デジタル写真の拡大
デジタル写真を元の 300 PPI サイズの数倍に拡大しながら、シャープなディテールを維持することは、おそらく多くの補間アルゴリズムの究極の目標です。この共通の目的にもかかわらず、拡大結果は、サイズ変更ソフトウェア、実装されているシャープ化および補間アルゴリズムによって大きく異なる場合があります。
背景
この問題が発生するのは、フィルムとは異なり、デジタル カメラは細部を個別の単位であるピクセルに保存するためです。画像を拡大しようとすると、何らかのタイプの画像補間が実行されない限り、これらのピクセルも拡大されます。マウスを下の 2 番目の画像の上に移動すると、標準の補間でもブロック状のピクセル化された外観がどのように改善されるかを確認できます。
オリジナル300%拡大→
補間なしの可視ピクセル このチュートリアルを進める前に、魔法のような解決策はないことを知っておいてください。最善の最適化は、可能な限り最高品質の画像から始めることです。これを確実にするためには、適切な技術、高解像度カメラ、低ノイズ設定、優れた RAW ファイル コンバーターを使用する必要があります。これらすべてを試した後、デジタル写真の拡大を最適化すると、この画像を最大限に活用できます。
非適応補間の概要
すべての非適応補間アルゴリズムは、エイリアシング、ブラー、エッジ ハローという 3 つのアーティファクトの間で常にトレードオフに直面していることを思い出してください。次の図とインタラクティブな視覚的比較は、この 3 者間の綱引きにおける各アルゴリズムの位置を示しています。
最も一般的なアルゴリズムの小さなサンプルを以下に示します。以下のオプションの上にマウスを移動して、この拡大に対して各補間器がどのように機能するかを確認してください:
| 1.最近隣 |
| 2.バイリニア |
| 3.バイキュービック スムーザー |
| 4.バイキュービック * |
| 5.バイキュービックシャープ |
| 6.ランチョス |
| 7.ぼかし付きバイリニア |
選択したタイプ:最近傍 
テスト画像 *Adobe Photoshop CS および CS2 のデフォルトの補間アルゴリズム
右の定性図は、各タイプのトレードオフを大まかに示しています。 Nearest Neighbor は最もエイリアシングされたものであり、bilinear と共に、ハロー アーティファクトを持たないのはこれら 2 つだけです。エイリアシングとブラーのバランスが異なるだけです。エッジのシャープネスが 3 から 5 に徐々に増加することがわかりますが、エイリアシングとエッジ ハローの両方が増加します。 Lanczos は、Photoshop バイキュービックに非常に似ており、バイキュービックの方がよりシャープですが、おそらくもう少しエイリアシングされています。すべてにある程度のエイリアシングが見られますが、画像をぼかすことでエイリアシングを完全になくすことができます Photoshop で (#7)。
Lanczos と bicubic は最も一般的なものの 1 つです。おそらく、3 つすべてのアーティファクトの選択が非常に穏やかであるためです (上記の三角形の中央に向かっていることで証明されています)。 Nearest Neighbor と Bilinear は計算負荷が高くないため、Web ズームやハンドヘルド デバイスなどに使用できます。
適応方法の概要
適応 (エッジ検出) アルゴリズムはすべてのピクセルを同等に扱うのではなく、近くの画像コンテンツに応じて適応することを思い出してください。この柔軟性により、アーティファクトの少ない、より鮮明な画像が得られます (非適応型の方法で可能になるよりも)。残念ながら、これらは多くの場合、より多くの処理時間を必要とし、通常はより高価です。
最も基本的な非適応型の方法でさえ、滑らかな色調のグラデーションを維持するのに非常にうまく機能しますが、鋭いエッジの近くを補間しようとすると、限界が見え始めます.
<表>
タイプ選択:最近隣 
テスト画像
*Adobe Photoshop CS および CS2 のデフォルトの補間アルゴリズム
**まだ研究段階であり、公開されていません
本物のフラクタル おそらく最も一般的な反復 (またはフラクタル) 拡大ソフトウェアです。ベクトル グラフィック ファイルに似た写真をエンコードしようとします — ほぼ無損失のサイズ変更機能を可能にします (少なくとも理論上は)。興味深いことに、当初の目的は拡大ではなく、効率的な画像圧縮でした。ストレージスペースがより豊富になり、幸いなことに、そのアプリケーションも変化して以来、時代は変わりました.
ショートカット PhotoZoom Pro (以前の S-Spline Pro) は、もう 1 つの一般的な拡大プログラムです。各ピクセルを補間するときに周囲の多くのピクセルを考慮し、すべての既知のピクセルを通過する滑らかなエッジを再作成しようとします。スプライン アルゴリズムを使用してこれらのエッジを再作成します。これは、自動車メーカーが自動車用の新しい滑らかなボディを設計するときに同様に使用されます。 PhotoZoom にはいくつかの設定があり、それぞれが異なるタイプの画像を対象としています。
PhotoZoom は、フラグのすべての曲線に対してシャープで滑らかなエッジを作成できるため、上のコンピューター グラフィックで優れた結果を生成する方法に注意してください。本物のフラクタルは、オリジナルには存在しなかった小規模なテクスチャを追加します。この例の結果は、バイキュービックの結果よりもはるかに優れているとは言えません。また、Genuine Fractals は旗の先端を保存するのに最も適していますが、PhotoZoom は時々それをバラバラにします。滑らかで鋭いエッジと旗の先端の両方を維持する唯一のインターポレーターは、SmartEdge です。
実際の例
上記の比較は理論上の例を拡大したものですが、実際の画像がこれほど単純であることはめったにありません。また、カラー パターン、画像ノイズ、微細なテクスチャ、エッジなど、簡単には識別できないものも処理する必要があります。次の例には、細部の領域、シャープなエッジ、滑らかな背景が含まれています:
↓オリジナル 250% 拡大
| 最近隣 | バイキュービック | バイキュービック スムーザー | フォトズーム | 本物のフラクタル | スマートエッジ |
| バイキュービック | バイキュービック スムーザー | 写真ズーム (デフォルト) | 本物のフラクタル | スマートエッジ |
元のサイズが比較的小さいことを考えると、最近傍 (単純にピクセルを拡大する) 以外のすべてが驚くべき仕事をします。問題のある領域に特に注意してください。エイリアシングの場合、これらは鼻の上部、耳の先端、ひげ、紫のベルト バックルです。予想どおり、ソフトな背景のレンダリングでは、すべてがほぼ同じように機能します。
本物のフラクタルはコンピューター グラフィックスでは苦労しましたが、この現実世界の写真ではそれ以上のものを保持しています。これにより、元のイメージよりもさらに細い最も細いひげが作成されます (他のフィーチャと比較して)。また、猫の外側の光輪アーティファクトを回避しながら、猫の毛皮をシャープなエッジでレンダリングします。一方で、毛皮のテクスチャのパターンが望ましくないと考える人もいるかもしれないので、決定には主観的な要素もあります.全体として、最高の結果が得られると思います。
PhotoZoom Pro と bicubic は非常に似ていますが、PhotoZoom の方がエッジ ハローが少なく、エイリアシングが少し少ない点が異なります。 SmartEdge も非常に優れていますが、これはまだ研究段階にあり、利用できません。これは、コンピューター グラフィックと現実世界の写真の両方でうまく機能する唯一のアルゴリズムです。
拡大写真のシャープ化
これまでのところ、私たちの注意のほとんどは補間の種類に集中してきましたが、シャープ化技術も同様に影響力を持つ可能性があります.
写真を最終的なサイズに拡大した後、シャープを適用します 、 その逆ではありません。そうしないと、以前は認識できなかった鮮明なハローがはっきりと見えるようになる場合があります。この効果は、理想的な半径よりも大きなアンシャープ マスクを適用した場合と同じです。左の画像 (前に示した拡大のトリミング) の上にマウスを移動して、拡大前にシャープニングを適用した場合の外観を確認します。猫のひげと外面の近くで光輪のサイズが大きくなっていることに注目してください。
また、多くの補間アルゴリズムにはシャープ化が組み込まれていることにも注意してください。 (Photoshop の「バイキュービックシャープ」など)。ベイヤー補間自体もシャープ化を導入する可能性があるため、多少のシャープ化は避けられないことがよくあります。
カメラが RAW ファイル形式をサポートしていない (したがって JPEG 画像を使用する必要がある) 場合は、すべてのカメラ内シャープ化オプションを無効にするか、最小限に抑えてください。これらの JPEG ファイルは最高品質の圧縮で保存してください。そうしないと、以前は検出できなかった JPEG アーティファクトが、拡大およびその後のシャープ化の際に大幅に拡大されます。
拡大された写真は元の写真に比べて著しくぼやける可能性があるため、多くの場合、サイズを変更した画像は高度なシャープ化技術の恩恵を受けます。これらには、デコンボリューション、ライト/ダーク オーバー/アンダーシュートの微調整、マルチ半径アンシャープ マスク、PhotoShop CS2 の新機能であるスマート シャープが含まれます。
シャープニングと表示距離
プリントの予想される表示距離によって、特定の被写界深度と錯乱円の要件が変わる場合があります。さらに、ポスターとして使用する拡大写真は、Web サイトでの表示を意図したものよりも大きなシャープ半径が必要になります。次の推定量は、大まかなガイドとしてのみ使用する必要があります。理想的な半径は、画像コンテンツや補間品質などの他の要因にも依存します。
*PPI =1 インチあたりのピクセル数。 「デジタル カメラ ピクセル」のチュートリアルを参照してください
一般的なディスプレイ デバイスのピクセル密度は、解像度の設定とディスプレイのサイズによって異なりますが、約 70 ～ 100 PPI です。 72 PPI の標準値は、上記の計算機を使用して 0.3 ピクセルのシャープ化半径を示します。これは、Web で画像を表示するために使用される一般的な半径に対応します。あるいは、300 PPI (写真プリントの標準) の印刷解像度では、約 1.2 ピクセルのシャープ化半径が得られます (これも一般的です)。
補間が重要になる場合
大きな道路脇の広告看板の画像の解像度は、近くで見たファイン アート プリントほど高くする必要はありません。次の推定器は、目が個々のピクセルを (補間なしで) 見始める前に使用できる最小 PPI と最大印刷サイズを示しています。
確かに、印刷物をもっと大きくすることはできますが、これは特に注意を払う必要がある点に注意してください. 上記のサイズを超えて拡大された印刷は、補間とシャープ化の品質に大きく依存します。
主題について考えてみましょう
写真内のテクスチャのサイズとタイプの両方が、その画像をどれだけ拡大できるかに影響する場合があります。風景の場合、目は解像限界に近いところまで詳細が見えることを期待することがよくありますが、滑らかな表面や幾何学的オブジェクトはそれほど要求が高くない場合があります。一部の地域は、他の地域よりも拡大する可能性があります。肖像画の髪は通常、完全に解決する必要がありますが、滑らかな肌はそれほど要求されません.
ハードウェアとソフトウェアの拡大
多くのプロ仕様の印刷業者は、コンピューター上で既に拡大されている写真 (ソフトウェア補間) を要求するのではなく、小さな画像を使用して写真を拡大する機能 (ハードウェア補間) を備えています。これらのプリンターの多くは、バイキュービック アルゴリズムよりも優れた拡大品質を主張しています。事前にソフトウェアで拡大を実行すると、柔軟性が高まり、画像のニーズに合わせて補間とシャープ化を行うことができます。一方、自分でファイルを拡大すると、ファイル サイズが非常に大きくなることを意味します。これは、急いでオンライン印刷会社に画像をアップロードする必要がある場合に特に重要です。
詳細な背景情報については、
デジタル画像補間
反対側で読む (画像を縮小する) 場合は、次のサイトを参照してください:
ウェブとメールの画像サイズ変更
