15 影像增强滤镜.docx

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15影像增强滤镜

活用Gimp（十五）影像增强滤镜

作者：

李旬政

retry@micro.ee.nthu.edu.tw

http:

//micro.ee.nthu.edu.tw/~retry

本期文章主要介绍影像增强滤镜包括有反锐化遮罩滤镜、反锐化遮罩命令稿、Deinterlace滤镜、去斑纹滤镜、锐化滤镜。

当影像清晰度不佳有些模糊，可借助Gimp改善视觉上的效果，但须注意，影像的品质（例如解析度）在数位相机摄入或扫瞄器扫瞄时就已经决定了，以影像处理软体来润饰修正影像，只能改善对比，改变眼睛观看到的感觉，不能增加影像的细节或内容。

对与斑点、纹路状的杂讯可部份或完全移除这些杂讯，但有时还是要付出一些代价的，影像解析度可能会降低。

本期文章花了很多篇幅在解释反锐化遮罩滤镜的原理，希望读者了解原理后对于参数值的设定能更有感觉，减少在试误中学习所浪费的时间。

影像增强滤镜执行后有时效果并不明显，当读者在观看本期文章的附图时，可能会觉得执行滤镜前后的图片差异并不大，读者不妨启动你的Gimp直接试试这些滤镜的功能。

反锐化遮罩滤镜（UnsharpMaskfilter）：

目录位置：

新增图像[image]/滤镜Filters/加强品质Enhance/反锐化遮罩UnsharpMask。

反锐利化遮罩是暗房内的技巧，在电脑尚未发明之前就已经被摄影人士广泛使用。

反锐化遮罩滤镜名称当中虽有个「反」字不过却是锐化滤镜的一种，反锐化遮罩滤镜的功能是让影像变清晰，藉由增强物体交界处的明暗对比使得影像看起来感觉较清楚。

反锐化遮罩滤镜是以原始影像套用在稍微模糊的影像上，然后再从原始的影像中去除模糊的影像，模糊的影像基本上是作为遮罩之用以决定原始影像上欲提高对比区域的边缘像素。

当两种版本结合时，就会产生对比更高且更为清晰的影像。

反锐化遮罩滤镜的参数设定对话盒如图3所示，以下介绍各个参数的意义。

量（Amount）：

从0到5「量」设定值可以决定要在影像上增加多少对比。

量越大色调对比的边缘就越明显，设高可增加锐利度的强度，但太高则会增加杂纹。

半径（Radius）：

设定作用半径，从1到25像素的「半径」设定值可以决定边缘像素周围将受到的影响的像素数目。

对于高解析度的影像建议的设定值是在1与2之间。

同样地，设定值将视你的影像的对比与色调而定。

临界值（Threshold）：

范围从0到255，预设值为0，设定色阶差距在几阶内的影像不会受到影响，数值愈高，作用就愈小，设得愈低，即表示门槛降低，稍微有点变化，即会作锐利化调整，则会在不考虑色调与对比的情况下，将清晰结果套用在影像中的所有像素上。

设定值越高不清晰的像素就越多。

当临界值滑钮往右边拖曳时，影像会变得较模糊，这是反映缺乏清晰效果，实际上是将你带回影像的原始版本。

如图1所示，新增一影像长宽为100x30，在X座标0到47填上25%灰色灰阶值为61，在X座标55到100间填上75%灰色灰阶值为191，X座标47到55间使用渐层填色工具形成25%灰色到75%灰色的渐层。

对此灰阶影像执行反锐化遮罩滤镜，执行后灰阶值61与灰阶值191的交界处多了一条亮线与一条暗线，如图2所示，与图1相较X座标50左右原本是25%灰色到75%灰色的渐层，右边渐层终结处的亮度会高于原来的191，左边渐层终结处的亮度会低于原来的63，仔细观察这两个地方右边是一条较亮的亮线，左边是一条较暗的暗线。

图1与图2都是原图放大900%，反锐化遮罩滤镜产生效果放大观看并无法体会，图4是影像的原始尺寸，两图相较可看出反锐化遮罩滤镜可让交界处变得较明显清楚。

影像锐化与影像模糊化是两件相反的事，反锐化遮罩滤镜名称中「反」字是因为在影像锐化的过程中必须对影像执行模糊化的动作。

如图5的曲线所示，红色的曲线代表影像原本的亮度沿着X轴的变化曲线，在X座标0到47间亮度值为61，在X座标55到100间亮度值为191，X座标47到55间是线性增加。

蓝色的曲线代表执行模糊滤镜后的影像亮度沿着X轴的变化曲线，在X座标0到40间亮度值为61，在X座标62到100间亮度值为191，X座标40到62间是有点弧度的曲线，增加的幅度较执行模糊滤镜之前缓和。

将影像原本的亮度的曲线减掉执行模糊滤镜后的影像亮度曲线即是反锐化遮罩曲线，图5中的黄色曲线。

影像原本的亮度曲线加上反锐化遮罩曲线即是锐化后的影像亮度曲线，图6中的蓝色曲线。

由图6的曲线可清楚的了解到，反锐化遮罩是用来增强物体交界处的对比，在交界处的边缘亮边变更亮暗边变更暗。

图1一灰阶影像，由左至右的颜色为灰阶值61、渐层、灰阶值191。

图2执行反锐化遮罩滤镜，仔细观察中间偏右出现一条亮线，中间偏左出现一条暗线。

图3

图4影像的原始尺寸，比较执行反锐化遮罩滤镜影像前后视觉上观看的差异。

图5影像原本的亮度减掉执行模糊滤镜后的影像亮度即是反锐化遮罩

图6影像原本的亮度加上反锐化遮罩即是锐化后的影像亮度

利用相减模式来找影像的边界：

以下使用Gimp图层浮动视窗来实践图5与图6中所讲解的数学运算，以下的说明是为了了解unsharp-mask.scm命令稿中的程式码如何运作。

两图层重叠显示时上方图层的RGB三颜色分量以F表示，下方图层的RGB三颜色分量以B，重叠显示出的颜色以R表示，上方图层的颜色称为绘图色，下方图层的颜色称为底色。

相减模式（SubtractMode）混色显示出的颜色R与绘图色F和底色B的关系为

。

若两张图层颜色差异不大，显示出的颜色会多为50%灰色附近的颜色或多为黑色。

由公式可看出来，相减模式具有不对称性，上方图层与下方图层位置对调效果并不一样。

可利用相减模式来找影像的边界，将原影像复制一个新的图层，对新的图层执行模糊滤镜，两图层以相减模式重叠显示便会出现黑底灰色边缘的影像，读者可自行尝试。

如图7所示，新增256x256白色底色影像将图层命名为「black_white」，将影像右半部填上黑色，复制一相同的图层将图层更名为「Blur」，对「Blur」图层执行模糊滤镜为了让效果较显着参数设40，执行模糊滤镜后黑白交界处变模糊，如图8所示，黑白交界往右的颜色会由灰色渐变为黑色，黑白交界往左的颜色会由灰色渐变为白色，离交界处越远受模糊滤镜的影响越小维持原来的颜色。

观察将「Blur」图层混色模式设相减为上方图层与「black_white」图层混色模式设相减为上方图层两者的差异。

如图9所示，若将「Blur」图层置于「black_white」图层上方，「Blur」图层混色模式设相减。

左边的区域「black_white」图层白色减掉「Blur」图层白色变为黑色。

右边的区域「black_white」图层黑色减掉「Blur」图层黑色变为黑色。

黑白交界偏左的区域「black_white」图层白色减掉「Blur」图层灰色变为灰色的互补色，相当于执行色阶反转的动作，深灰色变为浅灰色，浅灰色变为深灰色。

黑白交界偏右的区域「black_white」图层黑色减掉「Blur」图层灰色其值为负数故变为黑色。

故中间偏左会有一条灰色渐层的亮线，其余部分皆为黑色。

如图10所示，若将「black_white」图层置于「Blur」图层上方，「black_white」图层混色模式设相减。

左边的区域与右边区域「Blur」图层与「black_white」图层的颜色几乎一样相减后变为黑色。

黑白交界偏左的区域「Blur」图层灰色减掉「black_white」「Blur」图层白色其值为负数故变为黑色。

黑白交界偏右的区域「Blur」图层灰色减掉「black_white」图层黑色变为灰色。

故黑白交界中间偏右会有一条灰色渐层的亮线，其余部分皆为黑色。

图7左边白右边黑的影像

图8执行模糊滤镜，黑白交界处便模糊

图9「Blur」图层混色模式设相减为上方图层，亮线在中间偏左处。

图10「black_white」图层混色模式设相减为上方图层，亮线在中间偏右处。

利用相减模式来增强影像的对比：

使用上述方式来找寻实际影像的边界，开启一影像档案如图11所示，将档案的图层更名为「Original」复制一相同的图层命名为「Blur」，对「Blur」图层执行[image]/Filters/Blur/GaussianBlurIIR，参数设5，模糊半径会影响到灰色边界线条的粗细。

观察将「Blur」图层混色模式设相减为上方图层与「Original」图层混色模式设相减为上方图层两者的差异。

以衣服上的字「NET」来分析，字体「NET」较衣服来得亮，若将「Blur」图层置于上方图层混色模式设相减，则灰色的亮线会在字体「NET」内缘，如图12所示。

若将「Original」图层置于上方图层混色模式设相减，则灰色的亮线会在字体「NET」外缘，如图13所示。

两图层重叠显示灰色的亮线处都是影像色调差异大或明暗对比明显的地方，可利用相减模式产生的边界来改善影像的清晰程度。

以下的操作步骤是为了实践unsharp-mask.scm命令稿中的程式码。

重新开启影像档案，档案的图层名称为「Original」复制4个相同的图层命名为「OriginalCopy#1」、「OriginalCopy#2」、「Blur#1」、「Blur#2」，对「Blur#1」与「Blur#2」图层分别执行[image]/Filters/Blur/GaussianBlurIIR，参数设5，将「Blur#1」图层混色模式设相减置于「OriginalCopy#1」图层上方，合并「Blur#1」与「OriginalCopy#1」图层，将合并后的图层更名为LighterMask，「LighterMask」图层为黑底灰边，灰边线条靠近原本影像明亮的区域。

将「OriginalCopy#2」图层混色模式设相减置于「Blur#2」图层上方，合并「OriginalCopy#2」与「Blur#2」图层，将合并后的图层更名为DarkerMask，「DarkerMask」图层为黑底灰边，灰边线条靠近原本影像阴暗的区域。

如图14所示，现在有「LighterMask」、「DarkerMask」、「Original」图层，「LighterMask」图层移置图层最上方，「Original」图层移置图层最下方。

「LighterMask」图层混色模式设相加模式（Addition），「DarkerMask」图层混色模式设相减模式。

「DarkerMask」图层与「Original」图层以相减模式混合，「DarkerMask」图层大部分都为黑色对重叠显示后的颜色没有影响，「Darker」图层的灰色亮边会让「Original」图层在该处重叠显示后出现较暗的颜色，「LighterMask」图层与「Original」图层以相加模式混合，「LighterMask」图层大部分都为黑色对重叠显示后的颜色没有影响，「LighterMask」图层灰色亮边会让「Original」图层在该处重叠显示后出现较更亮的颜色。

「LighterMask」图层与「DarkerMask」图层的灰色亮边分别位于「Original」图层影像物体与物体的交界处的两侧，「LighterMask」图层让边界的一侧变亮，「DarkerMask」图层让边界的一侧变暗，故影像中的边界处的明暗对比增强变得容易辨识。

图11原图，因为照像时略微晃动，这张影像人物有些模糊，使用锐化滤镜可否让脸部变清楚呢？

答案是不可能的！

！

图12「Blur#1」图层混色模式设相减为上方图层合并「OriginalCopy#1」图层后更名为「LighterMask」图层。

图13「OriginalCopy#2」图层混色模式设相减为上方图层合并「Blur#2」图层后更名为「DarkerMask」图层。

图14增强边界对比的图案，影像变得较清晰。

「LighterMask」图层混色模式设相加模式，「DarkerMask」图层混色模式设相减模式。

反锐化遮罩命令稿（UnsharpMaskScript-Fu）：

目录位置：

新增图像[image]/Script-Fu/Alchemy/反锐化遮罩UnsharpMask。

若对图11执行反锐化遮罩命令稿可产生图14的效果，多了「LighterMask」图层与「DarkerMask」图层用来增加影像的清晰程度。

反锐化遮罩命令稿的参数设定对话盒MaskSize用以设定模糊滤镜的作用半径，MaskOpacity藉由设定图层不透明度来调整遮罩的作用强度。

如图15所示，可复制多个「LighterMask」图层与「DarkerMask」图层来增强物体边缘的对比。

由图11图14图15可以体会出锐化滤镜只是改变我们观看影像的感觉，无法产生额外的、原本并不存在的脸部细节。

比较图16图17图18可以看出适当的使用反锐化遮罩命令稿可增加风景照的清晰度与立体感（图17）。

过度地锐化影像会产生一些不想要的边线、条纹或斑点（图18），同时会让影像看起来较不自然。

图15虽然头部手势相对于背景变得较立体一些，衣服上的字也变较清晰，但仍然是一张失了焦距的脸。

图16雪山。

图17执行反锐化遮罩命令稿。

图18执行反锐化遮罩命令稿。

复制多个「LighterMask」图层与「DarkerMask」图层。

图19反锐化遮罩命令稿的参数设定对话盒

反锐化遮罩命令稿unsharp-mask.scm程式码主要的部份：

（gimp-selection-allimg）

（gimp-edit-copydrw）

（gimp-image-undo-disablenew-image）

（gimp-floating-sel-anchor

（car（gimp-edit-pasteoriginal-layerFALSE）））

（gimp-image-add-layernew-imageoriginal-layer0）

（set!

original-layer-for-darker（car（gimp-layer-copyoriginal-layerTRUE）））

（gimp-display-newnew-image）

;;makedarkermask

（gimp-image-add-layernew-imageblured-layer-for-darker-1）

（plug-in-gauss-iirTRUEnew-imageblured-layer-for-darkermask-size

TRUETRUE）

（set!

blured-layer-for-lighter

（car（gimp-layer-copyblured-layer-for-darkerTRUE）））

（gimp-image-add-layernew-imageoriginal-layer-for-darker-1）

（gimp-layer-set-modeoriginal-layer-for-darkerSUBTRACT）

（set!

darker-layer

（car（gimp-image-merge-visible-layersnew-imageCLIP-TO-IMAGE）））

（gimp-layer-set-namedarker-layer"darkermask"）

（gimp-layer-set-visibledarker-layerFALSE）

;;makelightermask

（gimp-image-add-layernew-imageoriginal-layer-for-lighter-1）

（gimp-image-add-layernew-imageblured-layer-for-lighter-1）

（gimp-layer-set-modeblured-layer-for-lighterSUBTRACT）

（set!

lighter-layer

（car（gimp-image-merge-visible-layersnew-imageCLIP-TO-IMAGE）））

（gimp-layer-set-namelighter-layer"lightermask"）

;;combinethem

（gimp-image-undo-enablenew-image）

（gimp-displays-flush））

（gimp-layer-set-visibleoriginal-layerTRUE）

（gimp-layer-set-modedarker-layerSUBTRACT）

（gimp-layer-set-opacitydarker-layermask-opacity）

（gimp-layer-set-visibledarker-layerTRUE）

（gimp-layer-set-modelighter-layerADDITION）

（gimp-layer-set-opacitylighter-layermask-opacity）

（gimp-layer-set-visiblelighter-layerTRUE）

去斑纹滤镜（Despeckle）：

目录位置：

新增图像[image]/滤镜Filters/加强品质Enhance/Despeckle。

影像有刮痕、摺痕或杂点时可使用去斑纹滤镜移除，影像的杂点可能是因为尘埃或纤维落在扫描器上。

去斑纹滤镜也可用在撞网的影像上，撞网的影像的成因可能是扫描低品质的报纸或杂志的影像。

视影像受伤害的程度与撞网的范围来使用去斑纹滤镜，若局部有杂点与刮痕则只在选取范围内使用去斑纹滤镜。

若杂点与刮痕分布在整张影像上则对整张影像执行去斑纹滤镜。

半径（Radius）：

半径决定视窗大小，半径1视窗大小为3x3，半径r视窗大小为（2r+1）x（2r+1），半径20视窗大小为41x41。

影像会根据视窗大小切割成数个小视窗。

在每个小视窗中，滤镜会试着使颜色的变化较平滑，藉此移走不想要的缺陷，比如杂点与刮痕。

图20到25说明去斑纹滤镜的效果。

图20原始影像

图21去斑纹滤镜的参数设定对话盒

图22执行[image]/Filters/Noise/Noisify加入杂点。

图23执行去斑纹滤镜并无法完全消除杂点。

图24画刷选用brushCircle（03）3x3，使用铅笔工具在图20的青椒上打上黑色的斑点。

图25执行去斑纹滤镜Radius设3。

虽然黄色青椒上出现一个青色的斑点，整体而言去斑纹滤镜的效果还不错。

Deinterlace滤镜：

目录位置：

新增图像[image]/滤镜Filters/加强品质Enhance/Deinterlace。

Deinterlace滤镜可修正影像捕捉卡的错误，有时偶数的栏位或奇数的栏位的资料没有正确地被撷取，Deinterlace滤镜可用来更正这些错误。

格线滤镜的目录位置为新增图像[image]/滤镜Filters/描绘Render/图案Pattern/方格网Grid。

图26到图33使用格线滤镜产生水平格线而后使用Deinterlace滤镜将格线移除，以此来说明Deinterlace滤镜的效果。

图26格线滤镜的参数设定对话盒，把HorizontalWidth与VerticalWidth的炼结打断，HorizontalWidth改为0，如此便不会产生垂直格线。

Offset设8表水平格线第一条线画在Y座标8+1=9的位置，Spacing设16表示水平格线的间隔为16个像素，故第二条线画在Y座标9+16=25的位置。

因此格线的座标全都为奇数。

图27根据图26的设定产生有水平格线的图案。

图28Deinterlace滤镜的参数设定对话盒。

图29对图27执行Deinterlace滤镜Mode设KeepEvenFields可完全去除格线。

图30格线滤镜的参数设定对话盒，把HorizontalWidth与VerticalWidth的炼结打断，HorizontalWidth改为0，如此便不会产生垂直格线。

Offset设1表水平格线第一条线画在Y座标1+1=2的位置，Spacing设2表示水平格线的间隔为2个像素，故第二条线画在Y座标2+2=2的位置。

因此格线的座标全都为偶数。

图31根据图30的设定产生有水平格线的图案。

图32对图31执行Deinterlace滤镜Mode设KeepOddFields可完全去除格线。

若仔细地与图20原始影像相比较，会发现图32垂直方向像素的解析度降低。

图33对图31执行Deinterlace滤镜Mode设KeepEvenFields则完全填上蓝色格线。

锐化滤镜（Sharpen）：

任何影像的清晰程度主要由影像的解析度决定，锐化滤镜增强影像中的细微部份或增强已经模糊了的细节。

模糊的原因可能是影像撷取方法的特定误差，也可能是撷取方法的自然效应。

使用扫描机扫描时由于原图焦距不清或是在扫描处理期间所引起的模糊，通常每个扫描出来的影像都会需要某种程度的清晰化。

此外，在执行色彩校正或重新取样之后，若能够在影像上使用锐化滤镜，你将会得到更好品质的影像。

但所有的数位影像显示出的物体的细节都受限于影像本身的解析度，锐化滤镜有其极限，甚至有些细节是无法恢复的。

锐化滤镜可以使得失焦的影像变清晰。

参数锐化量（Sharpeness）控制影像锐化的程度，锐化量越大影像的对比越强烈但影像中的杂点与污点同时也变得更清楚。

图34锐化滤镜的参数设定对话盒。

图35对图20清晰的青椒执行高斯模糊滤镜产生失焦的影像，使用锐化滤镜可否让图35变得像图20一样清楚呢？

图36Sharpeness设95，虽然青椒变清晰但每个部分的明暗对比都变得很强烈，色调变化较不平滑。