Sicherlich verstehen die meisten von uns gut, dass der Effekt einer Tiefpassfilterung neutralisiert werden kann, indem eine komplementäre Hochpassfilterung auf eine Kopie desselben Bildes angewendet wird und indem die RGB-Werte der beiden gefilterten Versionen Pixel für Pixel addiert werden.
Um das Porträtbild einer Person zu bereinigen, wenden wir Gaußsche Unschärfe als spezielle Form der Tiefpassfilterung auf das Bild an und kombinieren es mit einer hochpassgefilterten Version. Wenn wir störende scharfkantige Punkte aus der hochpassgefilterten Version löschen, erhalten wir ein perfekt scharfes Original, nur ohne diese Punkte, da die Tiefpassfilterung sie unsichtbar machte und sie nicht wiederhergestellt wurden, weil sie aus der ergänzenden hochpassgefilterten Version gelöscht wurden.
Die Methode ist bekannt: Machen Sie eine Kopie mit zum Beispiel. 10-Pixel-Gauß-Unschärfe als Tiefpassfilterung und eine weitere Kopie mit 10-Pixel-Hochpassfilterung mit 50% reduziertem Kontrast. Verwenden Sie den Mischmodus Lineares Licht, um die gefilterten Versionen zu kombinieren. Die Kontrastreduzierung muss im Legacy-Modus oder mit Kurven um 128 erfolgen, um eine nichtlineare Komprimierung zu vermeiden.
Leider gibt es in der Dokumentation von Adobe keine quantitativen numerischen Informationen, warum diese Frequenztrennung funktioniert. Mischmodus und Filtermathematik werden nur qualitativ erklärt. Das lässt viel Raum für Vermutungen, was alles andere als klare Erklärungen der Benutzer ergeben hat.
Das problematische Lehrvideo ist keine Ausnahme. Es besagt, dass die Hochpassfilterung von Photoshop nicht funktioniert und die Kanten des Histogramms überspringt. Die Bedeutung davon ist nicht klar. Die HP-Filterung scheint perfekt zu funktionieren. Adobe hat aufgrund des Fehlens negativer RGB-Zahlen nur einige Problemumgehungen durchgeführt.
Ich habe einige Tests durchgeführt, um herauszufinden, wie die HP-Filterung von Photoshop tatsächlich funktioniert, wie sie mit der Gaußschen Unschärfe gekoppelt ist und was der Mischmodus Lineares Licht bewirkt.
Meine erste Annahme ist, dass Adobe keine gängige HP-Filterung auf Basis der Fast Fourier Transform verwendet. Ich glaube, die Filterung wird aus der Gaußschen Unschärfe berechnet, was keine besonders schwere mathematische Aufgabe ist. Unschärfe ist nur ein gewichteter Durchschnitt benachbarter Pixel, viel einfacher als FFT. Das erklärt auch, wie Gaußsche Unschärfe und die HP-Filterung so perfekte Ergänzungen sein können.
Intuitiv kann man leicht erkennen, dass die hochpassgefilterte Version eines Bildes hergestellt werden kann, indem vom Originalbild eine unscharfe Version desselben Bildes subtrahiert wird.
Das beruht natürlich auf der Tatsache, dass die Gaußsche Unschärfe eine Form der Tiefpassfilterung ist. Es ist alles andere als ideal, es gibt keine scharfe Grenzfrequenz, die Dämpfung von Hochfrequenzkomponenten nimmt mit zunehmender Frequenz langsam zu.
Um die HP-Filterbildung zu veranschaulichen, können wir die folgende Gleichung schreiben:
H = RB
R ist die Menge der ursprünglichen RGB-Werte im Bild, B ist die Menge der Werte im unscharfen Bild und H ist das Ergebnis der pixel- und kanalweisen Subtraktion, die Werte im hochpassgefilterten Bild. In Photoshop können normale 8-Bit-Bilder keine anderen Zahlen als 0 ... 255 haben, es gibt keine negativen Zahlen. Die Gleichung muss durch Skalieren und Einfügen eines Versatzes festgelegt werden.
Die feste Gleichung: H = 0,5 (RB) +128
Die Null wird auf 128 verschoben und die Zahlen bleiben mit der folgenden Gleichung im Bereich von 0 bis 255, unabhängig davon, welche ursprünglichen und unscharfen RGB-Werte vorliegen.
In großen, gleichmäßig gefärbten Bereichen werden 128 bis alle RGB-Zahlen erzeugt, die Farbe ist mittelgrau. Bei scharfen Kanten zwischen 255 und 0 kann dies mehr ergeben, aber das Ergebnis ist nicht die extreme 0 oder 255, da die Unschärfe ein gewichteter Durchschnitt benachbarter Pixel ist.
Wir können die hausgemachte Hochpassfilterung 0,5 (BR) +128 einfach mit Einstellschichten und Mischmodus ADD oder SUBTRACT erzeugen. Letzteres ist trivial, aber ADD funktioniert auch mit unterschiedlichen Anpassungskurven. Es ist auch trivial, wenn wir die Begriffe in der Formel neu anordnen:
H = 0,5 (RB) +128 = 0,5R + (128-0,5B).
Testen wir es und vergleichen wir es mit Photoshops eigenem Hochpassfilter:
Dies ist ein Screenshot mit hohem Zoom von 5 px unscharfem Bild. Das Original befindet sich in der unteren Schicht und enthält nur Vollschwarz und Weiß mit einem scharfen horizontalen Rand in der Mitte.
Unsere hausgemachte HP-Filterung mit Mischmodus ADD und Einstellungsebenen ist die folgende:
In den Ebenen für die Kurvenanpassung sind die Schalter "Nur nächste Ebene" aktiviert. Der obere macht 128-0,5B und der untere macht 0,5R. Der Mischmodus der unscharfen Schicht ist HINZUFÜGEN.
Die RGB-Werte gleich um die Grenze sind 187 und 69 weiter entfernt fallen die Werte auf die erwarteten 128 ab.
Das nächste Bild ist das gleiche, wird jedoch mit dem Hochpassfilter von Photoshop gefiltert:
Es gibt einen deutlichen Unterschied: PSs eigener Filter sorgt für mehr Kontrast, die RGB-Werte direkt um die Grenze liegen bei 246 und 10. Ihr Unterschied beträgt 236. Unser hausgemachter Hochpassfilter hat nur 187-69 = 118 erzeugt. Das sind 236/2.
Meine Interpretation ist, dass Adobe den Kontrast verdoppelt. Dies geschieht, indem die Multiplikation mit 0,5 in den Berechnungen weggelassen wird. Es ist sinnvoll, weil es eine größere effektive Auflösung bedeutet. Die verfügbaren 256 RGB-Werte werden besser genutzt. Der Boost verursacht kein Clipping, da im hausgemachten HP-Filter die maximale Differenz an gefilterten scharfen Rändern immer kleiner oder gleich 128 ist.
Wir können die Multiplikation mit 0,5 nicht auslassen, um den Kontrast zu verdoppeln, da wir keinen internen Spielraum für die Berechnungen haben. Jedes Zwischen- und Endergebnis muss in den Bereich von 0 bis 255 passen, da sonst Beschneidungen auftreten.
Wir können unser eigenes HP-Filterergebnis mit dem Filterergebnis von Photoshop vergleichen, indem wir den Unterschied im Mischmodus anwenden:
Oben befindet sich eine Kurvenebene, die mit Kontrastreduzierung die angenommene + 100% ige Kontraststeigerung bei der HP-Filterung von Photoshop kompensiert. Die gefilterte Kopie des Originals weist einen Mischmodusunterschied auf.
Das Ergebnis ist wie angenommen eine flache Null. Es gibt keinen Unterschied. Wir haben herausgefunden, wie der HP Filter von Photoshop funktioniert.
Die im Lehrvideo vorgenommene Kontrastreduzierung von 50% kompensiert die Kontraststeigerung bei der Hochpassfilterung von PS und dreht die Filterung genauso wie bei unserer hausgemachten Filterung. Die Reduzierung kann vor der Filterung erfolgen, da die Filterung und die Kontrastreduzierung lineare Operationen sind, solange keine Helligkeits- und Kontrasteinstellung verwendet wird. Im Legacy-Modus ist es linear, aber normalerweise werden dunkle und helle Töne nicht linear komprimiert, um einen subjektiv attraktiveren Effekt bei der Fotobearbeitung zu erzielen. Das sagt auch der Videodozent.
Es bleibt noch die quantitative Erklärung, warum der Mischmodus Lineares Licht der richtige Weg ist, um die unscharfen und hochpassgefilterten Versionen zu kombinieren.
Intuitiv möchte man die ursprünglichen RGB-Werte neu erstellen, indem man der unscharfen Version die Hochpassfilter-Version hinzufügt. Das ist vollkommen in Ordnung, aber die HP-Filterung von Photoshop hat jedem gefilterten RGB-Wert in der Filterung den Offset 128 hinzugefügt. Wir können den Offset nicht einfach mit dem Mischmodus subtrahieren entfernen, da alle Zwischenergebnisse im Bereich von 0 bis 255 bleiben müssen. Die internen Berechnungen von Photoshop haben diese Einschränkung nicht.
Wir können Mischmodi mit linearen Schwarz-Weiß-Verläufen untersuchen. Hier ist der Mischmodus HINZUFÜGEN.
Alle Pixel in der Diagonale und nach unten sollten vollweiß sein (= 255) und der Farbwähler zeigt dies an. Die hellere Linie direkt auf der Diagonale wird bei der Verarbeitung der Anzeigesteuerung erstellt. Es ist offensichtlich eine Art subjektiver Verbesserungsversuch und ich habe keinen Weg gefunden, ihn auszuschalten.
Wenn Sie den Mischmodus auf lineares Licht ändern, erhalten Sie ein anderes Bild. Es ist wirklich irgendwie linear, weil man gerade Formlinien sehen kann, die durch lineare Gradienten verursacht werden:
Das Ergebnis ist dasselbe wie im Modus HINZUFÜGEN, wenn eine Kurvenebene auf die oberste Ebene angewendet wird:
Der oberste Farbverlauf hat noch Mischmodus Lineares Licht. Die Kurve (wirkt sich nur auf eine Ebene aus) multipliziert alles mit 0,5 und addiert 128 zum Ergebnis. Das Ergebnis ist das gleiche wie die Gradienten, die ohne weitere Anpassungen mit ADD gemischt wurden. Somit können wir umgekehrt eine Formel für lineares Licht schreiben:
L = 2 (T-128) + G wobei T der RGB-Wert in der oberen Schicht und G der RGB-Wert in der unteren Schicht ist.
(Ich muss zugeben, dass das Finden dieser 0,5 und 128 kein Genie erfordert. Ich hatte bereits gesehen, dass die Kombination komplementärer Filterungen mit linearem Licht funktioniert. Nachdem ich geglaubt hatte, dass "lineares Licht" etwas Lineares bewirkt, war die einzige Möglichkeit die Funktion ax + b a = 0,5 und b = 128 wurden durch Versuch und Irrtum gefunden)
Das Kombinieren der Filterung sollte also mit linearem Licht funktionieren. Unsere hausgemachte Hochpassfilterung sollte "wie sie ist" ohne Kontrastreduzierung verwendet werden können, die für die HP-Filterung von Photoshop erforderlich ist. Fügen wir die komplementären Filterungen in die lineare Lichtformel ein:
L = 2 (T-128) + G = 2 ((0,5 (RB) + 128) -128) + B = R, wie erwartet.
Dasselbe kann auch durch die Kombination in der Praxis dargestellt werden:
Ich habe es auch mit komplexeren Bildern versucht und es funktioniert auch mit ihnen.
Über die gestellten Dinge:
Der Hochpassfilter von Photoshop saugt nicht, indem Histogrammkanten übersprungen werden. Die Kontrastreduzierung um 50% ist erforderlich, um den Versuch von Adobe zu kompensieren, den verfügbaren Nummernkreis von 0 bis 255 besser zu nutzen
Opazitätsreduzierung ist ein Missverständnis. Es ist kein geeigneter Ersatz für das Mischen mit linearem Licht.
