シャープ化:アンシャープマスク

「アンシャープマスク」は、実際には画像をシャープにするために使用されます。シャープ化は、テクスチャとディテールを強調するのに役立ち、ほとんどのデジタル画像の後処理で重要です。アンシャープマスクは、おそらく最も一般的なタイプのシャープ化であり、ほぼすべての画像編集ソフトウェア (Photoshop など) で実行できます。アンシャープマスクはディテールを追加することはできませんが、小規模なアキュータンスを高めることで、ディテールの外観を大幅に向上させることができます。

コンセプト

シャープ化プロセスは、元の画像のわずかにぼやけたバージョンを利用して機能します。これをオリジナルから差し引いてエッジの存在を検出し、アンシャープマスクを作成します。 (実質的にはハイパスフィルター)。次に、このマスクを使用してこれらのエッジに沿ってコントラストを選択的に増加させ、よりシャープな最終画像を残します。

STEP 1:エッジの検出
とマスクの作成

高コントラストオリジナル

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オリジナル

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ぼやけたコピー

アンシャープマスクステップ 2:マスクを使用してエッジのコントラストを高める

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高コントラストオリジナル

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アンシャープマスク

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オリジナル

シャープな最終画像

注:ステップ 2 では、「マスクオーバーレイ」を使用して 3 つの画像を結合します。これは、アンシャープマスクの上のレイヤーからの画像情報が通過し、マスクのその領域の明るさに比例する方法で下のレイヤーを置き換えるときに行われます。上の画像は、マスクが黒の領域では最終的には寄与しませんが、アンシャープマスクが白の領域では下のレイヤーを完全に置き換えます。

上の画像の解像度が上がっていないのに、最終的なテキストがこれほど鮮明になっているのはなぜでしょうか?次のように、これらの文字の 1 つの端を拡大して調べると、どのように機能するかがよくわかります。

オリジナル

シャープ

文字のエッジを理想的な「ステップ」に変換するのではなく、トランジションの明るいエッジと暗いエッジを誇張することに注意してください。アンシャープマスクはアキュータンスを増加させることでシャープネスを向上させますが、解像度は同じままです (シャープネス:解像度とアキュータンスを参照してください)。

注:アンシャープマスクは、写真にとって目新しいものではありません。それらは伝統的に、より柔らかく、わずかに焦点が合っていない画像（不鮮明なマスクとして機能する）を利用して、フィルムで実行されていました。次に、アンシャープマスクのポジを元の画像のネガで挟み、プリントにしました。これは、小規模な詳細よりも局所的なコントラストを強調するために使用されました。

生物学的動機

これらの明暗のオーバー/アンダーシュートがシャープネスを高めるのに効果的なのはなぜですか?アンシャープマスクは、実際には人間の視覚システムによって実行されるトリックを利用していることが判明しました。人間の目は、1860 年代に物理学者エルンストマッハが発見したことにちなんで名付けられた、鋭い遷移の端にある「マッハバンド」と呼ばれるものを見ています。これらは、エッジで詳細を識別する能力を高めます。マッハバンド効果を確認するには、次の画像でマウスをオンまたはオフにします:

（滑らかなグラデーションと交互にするとマッハバンド効果が高まります）

グラデーションの各ステップ内の明るさが一定に見えないことに注意してください。各ステップの右側では明るく、左側では暗くなります。これは、アンシャープマスクの動作に非常に似ています。マウスを下のプロットの上に移動して、何が起こっているかを確認してください:

実施中

幸いなことに、Photoshop やその他の画像編集プログラムでアンシャープマスクを使用してシャープにすることは、すばやく簡単に行うことができます。 Adobe Photoshop で次のドロップダウンメニューをクリックしてアクセスできます:[フィルター]> [シャープ]> [アンシャープマスク]。アンシャープマスクを使用するには、「量」、「半径」、「しきい値」の 3 つの設定を理解する必要があります。

金額通常はパーセンテージで表示され、各オーバーシュートの大きさを制御します。これは、エッジにどれだけのコントラストが追加されているかとも考えられます。

半径は、マスクを作成するためにオリジナルをぼかす量を制御します。これは、上の TEXT の図の「ぼやけたコピー」で示されています。これは強調したいエッジのサイズに影響するため、半径を小さくすると細かいディテールが強調されます。

しきい値 シャープにする明るさの変化の最小値を設定します。これは、アンシャープマスクで黒以外の最も暗いピクセルレベルを切り取ることと同じです。しきい値設定を使用して、微妙なエッジをそのままにして、顕著なエッジをシャープにすることができます。これは、ノイズの増幅を回避したり、肌の質感を粗くすることなくまつ毛をシャープにしたりするのに特に役立ちます。

コンプリケーション

アンシャープマスクは画像をシャープにするのに優れていますが、シャープにしすぎると「ハローアーティファクト」が発生する可能性があります。これらは、明るい/暗い輪郭またはエッジ近くのハローとして表示されます。ハローアーティファクトは、明暗のオーバーシュートとアンダーシュートが非常に大きくなり、意図した表示距離ではっきりと見える場合に問題になります。

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救済策 :アンシャープマスクの半径値を小さくすると、光輪の発生を大幅に減らすことができます。または、より高度なシャープ化技術の 1 つを使用することもできます (近日公開予定)。

アンシャープマスクを使用する場合のもう 1 つの複雑な問題は、微妙なカラーシフトが発生する可能性があることです。通常のアンシャープマスクは、輝度のオーバーシュートとアンダーシュートのみを増加させるのではなく、RGB ピクセル値のオーバーシュートとアンダーシュートを同様に増加させます。非常に細かい色のテクスチャが存在する状況では、これにより、一部の色を選択的に増加させ、他の色を減少させることができます。次の例を考えてみましょう:

ソフトオリジナル

通常の RGB シャープ化
(シアンの輪郭が見える)

輝度シャープニング

エッジでニュートラルグレーの背景から赤を差し引くと (中央の画像)、オーバーシュートが発生した場所でシアンの色がシフトします (減法混色を参照)。アンシャープマスクが輝度チャネル (右の画像) でのみ実行された場合、オーバーシュートは薄い赤になり、アンダーシュート (かろうじて見える) は濃い赤になり、カラーシフトが回避されます。

救済策 :LAB モードの「明度」チャンネル内でアンシャープマスクを実行することにより、カラーシフトを完全に回避できます。色空間間の変換を回避し、ポスタリゼーションを最小限に抑えるより良い手法は、次のとおりです。

<オール>

レイヤーを複製する

アンシャープマスクを使用して、通常のようにこのレイヤーをシャープにします

レイヤーウィンドウの「明度」モードを使用して、シャープなレイヤーを元のレイヤーとブレンドします