Scharfmacher

Scharfzeichnungswerkzeuge im Vergleich

Durchdringender Blick, verführerisches Lächeln - so sehen Gesichter meist nur auf Werbefotos aus. Doch was da von Litfaßsäulen herunter- und aus Illustrierten herausstrahlt, ist kein Zufall oder alleiniges Produkt sündhaft teuren Fotografen-Equipments: Vielmehr sorgen Scharfzeichungswerkzeuge in Bildbearbeitungsprogrammen dafür, dass bestimmte Partien besonders `knackig´ rüberkommen.

Unterthema: USM-Filter nachgestellt
Unterthema: Scharfzeichnungswerkzeuge im Überblick
Unterthema: Scharfe Tricks

Fast jedes Bild, das via Scanner oder Digitalkamera auf dem Rechner landet, kann etwas mehr Schärfe vertragen: Um einem Porträt mehr Ausdruck zu verleihen, schärft man Augen, Lippen oder Haare. Die Ästhetik architektonischer Meisterwerke kommt durch eine Betonung der geometrischen Linien zur Geltung. Kein Problem, sollte man meinen, denn die notwendigen Schärfungswerkzeuge finden sich selbst in durchschnittlichen Bildbearbeitungsprogrammen. Um schlappe Freundin-am-Strand-Porträts mit Werbe- und Modeglamour zu überziehen, darf man die Schärfungsfilter allerdings nicht wahllos einsetzen: Die Filter und ihre Einstellungen wollen verstanden werden. Allerdings halten sich Handbücher und Online-Hilfe mit Erklärungen meist vornehm zurück, und zu allem Überfluss unterscheiden sich die Tools von Programm zu Programm teilweise erheblich. Wir zeigen Ihnen, wie Sie die richtigen Werkzeuge aufspüren und in den Griff kriegen.

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Unser Testbild (oben) ist ein Kontrastverlauf: Von links nach rechts steigt der Kontrast von null bis zum Maximum. Die Kontrastkurve des unveränderten Testbilds zeigt die Tonwertverläufe der hellen und der dunklen Balken als getrennte Schenkel (links); die Kurve des scharfgezeichneten Testbilds splittet sich in mehrere Schenkel auf (rechts).

Wir haben die Scharfzeichnungswerkzeuge von sechs verbreiteten Bildbearbeitungsprogrammen getestet: Adobe Photoshop 6.0, Corel Photo-Paint 10, Ulead PhotoImpact 6, Paint Shop Pro 7, The GIMP (Windows-Version) und PhotoLine 32 in Version 7.13. Die Ergebnisse dürften auch für ältere Fassungen gelten, da sich Standardwerkzeuge wie Scharfzeichnen relativ selten ändern.

Zur Veranschaulichung dient ein Ausschnitt aus der `c't-Lady´, der zu diesem Zweck künstlich unscharf gemacht wurde (mit dem Gaußschen Weichzeichner von Photoshop, Radius 0,8). Eine bessere und vor allem objektive Beurteilung gestatten Diagramme, welche die Kontraständerungen an Bildkanten qualitativ und quantitativ zeigen (siehe Seite 148).

Was ist Schärfe?

Das Foto je einer weißen und schwarzen Fläche, die scharf voneinander abgegrenzt sind, wird wegen der begrenzten Leistung von Kameraobjektiv, Film und Scanner beziehungsweise CCD-Sensor diesen Kontrast nie naturgetreu wiedergeben. Vielmehr tritt auf dem Foto zwischen den beiden Flächen ein Übergangsbereich mit ansteigender Helligkeit auf, der ursprüngliche Kontrast verschmiert über einen gewissen Bereich. Je räumlich begrenzter dieser Übergangsbereich ist, desto schärfer wirkt das Bild. In Digitalfotos bietet sich die Pixelskala an, um die Ausdehnung des Übergangsbereichs und damit die Schärfe zu messen.

Doch nicht nur die Breite des Übergangsbereichs, sondern auch der hier herrschende Kontrast beeinflusst den Schärfeeindruck. Größere Tonwertsprünge an diesen Bildkanten lassen ein Bild schärfer erscheinen, als es ist. Zur Verbesserung des Schärfeeindrucks genügt es also, den Kontrast im Kantenbereich zu erhöhen. Manche Schärfungswerkzeuge beschränken die Kontrasterhöhung dabei auf benachbarte Pixel mit einem gewissen Mindestkontrast. Ansonsten besteht die Gefahr, dass relativ homogene Flächen wie Hautpartien einfach `aufbrechen´, weil auch ursprünglich unsichtbare Farbübergänge deutlich verstärkt werden. Unschärfen gehen mit einem mehr oder minder großen Informationsverlust einher. Diesen gleicht keine noch so geschickte Schärfung wieder aus - sie vertuscht höchstens den Verlust, das aber auf raffinierte Art und Weise.

Scharf besäumt

Die einfachste Methode zur Scharfzeichnung hebt den Kontrast zwischen benachbarten Pixeln um einen bestimmten Betrag an - der dunklere Pixel wird dunkler, der hellere heller. Das wirkt der Kontrastverschmierung entgegen, erzeugt jedoch auch neue Strukturen im Bild. Mit größerer Kontrastverstärkung erhalten Kanten einen Saum aus je einer dunkleren und einer helleren Pixelreihe, was sie optisch hervorhebt. Das Prinzip hat sich bewährt: Ganz ähnlich arbeitet das menschliche Auge, um den Kontrast an Kanten anzuheben, siehe Bild Seite 148, links oben.

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Die so genannte Unscharfmaskierung (USM) bedient sich traditioneller Techniken. Im Fotolabor vergrößert man das Original-Dia zusammen mit einem unscharfen Negativ; die Kombination ergibt ein schärferes Bild. Auf diesem Prinzip beruhen die USM-Filter fast aller Bildbearbeitungsprogramme. Im Unterschied zu den einfachen Scharfzeichnungsfiltern kann man hier den Radius der Weichzeichnung sowie einen Schwellenwert einstellen, der die Schärfung auf höhere Kontraste begrenzt. Bereiche mit Tonwertunterschieden unterhalb dieses Schwellenwerts bleiben unbehelligt. Die Schwellenwert-Funktion ließe sich zwar auch mit den einfachen Schärfungswerkzeugen kombinieren, ist jedoch meist nur in den USM-Filtern realisiert. Ganz ähnlich wie die normalen Scharfzeichnungsfilter besäumen auch die USM-Filter Bildkanten mit schmalen Rändern erhöhten Kontrastes; die Wirkung lässt sich jedoch besser steuern.

Wirklich beeindruckende Details holen `Deconvolution´-Techniken selbst aus extrem verwaschenen Bildern [1] (Convolution, zu deutsch Faltung: mathematische Operation, mit der man Unschärfe beschreibt). Deconvolution ist eine ganze Forschungsrichtung, die sich mit dem Schärfen von Bildern befasst. Die Algorithmen werden beispielsweise in der Astronomie oder für militärische Zwecke eingesetzt, finden sich aber leider noch nicht in den gängigen Bildbearbeitungsprogrammen.

Scharfe Kurven

Beispielbilder, zumal wenn sie gedruckt sind, haben den großen Nachteil, dass man an ihnen Effekte, die sehr schwach oder nur auf einzelne Pixel wirken, nicht mehr erkennen geschweige denn miteinander vergleichen kann. Deshalb verwenden wir Diagramme, die sowohl Aussagen über den Ursprungskontrast als auch über die Kontraständerungen in der ersten, zweiten und dritten Pixelreihe auf beiden Seiten einer Kante gestatten. Stärke und Ausdehnung einer Scharf- oder Weichzeichnung lassen sich damit auf einen Blick erfassen.

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Verloren gegangene Kantenkontraste (Mitte) kann auch eine nachfolgende Scharfzeichnung (rechts) nicht komplett restaurieren.

Diese vom Autor entwickelten Kontrastkurven beruhen auf einem Kontrastverlauf aus sich abwechselnden hellen und dunklen Balken, der mit Balken in den mittleren Grauwerten beginnt und mit den Tonwerten 255 (weiß) und 0 (schwarz) endet (siehe S. 147): Der Kontrast steigt also von links nach rechts von einem auf 255 Tonwerte. Die Kontrastkurve dieses Verlaufs zeigt sowohl die Tonwerte der Balken als auch den Kontrast zwischen benachbarten Balken. Die zwei Schenkel der Kurve stehen für die helleren (oben) beziehungsweise dunkleren Balken (unten). Den Kontrast zwischen zwei benachbarten Balken erkennt man im Diagramm als Abstand zwischen zwei übereinander liegenden Punkten. Eine Schärfung erhöht den Kontrast, womit auch der Winkel zwischen den beiden Schenkeln größer wird. Umgekehrt rückt eine Weichzeichnung die Schenkel zusammen.

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Weichzeichnung (links) und Scharfzeichnung (rechts) sind zwei Seiten einer Medaille: Im ersten Fall werden die Kantenkontraste vermindert, im zweiten erhöht.

Die meisten Scharfzeichnungswerkzeuge wirken nicht nur auf die unmittelbaren Randpixel einer Bildkante, sondern abgeschwächt auch auf weiter weg liegende Pixel. Das Diagramm splittet sich daher in drei Kurven auf: Die rote Linie zeigt, wie die unmittelbaren Randpixel beeinflusst werden, Grün steht für die Pixel in der zweiten und Blau für diejenigen in der dritten Reihe. Die Abbildung auf Seite 147 zeigt die Kontrastkurve einer Scharfzeichnung, die zwei Pixelreihen beeinflusst. Eine Weichzeichnung hat einen gegenteiligen Effekt auf die Kontrastkurve: Die Winkel zwischen den Schenkeln werden kleiner.

Die Werkzeuge

Wie bereits eingangs erwähnt, unterscheiden sich die Scharfzeichungswerkzeuge diverser Bildbearbeitungsprogramme zum Teil erheblich. Wir haben sie auf Herz und Nieren getestet. Die Kontrastkurven zeigen, wie gut USM und die anderen Helferlein arbeiten.

Adobe Photoshop 6.0

Drei der vier Schärfungswerkzeuge bieten gar keine Einflussmöglichkeiten für den Anwender: Scharfzeichnen verstärkt den Kontrast der Kantenpixel um 50 Prozent, Stark scharfzeichnen sogar um 150 Prozent. Das verändert Viertel- und Dreivierteltöne bereits zu Tiefschwarz beziehungsweise zu reinem Weiß. Konturen scharfzeichnen wirkt wie Scharfzeichnen, nimmt jedoch geringe Kontraste von der Schärfung aus. Die Wirkung beginnt schleichend bei einem Ursprungskontrast zwischen 25 und etwa 60 Tonwerten. Das ist ein entscheidender Vorteil, denn es verhindert die Schärfung von `Bildrauschen´ in relativ homogenen Flächen. Am Bildbeispiel sind kaum Unterschiede auszumachen, diese werden erst in den Kontrastkurven deutlich.

 

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Da die Photoshop-Schärfungswerkzeuge nur auf die direkten Nachbarpixel einer Bildkante wirken, lösen sich nur die roten Kurven von der Normalkurve. Von links nach rechts: `Scharfzeichnen´, `Stark Scharfzeichnen´ und `Konturen scharfzeichnen´.

Der Unscharf-Maskieren-Filter von Photoshop verwendet ein mit dem Gaußschen Weichzeichner behandeltes Bild als Maske. Mit `Stärke´ lässt sich die Intensität der Kontrasterhöhung festlegen, `Radius´ gibt deren Ausdehnung an. Die Bezeichnung Pixel ist hier jedoch etwas irreführend, denn schon bei einem Radius unter eins werden bis zu drei Pixelreihen auf beiden Seiten einer Kante in die Kontrastanhebung einbezogen. Der `Schwellenwert´ gibt an, bei welchem Kontrast die Scharfzeichnung einsetzt.

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Bereits relativ niedrige Einstellungen im USM-Dialog von Photoshop verstärken mittlere Kontraste bis nah ans Maximum.

Trotz dieser zahlreichen Optionen löst der Photoshop-USM-Filter nicht alle Probleme. Schärfegrade, die in Bildbereichen niedriger und mittlerer Kontraste optimal sind, können in kontrastreichen Regionen zu Ausfressungen führen. Die Schwellenwert-Funktion verhindert dies leider nicht, im Gegenteil: Sie verstärkt sogar den störenden scharfen Übergang zwischen weichen und harten Kontrasten.

Paint Shop Pro 7

Paint Shop Pro enthält im Menü Effekte/Bildschärfe drei Schärfungsfilter. `Scharfzeichnen´ und `Stark Scharfzeichnen´ bieten keine Einflussparameter. Die Wirkung ist etwas schwächer als die der gleichnamigen Filter in Photoshop.

 

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Der USM-Filter von Paint Shop Pro erzeugt zu abrupte Übergänge zwischen geschärften und ungeschärften Kontrasten.

Anders der Unscharf-Maskieren-Filter: Er wirkt etwas stärker, vor allem aber setzt die Wirkung abrupt beim gewählten Schwellenwert ein. Dieser heißt hier Differenzwert. Ein Differenzwert von 25 entspricht einem Schwellenwert von 64, also einem Kontrast von 64 Tonwerten. Leider lassen sich Dezimalwerte im USM-Dialog nicht nummerisch eingeben.

Der Filter `Schärfekorrektur´ im Menü Effekte/Fotokorrektur schärft keine Kanten, sondern setzt in flauen Bildbereichen den Kontrast insgesamt etwas herauf. Der Filter ist dann zu empfehlen, wenn man die für Scharfzeichnungsfilter typischen dunklen und hellen Säume vermeiden will.

PhotoImpact 6

Der Filter `Schärfen´ geht recht kräftig zur Sache. Bereits Stärke 1 erhöht den Kantenkontrast um 50 Prozent. Dieser Filter liegt auch dem Befehl `Brennweite´ (im Format-Menü) zugrunde, der eine Verstellung vom weichgezeichneten zum geschärften Bild erlaubt. Bei positiven Werten arbeitet er wie der Schärfen-Filter, die Werte eins bis drei entsprechen den Scharfzeichner-Einstellungen 1, 3 und 5. Der Filter `Konturen betonen´ unterscheidet sich lediglich durch eine wesentlich stärkere Schärfung der unmittelbaren Randpixel vom Schärfen-Filter. Ein Schutz von Bildbereichen mit geringem Kontrast, der solche Werkzeuge eigentlich auszeichnet, fehlt.

 

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Der Schärfen-Filter von PhotoImpact geht recht kräftig zur Sache; ein ähnliches Profil besitzt auch das Werkzeug `Konturen betonen´, wobei die roten und grünen Schenkel wesentlich steiler verlaufen.

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Die PhotoImpact-Unscharfmaske schärft generell nur die hellen Kantenseiten.

Die Unscharfmaske von PhotoImpact schärft nur die helleren Seiten einer Kante, wie man außer an der Kontrastkurve auch am Bildbeispiel deutlich sieht. Zudem fehlt der wichtige Schwellenwert-Regler, weshalb sich eine pixelige Zerlegung gleichförmiger Flächen leider nicht verhindern lässt. PhotoImpact kennt beim Schärfen nur den RGB-Farbmodus und bearbeitet darüber hinaus sämtliche Kanäle - auch die getrennte Schärfung eines Helligkeitskanals ist nicht möglich.

PhotoLine 32 7.13

Im Schärfen-Dialog von PhotoLine legt man den Radius als `Matrixgröße´ fest: Der Wert `3´ schärft nur die direkten Randpixel einer Kante, `5´ auch die Pixel in der zweiten Reihe. Zudem lassen sich die Intensität sowie die zu bearbeitenden Farbkanäle wählen. Neben den Kanälen des Original-Farbmodus des Bildes bieten die Schärfen-Dialoge auch den HSV-Farbmodus (Hue, Saturation, Value) an, der hier jedoch mit HIS bezeichnet wird. Schon mit diesem Befehl geht PhotoLine kontrastabhängig zu Werke: Bis zu einer festen Grenze mit steilem Anstieg (bei Größe = 3 liegt diese bei einem Kontrast von 36 Tonwerten), dann prozentual fallend, wie die Kontrastkurve deutlich zeigt. Kanten mit ohnehin schon hohem Kontrast bleiben weitgehend unverändert.

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Bis auf den etwas sanfteren Anfangsverlauf und die Begrenzung gleicht der PhotoLine-USM-Filter (rechts) dem Schärfen-Filter (links).

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`Richtungsschärfe´ schärft `weiche Kanten´ (Anti-Aliasing), und zwar in schrägen Richtungen etwas mehr als horizontal oder vertikal.

Der Dialog des USM-Filters gleicht dem des einfachen Schärfen-Werkzeugs, enthält zusätzlich aber einen `Spezial´-Regler. Ein Wert von 0 ergibt überhaupt keine Schärfung, bei 100 ähnelt die Wirkung auffallend der des normalen Schärfen-Filters. Zwischenwerte begrenzen die Schärfung der unmittelbaren Randpixel bei einem Kontrast, welcher der Reglereinstellung entspricht. Die Begrenzung ist recht abrupt, wie die Kontrastkurve zeigt.

Photo-Paint 10

Der Dialog `Schärfe abstimmen´ fasst die vier Scharfzeichnungswerkzeuge von Photo-Paint zusammen; die Effekte lassen sich hier auch kumulieren. Einige Optionen der Einzelwerkzeuge sind in diesem Sammeldialog allerdings nicht verfügbar, weshalb wir zum Test die Einzelwerkzeuge heranziehen.

 

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Im Schärfe-Filter von Photo-Paint 10 (links) beschränken geeignete Einstellungen (hier Randwert = 50, Grenzwert = 32) die Schärfung auf mittlere Kontraste, während beim USM-Filter der Grenzwert nur eine untere Schranke vorgibt.

Anders als bei Photoshop lassen sich sämtliche Scharfzeichnungswerkzeuge manipulieren. Der Dialog `Schärfe´ wartet sogar mit drei Optionen auf: Der Regler `Randwert´ beeinflusst die Stärke der Scharfzeichnung. `Grenzwert´ legt den Schwellenwert fest, begrenzt aber auch die Scharfzeichnung nach oben. Dieses qualitativ gute Verhalten zeigt der Schärfe-Filter erst beim aktuellen Photo-Paint 10. In älteren Versionen besitzt der Grenzwert noch keine Schwellenwert-Funktion, außerdem wurden nur die helleren Seiten von Kanten geschärft.

Die dritte Option `Farbe beibehalten´ verhindert Sättigungserhöhungen und damit Farbränder an den Kanten. Mit den Standardeinstellungen schärft Photo-Paint (wie fast alle Programme) die Farben streng nach Kanälen getrennt. Markiert man jedoch diese Option, werden die Helligkeiten in den Farbkanälen mit geringeren Farbkontrasten gegenläufig zur Helligkeit in dem Kanal mit dem höchsten Kontrast verändert, was die Sättigung verringert - Bildkanten werden damit sichtlich grauer. In den Filtern Adaptive Unscharfmaske und Richtungsschärfe kann man nur die Effektstärke einstellen. Die 100-Prozent-Einstellung wirkt etwas stärker als der Schärfen-Filter mit Grenzwert null. Richtungsschärfe bestimmt laut Corel anhand des Kantenverlaufs, in welcher Richtung mehr Schärfe zugegeben werden sollte.

Der Unscharf-Maskieren-Filter von Photo-Paint beruht nicht auf dem Gaußschen Weichzeichner, sondern auf dem Tiefpassfilter. Der unter `Radius´ gewählte Wert legt deshalb anders als in Photoshop exakt die Anzahl der Pixelreihen fest. Der `Grenzwert´ entspricht dem Schwellenwert. Auch hier darf man die Werte nicht wörtlich nehmen: Bei einem Grenzwert von 16 beginnt die Schärfung erst bei einem Kontrast von 48 Tonwerten. Eine Begrenzung nach oben wie im Filter `Schärfe´ bewirkt die Grenzwert-Einstellung nicht - auch das hat Corel gegenüber den Vorgängerversionen geändert. Sowohl die Bezeichnungen der Regler als auch deren unterschiedliche Empfindlichkeit sind gewöhnungsbedürftig. Muss man im Schärfen-Filter eher einen etwas zu hohen Grenzwert wählen, um kontrastarme Bereiche von der Schärfung auszuschließen, so empfehlen sich im USM-Filter niedrige Einstellungen.

Picture Publisher 9

Die beiden Schärfen-Filter von Picture Publisher finden sich unter den Effektfiltern im Bereich Fototechnik. Vier Optionen stehen beim Scharfzeichnen-Filter zur Wahl: `Alle Übergänge´, `Harte Übergänge´, `Weiche Übergänge´ und `Nur Helligkeit´. Mit der ersten Einstellung ergibt sich eine typische Scharfzeichner-Kontrastkurve. Mit `Harte Übergänge´ und `Weiche Übergänge´ werden nur Kanten geschärft, die einen Kontrast von mehr beziehungsweise weniger als etwa 40 Tonwerten haben. Diese (recht hohe) Schwelle kann man leider nicht verändern. Geschärfter und ungeschärfter Bereich gehen außerdem sehr abrupt ineinander über.

 

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Etwas undurchschaubar ist die Steuerung des USM-Filters bei Picture Publisher: Die Wirkung von Radius und Schwellenwert ist auch von der Intensität abhängig.

Die Entsprechung zum USM-Filter heißt in Picture Publisher `Selektive Schärfe´. Er beruht auf dem Filter Gaußsches Verwischen (im Bereich `Verzerrung´ zu finden). Die Radius- und Schwellenwert-Einstellungen sollte man nicht wörtlich nehmen, sie sind auch von der gewählten Intensität abhängig. Besonders der Schwellenwert ist irreführend. Beispielsweise beginnt bei Radius 2 und Intensität 100 die Schärfung trotz Schwellenwert-Einstellung von 32 erst bei einem Kontrast von 128 Tonwerten. Praktikabel sind deshalb nur niedrige Schwellenwerte. Der Übergang ist nicht so abrupt wie beim Scharfzeichnen-Filter. Eine Option `Nur Helligkeit´ besitzt dieser Filter leider nicht. Man kann natürlich das Bild in die HSL-Kanäle trennen, das L-Kanal-Bild einzeln bearbeiten und anschließend die Bilder wieder zusammenfügen, doch das bleibt nur eine Notlösung.

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Die Scharfzeichnen-Charakteristiken von Picture Publisher mit den Optionen `Alle Übergänge´, `Harte Übergänge´ und `Weiche Übergänge´ (von links nach rechts).

Ungewöhnlich ist, dass dieser Filter auflösungsabhängig arbeitet - bei gleicher Dateigröße wohlgemerkt. Bei höheren Auflösungen (ab 184 ppi) haben unterschiedliche Radienwerte zum Teil keine unterschiedliche Wirkung mehr. So bewirken bei einem 300-ppi-Bild die Radien 2, 3 und 4 die gleiche Schärfung, ebenso 5, 6, 7 sowie 8, 9, 10 und so fort - sinnvoll mag dies sein, um Bilder für den Druck zu bearbeiten. Bilder in höherer Auflösung erfordern eine stärkere Scharfzeichnung, damit der Effekt überhaupt sichtbar ist. Jedoch bedeutet es auch, dass man für jedes Bild vor der Schärfung schon die endgültige Auflösung einstellen muss - falls man diese überhaupt kennt. Micrografx weist übrigens weder im Handbuch noch in der Online-Hilfe auf dieses Verhalten hin.

The GIMP 1.2

Der Schärfen-Filter von The GIMP (im Menü Filter/Verbessern) setzt nur den Kontrast der unmittelbaren Randpixel abhängig von der Reglereinstellung herauf. Er erzielt zum Teil extreme Effekte - bei Einstellung 99 erhalten Kanten selbst geringsten Kontrastes reine Schwarz-Weiß-Säume. Ein Wert von 50 ergibt eine Kontrasterhöhung von etwa 50 Prozent. Weitere Besonderheiten hat dieser Filter nicht. Der USM-Filter beruht auf einer internen Weichzeichnung, die im GIMP-Menü nicht als eigenständige Funktion vorhanden ist. Seine Wirkung ähnelt der des USM-Filters von Paint Shop Pro: Die Übergänge zwischen ungeschärften und geschärften Bereichen sind ähnlich abrupt.

 

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Der Schärfen-Filter von The GIMP bearbeitet nur die unmittelbaren Randpixel und erzielt zum Teil extreme Effekte.

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Mit zwei recht unterschiedlichen USM-Filtern wartet GIMP auf: Die besseren Ergebnisse liefert der `Alchimie´-Filter (links), er besitzt aber keine Schwellenwert-Funktion.

Besser arbeitet der im Script-Fu-Menü unter `Alchimie´ zu findende USM-Filter. Er fügt dem Originalbild zwei Ebenen hinzu, die `darker mask´ und die `lighter mask´, welche durch Subtraktion beziehungsweise Addition mit dem Originalbild überlagert werden. Der Schärfungseffekt lässt sich auch nachträglich beeinflussen, indem man die Deckkraft verändert. Auch alleinige Schärfungen der hellen oder dunklen Seiten von Kanten sind möglich. Die Kontrasterhöhung wird zudem vor Erreichen des Maximums begrenzt. Allerdings besitzt dieser Filter keine Schwellenwert-Funktion. Eine Vorschau vermissten wir bei beiden USM-Filtern.

Fazit

Ein genauer Blick auf die Schärfungswerkzeuge von Bildbearbeitungsprogrammen offenbart einige Überraschungen. So arbeitet keineswegs Photoshop immer am besten. Die Photo-Paint-Werkzeuge beispielsweise bringen mehr Optionen mit und erzielen durch die Begrenzung der Scharfzeichnung bessere Ergebnisse - ein gutes Allround-Tool also. Im Freeware-Programm GIMP kann man sogar die Scharfzeichnung der hellen und dunklen Kantenseiten genau steuern. Auch PhotoLine liefert solide Resultate und glänzt vor allem durch eine überdurchschnittliche Kontrastbegrenzung. Bei einigen Tools vermissten wir allerdings wichtige Standards: So fehlt beispielsweise dem Schärfen-Tool von PhotoImpact ein Schwellenwertregler; zudem schärft der USM-Filter nur die hellere Seite eines Kontrasts. Ebenso nachteilig wirken sich fest stehende Schwellenwerte aus, die der Nutzer nicht verändern kann, wie etwa bei Picture Publisher.

Das perfekte Tool für jede erdenkliche Situation besitzt keines der Programme. Daher ist es wichtig, deren Schwächen und Grenzen zu kennen, um sie notfalls umgehen zu können. In schwierigen Fällen hilft es, wenn man noch nachträglich in die Scharfzeichnung eingreifen kann, wie etwa bei Photoshop durch die Verblassen-Option. Neben theoretischem Wissen ist aber auch viel praktische Erfahrung nötig, um gute Ergebnisse zu erzielen. (atr)

Literatur

[1] http://math.nist.gov/mcsd/highlights/blinddeconvolution.html
[2] Dr. Jörn Loviscach, Klare Sicht, Bilder durch Verformen schärfen, c't 22/99, S. 236
[3] Ralph Altmann: www.RalphAltmann.de

Kasten 1


USM-Filter nachgestellt

In Photoshop, Photo-Paint und Paint Shop Pro (das sind die Programme, die einen Bildberechnungs-Dialog haben) können Sie die Wirkungsweise der USM-Filter auf einfache Weise nachvollziehen, hier soll das am Beispiel von Photoshop geschehen. Das Programm zieht für den USM-Filter den ebenfalls im Filter-Menü zu findenden Gaußschen Weichzeichner heran. Ausgehend von einer Effektstärke von 100 Prozent und einem Schwellenwert von Null lautet die Formel, nach der das geschärfte Bild errechnet wird:

Bs = 2B - Bw

wobei Bs dem geschärften Bild, B dem Originalbild und Bw dem weichgezeichneten Bild entspricht. Gerechnet wird mit den Tonwerten der Bildpixel, getrennt nach Farbkanälen.

Setzt man diese Formel im Bildberechnungsdialog direkt um, so werden Zwischenergebnisse unterhalb des Tonwerts 0 und über 255 abgeschnitten und fehlen somit im Endergebnis. Daher muss die Berechnung in zwei Schritten erfolgen:

Bs = B + (B - Bw + 128) - 128

Zuerst wird der Klammerausdruck berechnet. Dazu fertigen Sie vom Originalbild zwei Kopien als eigene Ebenen an. Eine Kopie behandeln Sie mit dem Gaußschen Weichzeichner. Nun wählen Sie in der Ebenen-Palette die andere Kopie aus und rufen den Bildberechnungs-Dialog auf. Als Quelle wählen Sie die eben weichgezeichnete Bildebene und als Modus `Subtrahieren´ mit einer Verschiebung von 128. Das Ergebnis ist ein fast völlig graues Bild, das nur noch die Kanteninformation enthält - nennen wir es `Kantenbild´.

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Im Bildberechnungsdialog mancher Programme (hier: Photoshop) lassen sich wunderbar die Schärfefilter nachbauen - das Zwischenergebnis ist ein hochpassgefiltertes Bild.

Als nächsten Schritt wählen Sie in der Ebenen-Palette das Originalbild aus, rufen erneut den Bildberechnungsdialog auf, wählen nun aber als Quelle das eben erhaltene Kantenbild und als Modus `Hinzufügen´ mit einer Verschiebung von -128. Das Ergebnis ist ein scharfgezeichnetes Bild. Es ist bis auf den letzten Pixel identisch mit dem Ergebnis des Photoshop-USM-Filters, wenn Sie dort als Radius denselben Wert einstellen wie oben im Gaußschen Weichzeichner. Überprüfen können Sie das, indem Sie beide Varianten als Ebenen übereinander legen und per Ebenen-Modus `Differenz´ verknüpfen. Es sollte ein völlig schwarzes Bild entstehen, dessen Histogramm nur Pixel vom Tonwert null hat.

Auch die Stärke-Einstellung des Photoshop-USM-Filters lässt sich leicht simulieren. Der Regler bewirkt praktisch eine Kontrasterhöhung des Kantenbildes. Wenn Sie vor dem zweiten Aufruf des Bildberechnungsdialogs den Kontrast des Kantenbilds verdoppeln (im Dialog Helligkeit/Kontrast den Kontrastregler auf +50 einstellen), dann bewirkt dies dasselbe wie die Erhöhung der Stärke im USM-Filter auf 200 Prozent.

Kommt Ihnen das im Grau fast untergehende Kantenbild irgendwie bekannt vor? Denselben Effekt erreichen Sie mit dem Hochpassfilter von Photoshop - womit gleichzeitig geklärt ist, wie dieser Filter arbeitet. Er beruht ebenfalls auf dem Gaußschen Weichzeichner, die Berechnungsformel lautet B - Bw + 128.

Kasten 2


Scharfzeichnungswerkzeuge im Überblick

Programm Adobe Photoshop 6.0 Paint Shop Pro 7 PhotoImpact 6 PhotoLine 7 Photo-Paint 10 Picture Publisher 9 The GIMP 1.2
Firma Adobe Jasc Ulead Computerinsel GmbH Corel Micrografx -
URL www.adobe.de www.jasc.com www.ulead.de www.pl32.com www.corel.com www.micrografx.de www.gimp.org
Scharfzeichnungswerkzeuge allgemein scharfzeichnen, stark scharfzeichnen, Konturen scharfzeichnen scharfzeichen, stark scharfzeichnen Schärfe, Konturen betonen schärfer Schärfe, Adaptive Unscharfmaskierung, Richtungsschärfe scharfzeichen Schärfe
Besonderheiten Konturen scharfzeichnen mit Schwellenwert - Sammeldialog `Brennweite´ Schärfungsbegrenzung bei hohen Kontrasten Schärfe mit Schwellenwert und Begrenzung wahlweise alle, geringe oder hohe Kontraste und `Nur Helligkeit´ -
USM Selektive Schärfe
Basis Gaußscher Weichzeichner Gaußscher Weichzeichner Gaußscher Weichzeichner - Tiefpassfilter Gaußsches Verwischen interner Weichzeichner
Parameter Stärke (1 %-500 %), Radius (0,1-250,0 Pix.), Schwellenwert (0-255 Stufen) Radius (0,00-100,00), Grad (1-500), Differenzwert (0-100) Schärfefaktor (1-100), Blendenradius (1-100 Pix.) Größe (3-5), Intensität (0-100), Spezial (0-100) Prozent (1-500), Radius (1-20), Grenzwert (0-255) Radius (1-25), Intensität (0 %-500 %), Schwellenwert (0--255) Radius (1,0-25,0), Menge (0,00-5,00), Schwellwert (0-255)
Schwellenwert + + - - + + + (-1)
Begrenzung nach oben - - - + - - - (+1)
Lichter/Schatten-Schärfung beide beide nur Lichter beide beide beide beide (einstellbar1)
Besonderheiten
allgemeine Features - sehr abruptes Einsetzen der Schärfung - schärft maximal zwei Pixelreihen Sammeldialog auflösungsabhängige Schärfung keine Vorschau
Filter-Arbeitsweise kanalbezogen Gesamtbild Gesamtbild kanalbezogen kanalbezogen kanalbezogen Gesamtbild
Schärfung im Helligkeitskanal möglich nur nach Kanaltrennung - möglich möglich mit Scharfzeichnen-Filter -
nachtr. Abschwächung/Modifikation + - - - + - - (+1)
Vorschau-Zoom/Vollbildvorschau +/+ +/+ +/+ +/+ +/+ +/- -/-

1 Alchimie-USM-Filter

+ vorhanden - nicht vorhanden

Kasten 3


Scharfe Tricks

Helligkeit schärfen: Beim Schärfen von RGB- oder CMYK-Bildern kann es zu unerwünschten Sättigungserhöhungen an den Kanten kommen, die sich als Farbsäume bemerkbar machen. Um diese zu vermeiden, sollte man grundsätzlich nur den Helligkeitskanal schärfen, da das menschliche Auge Unschärfen in den Bunttönen weniger stark wahrnimmt. In Photoshop bietet sich dazu die Umwandlung in den Lab-Modus und die Schärfung nur des L-Kanals an. Programme, die keine kanalweise Bearbeitung gestatten, haben manchmal eine Option `Nur Helligkeit´ oder ziehen standardmäßig intern den Helligkeits- oder Luminanzkanal zur Schärfung heran.

Begrenzung der Schärfung: Ein weiteres Problem ist die lineare Schärfungscharakteristik vieler Filter. Werden sowohl geringe als auch stärkere Kontraste prozentual gleich geschärft, ergibt sich ein Dilemma: Schärfungsgrade, die für geringe Kontraste angemessen sind, erzeugen bei höheren Kontrasten bereits unschöne schwarze und weiße Säume (Ausfressungen). Filter mit einer Begrenzung der Kontrast-Erhöhung arbeiten da besser. Stehen solche Filter nicht zur Verfügung, kann man den umständlichen Weg über eine Maskierung gehen: Diese schützt Bereiche, welche nicht oder nicht so stark geschärft werden sollen.

Es geht jedoch auch einfacher, wenn man mit Ebenen arbeitet und das ungeschärfte Original mit dem geschärften Bild überlagert. Anschließend verringert man die Deckkraft des geschärften Bildes etwas. In Photoshop geht das sehr bequem mit der Verblassen-Funktion, die stets nach dem Ausführen eines Befehls zur Verfügung steht. Damit wird der Kontrastanstieg begrenzt, wie die Kontrastkurve rechts oben zeigt.

Darüber hinaus beeinflussen auch einige Ebenenmodi im Verblassen-Dialog die Schärfewirkung. Während die meisten Modi keinen nützlichen Effekt erzielen, erzeugt `Weiches Licht´ einen weichen, leicht asymmetrischen Schärfungsverlauf mit deutlicher Begrenzung nach oben. Der Gesamtkontrast des Bildes wird ebenfalls etwas angehoben.

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Mit den Ebenen-Optionen ist die Schärfung beliebiger Tonwertbereiche möglich, wie diese extreme Kurve zeigt.

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Eine mit dem Modus `Weiches Licht´ modifizierte Schärfungskurve

Die Modi Aufhellen und Abdunkeln bewirken eine asymmetrische Schärfung: Mit Aufhellen werden nur die helleren Seiten einer Kante geschärft. Der USM-Filter von Ulead PhotoImpact 6 zeigt dieses Verhalten standardmäßig. Mit den Photoshop-Ebenen-Optionen kann man noch mehr tricksen, denn hier lässt sich die Deckkraft von Vorder- und Hintergrund tonwertabhängig verändern. Damit begrenzt man die Schärfung beispielsweise auf bestimmte Tonwertbereiche oder nimmt sie von der Schärfung aus.

Schärfen mit dem Hochpass: Auch der Hochpassfilter lässt sich als Scharfzeichnungswerkzeug einsetzen - die Vermutung liegt nahe, weil er ja bei der Simulation des Unscharf-Maskieren-Filters als `Zwischenergebnis´ angefallen war. Verändern Sie nach der Anwendung den Einkopiermodus des Filters mit der Verblassen-Funktion von Normal auf Ineinanderkopieren. Wie die Kontrastkurve zeigt, ergibt das eine sehr weiche Scharfzeichnung, die vor allem auf die Viertel- und Dreivierteltöne (Schatten und Lichter) wirkt.

Beim Schärfen durch Verformen handelt es sich um eine spezielle Schärfungsmethode, die teilweise hervorragende Ergebnisse bringt. Sie wurde in der c't ausführlich beschrieben [2]. Photoshop-Aktionen, die diese etwas komplizierte Methode erst handhabbar machen, finden Sie auf der c't-Homepage und auf der Website des Autors [3]. Auf Letzterer ist auch eine Beschreibung der Methoden verfügbar.

Autor: Ralph Altmann

Auszug aus c't-Magazin 16/01 S.146ff
Veröffentlichung mit freundlicher Genehmigung
© Heinz Heise Verlag

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