jas barev.

Proč je doostření potřeba
Na rozdíl od reálného analogového světa, který oplývá nekonečnou jemností detailů a nekonečným počtem odstínů barev, je digitální záznam diskrétní. Diskrétní znamená, že počet zaznamenaných detailů je konečný - daný rozlišením senzoru a jeho omezenou schopností "číslovat" barvy (při 8 bitovém snímání jen 256 úrovní na kanál). Navíc jakýkoliv detail, jehož obraz na senzoru je menší než 1 pixel, nemůže být v principu zaznamenán a pixel sdělí jen jakousi průměrnou hodnotu. Situaci navíc zhoršuje fakt, že současné senzory jsou téměř bez výjimky konstruovány pomocí tzv. Bayerovy masky, která průměruje údaje vždy ze 4 sousedních pixelů. I když se obrazové procesory digitálních fotoaparátů velmi snaží o kvalitní interpolaci, řada detailů se tak bez náhrady ztrácí.

Vždy 4 sousední pixely senzoru s Bayerovou maskou jsou použity k výpočtu jedné RGB buňky obrazu.

Řada digitálních fotoaparátů také používá před senzorem tzv. anti-aliasing filtr, který z principu své činnosti mírně rozostřuje. Použití filtru je opět vyžádáno principem Bayerovy masky, která by mohla v některých situacích produkovat různé artefakty a moiré.

Všechny tyto efekty a řada dalších dohromady způsobují, že opravdu "čistá" digitální fotografie přímo ze senzoru a bez jakýchkoliv úprav by lidskému oku připadala trochu rozmazaná, neostrá, fuzzy.

Kompaktní fotoaparáty versus DSLR
Aby fotografie produkovaná digitálním senzorem byla subjektivně pěkná, je potřeba jí ve fotoaparátu doostřit, neboli pokusit se "obnovit" hrany, které byly při procesu snímání rozmazány. Proto obrazový procesor snad každého fotoaparátu doostřuje - jak je věcí výrobního tajemství a společně s dalšími parametry je hlavní příčinou rozdílného vzhledu fotografii z různých fotoaparátů.

Zatímco kompaktní fotoaparáty jsou věrné strategii "co je ostré to je pěkné" a doostřují tak poměrně silně již ve fotoaparátu, jsou profesionální digitální zrcadlovky (DSLR) věrny zásadě zachování maximální kvality fotografie, což znamená:

1. Doostřovat až na úplném konci veškerých úprav fotografie, doostření by tedy měla být poslední operace před tiskem
2. Doostřovat je nutné podle velikosti, použití a obsahu fotografie

DSLR proto doostřují ve fotoaparátu jen opravdu mírně a výsledkem tohoto pro profesionály navýsost rozumného postupu občas bývá záporné hodnocení fotografií prohlížených přímo z DSLR, které oproti kompaktům budou vždy působit "méně ostře".

Jak kompaktní fotoaparáty tak DSLR umožňují většinou někde v menu stupeň doostřování nastavit. Hodnota 0 přitom obvykle neznamená nulové doostřování, ale průměrnou z výroby nastavenou hodnotu, která konstruktérům "přišla akorát". Záporné hodnoty potom znamenají "doostřuj méně než se konstruktérům zdálo akorát" a kladné znamenají silnější doostřování. Při ukládání do formátu RAW lze rozhodnutí o stupni doostření odložit až domu k počítači.

Ukázka menu fotoaparátu Canon EOS 5D, kde je možné nastavit ostrost snímku v 8 krocích od 0 do 7. Standardní nastavená hodnota z výroby je 3.

Relativita doostřování
Bohužel řada fotografů se naučila používat doostřovací nástroje podle pevných pravidel (např. pevné parametry filtru Unsharp mask ve Photoshopu) a nerespektují tak důležitou vlastnost doostřování a tou je relativita výsledku doostření podle rozlišení fotografie, způsobu jejího prohlížení či tisku a podle obsahu. Často tak mohou produkovat nesmysly a fotografii v lepším případě téměř nezměnit, v horším zcela zkazit.

Relativita doostřování je také další důvod proč není moudré doostřovat již ve fotoaparátu, protože ani finální rozlišení fotografie dané její budoucí tiskovou velikostí ani obsah a ani způsob jejího užití není znám! Doostřování přímo ve fotoaparátu tak vychází vstříc jen laické amatérské veřejnosti, u které nelze cílevědomé doostřování fotografií v PC předpokládat a kdy jsou fotografie používány většinou rovnou z karty.

Chcete-li opravdu citlivě a správně doostřit fotografii, musíte vzít do úvahy následující faktory, které se na efektu doostření silně promítnou:

1. Rozlišení fotografie versus velikost výsledné fotografie, což odpovídá hustotě tisku či zobrazení (dpi)
Představte si 2 situace:

1. Plnohodnotnou fotografii 6 MPix (3 000 x 2 000 bodů) kterou běžně prohlížíte na monitoru PC (fotografie vyplní celý monitor). Protože monitor má nižší rozlišení než fotografie, tak na každý pixel monitoru připadá cca 8 pixelů obrazu, což odpovídá hrubě 400 dpi.
2. Stejnou fotografii ale zmenšenou na  450 x 300 bodů kterou si prohlížíte na monitoru PC ve 100% zvětšení. To vytvoří fotografii na monitoru o rozměrech cca 13 x 9 cm (předpokládáme standardní monitor s rozlišením cca 90 dpi). Tato situace plně odpovídá obrázkům v tomto článku a na webu www.fotografovani.cz obecně.

Obě fotografie A i B doostříte stejně. Zatímco u fotografie A bude efekt doostření téměř neznatelný, tak u fotografie B bude velmi silný! Důvod je ten, že fotografii B pozorujete mnohem detailněji, a tudíž citlivost vašeho oka na hrany je mnohem vyšší.

Stejná fotografie stejný stupeň doostření (míra 200%, poloměr 2, práh 2), ale u horní fotografie bylo doostřeno na 4 MPix originále, a potom byl obraz přepočítán na 450 x 349 pro tento web, kdežto u spodní fotografie byl obraz nejprve přepočítán na 450 x 349 pixelů a teprve potom bylo doostřeno. Výsledek je dramaticky odlišný!

První důležitý závěr o relativitě doostření tedy zní - čím vyšší dpi má výsledná fotografie (čím více pixelů připadá na 1 cm výsledku), tím méně se efekt doostření projeví. Jinými slovy - pro stejný efekt subjektivního doostření je u vysoce kvalitních podkladů (150 dpi a více) nutné doostřovat mnohem silněji.

2. Způsob tisku či zobrazení
Zatímco na monitoru počítače je pixel vždy pixelem, u inkoustových tiskáren (též při chemickém tisku) dochází k částečnému rozpití inkoustu (dot gain) a tím ke ztrátě ostrosti. Tiskárny s vysokými hodnotami dot gain (všechny inkoustové tiskárny, plottery a chemické minilaby) proto vyžadují vyšší stupeň doostření fotografií než tiskárny s malými dot gain hodnotami a ty vyžadují vyšší stupeň doostření než fotografie určené pro obrazovky. U tisku je situace navíc ovlivněna použitým druhem papíru.

Mikrosnímek výstupu z laserové tiskárny, kde je dobře vidět rozpití tiskových bodů na běžném papíře, které způsobuje subjektivní změkčení obrazu.

3. Obsah a záměr fotografie
Jsou fotografie, kde ostrost je bezesporu alfou a omegou úspěchu (krajina). Naopak např. u portrétů či aktů není záměrem zobrazit kdejaký chlup a kaz pleti. Doostření je tak často nežádoucí a naopak se používají různé změkčující filtry případně jen selektivní doostření částí obrazu (oči, rty, vlasy atp.). Obsah fotografie tak silně ovlivňuje požadavky na doostření!

Zatímco horní fotografie je postavená na ostrosti rysů mnicha a snese tak silné doostření, u spodní fotografie by jakékoliv doostření bylo velmi nefér k modelce a její pleti.

Z výše uvedených odstavců vyplývá, že universální doostřovací sada neexistuje. Naopak z praxe vyplývá, že doostření se používá v obrovském rozsahu hodnot. Strategie digitálních zrcadlovek, které nedoostřují ve fotoaparátu a ponechávají tak doostření na uživateli, je proto pro pokročilou praxi velmi výhodná a rozumná.

Doostřování v Adobe Photoshopu
Program Adobe Photoshop se poslední léta stal de facto standardem pro zpracování fotografií, a tak jeho filtry sloužící k doostřování jsou jakýmsi nepsaným etalonem i pro ostatní programy. Verse CS a předchozí nabízí pro doostřování několik možností:

Filtr Doostřit... (Unsharp mask, USM)
Filtr Doostřit... (zkratka USM nemá nic společného s USM ostřením objektivů Canon) je nejobecnější nástroj na doostřování fotografií. Ponechává plnou kontrolu ostření na uživateli se současnou možností 100% náhledu výsledku. Dialogové okno má celkem 3 parametry:

• Míra (Amount) - určuje, jak moc bude hrana zvýrazněna. 100% znamená, že původní kontrast hrany bude zvýšen o 100% (tj. na dvojnásobek). Zvýšení kontrastu hrany však znamená, že se kolem hrany objeví z jedné strany světlá a z druhé strany tmavá linka (jinak zvýšit kontrast ani nelze). Zatímco tmavá linka často není příliš vidět, světlá linka ráda tvoří výrazné nehezké obrysy (halo), které jsou častým znakem přeostřených obrázků.

Ukázka vlivu parametru Míra (Amount) na zvýšení kontrastu hrany. Ostatní parametry - poloměr 1, práh 0. Zvětšení obrázků 500%.

• Poloměr (Radius) -  udává se v obrazových bodech a říká, jak široká oblast kolem hrany bude doostřením zasažena. Jinými slovy v jak široké oblasti kolem hrany se kontrast plynule zvýší podle hodnoty "Míra".

 


 Ukázka vlivu parametru Poloměr (Radius) na doostření. Z ukázky je dobře vidět, jak parametr Poloměr způsobuje roztažení vlivu filtru do šířky. Ostatní parametry - míra 200%, práh 0. Zvětšení obrázků 500%.

• Práh (Threshold) - říká, jak velký musí být absolutní rozdíl jasů mezi sousedními body obrazu, aby se považovaly za hranu, a tudíž se zostřily filtrem. Například s hodnotou prahu 5 se ovlivní všechny obrazové body, jejichž jas (na stupnici od 0 do 255) se liší o 5 nebo více. Pokud tedy mají sousední obrazové body jasové hodnoty 100 a 103, filtr je neovlivní. Aby se zabránilo zostření šumu nebo posterizaci obrazu je vhodné nastavit práh na hodnoty kolem  2 - 3. S výchozí hodnotou prahu (0) se totiž zostří všechny obrazové body, tudíž i šum, který tak vzroste.

 


 Ukázka vlivu parametru Práh (Threshold) na doostření. Z ukázky je dobře vidět, jak parametr Práh zachovává ostření hran, s růstem hodnot ale stále méně doostřuje šum. Ostatní parametry - míra 300%, poloměr 1. Zvětšení obrázků 500%.

Filtr Zostřit (Sharpen)
Filtr Zostřit více (Sharpen more)
Filtr Zostřit obrysy (Sharpen edges)
Tyto 3 filtry nejsou nic jiného, než předefinované sady ostření. Nedávají žádnou možnost cokoliv nastavit a tím ani žádnou kontrolu nad výsledkem. Proto není příliš praktické je používat, lepší je doostření řídit pomocí parametrů filtru Doostřit.

Není nad to si jednoduché testy udělat v klidu domova. Proto si zde stáhněte jednoduchý testovací obrázek, ve vašem editoru si ho zobrazte v 5 násobném zvětšení (500%) a prozkoumejte vliv jednotlivých parametrů ve vašem programu, který používáte na úpravu fotografií. Vliv parametrů by měl být na obrázku velmi dobře vidět.

Selektivní doostřování
U portrétů ale i jiných obrázků se často používá technika tzv. selektivního doostření. Nejde o nic jiného než o doostření jen těch částí obrazu, které to vyžadují (oči, vlasy, pusa atp.). Selektivním zostřením částí, které jsou blíže divákovi, lze též umocnit dojem hloubky, prostoru a tvaru. Tyto techniky jsou velmi oblíbené, ale vyžadují znalost práci s maskami a vrstvami a přesahují tak rámec tohoto seriálu. Na internetu lze ale nalézt řadu tutoriálů, které se zabývají těmito technikami.

Ostrost a JPEG
Na ostrost obrazu reaguje i JPEG. Platí jednoduchá zásada, že čím ostřejší je snímek (obsahuje více detailů) tím větší soubor JPG bude. Pouhá aplikace filtru doostření na původní soubor je tak schopná výrazně zvětšit JPEG data!

Původní soubor bez doostření, velikost JPG souboru 8.5 kB.	Doostřeno sadou míra 100%, poloměr 1, práh 2, velikost JPG souboru 10.5 kB.	Doostřeno sadou míra 200%, poloměr 1.2, práh 0, velikost JPG souboru 12.8 kB.

Praxe s doostřováním

Lidé versus předměty
Portréty a akty stejně tak jako některé květiny, zátiší, černobílé fotografie atd. vyžadují spíše měkké podání a proto se buď nedoostřují vůbec nebo jen selektivně (oči). Celkové zostření totiž často vede k nežádoucímu zdůraznění detailů, růstu nechtěného šumu, posterizaci atp. Naopak fotografie s výrazným množstvím žádoucích detailů (krajiny, architektura, technická fotografie) snesou silnější doostření stejně tak jako fotografie starších lidí, kde jejich pleť je výrazovým prostředkem.

Obrazovka versus tiskárna versus web
Pokud tisknete data na inkoustové tiskárně či plotteru nebo je posíláte do minilabu, obrázky snesou mnohem větší doostření (např. míra 120%, poloměr 1.2, práh 2), protože tisk je mírně rozostří. Naopak pokud předpokládáte prohlížení na obrazovce či v presentaci, tak buďte opatrní s doostřováním ať nevytvoříte omalovánky! Obecně lze doporučit sady kolem míra 100%, poloměr 1, práh 3. Zostření malých fotografií (např. 450x300 bodů) pro web vyžaduje zcela jinou sadu a sice např. míra 50%, poloměr 0.4, práh 1. Uvedené hodnoty jsou ale velmi hrubé a tak by měly sloužit jen jako startovací sady pro experimenty.

Pozor na šum a halo
Doostřování fotografií vždy zvyšuje šum v obraze a u pozvolných přechodů (obloha) může vést až k posterizaci. Zvýšení kontrastu hran též často vede k jejich bílému orámování - tzv. halo. To vše je obzvláště vidět, pokud jste vyřízli jen část obrazu, kterou nyní doostřujete. Doostření versus nechtěné efekty jsou tak jako vždy kompromisem.

Podobné obrázky architektury snesou klidně silnější doostření. Pozor však na halo, které se rádo projeví nepěkným bílým okrajem hran.

Oprava chybného zaostření
Mohlo by se zdát, že doostřením v PC lze opravit špatně zaostřené snímky. Bohužel není tomu tak. Jakýkoliv pokus o zdůraznění hran vyžaduje, aby v obraze hrany byly a filtr Doostřit je jen zdůrazní. Špatně zaostřený objektiv či rozhýbaný snímek však žádné hrany neprodukuje, a tak je není možné najít a zdůraznit natož obnovit.

Fotografie s velmi důležitým obsahem, které jsou jen mírně rozostřené, lze částečně zachránit např. sadou míra 400%, poloměr 0.3, práh 0 či 1. Objeví se na nich sice šum, ale mírně rozostřený obsah to může učinit alespoň použitelným.

Na levém obrázku je pohybující se mnich díky příliš dlouhému expozičnímu času (1/30 sec) rozmazán. Vpravo byla aplikována doostřovací sada míra 500%, poloměr 0.3, práh 0 a situace se mírně opravila a obrázek je alespoň použitelný.

Na trhu je i řada softwarů sloužících pro opravu rozostřených fotografií. Za všechny jmenujme např. Focus Magic, který se speciálními algoritmy snaží obnovit hrany a tím uvést fotografii do zaostřeného stavu. Nepřeceňujte však tyto záchranné prostředky. Správně zaostřená fotografie je prostě nenahraditelná!