Как создавать резкие снимки

Отпуск не совпадает по длительности и насыщенности

Ты всегда рассчитываешь, что отпуск будет долгим, но время бежит неумолимо быстро. И только в конце, перед самым возвращением на работу, оглядываясь назад и вспоминая все события и эмоции, которые ты пережил, ты начинаешь ощущать, будто бы с начала твоего отдыха прошло куда больше времени, чем на самом деле.

Это парадокс, который возникает из-за нашего умения рассматривать время с двух разных позиций — проспективной и ретроспективной. Проспективная позиция позволяет тебе оценивать промежуток времени с момента начала чего-то, а ретроспективная — по истечении срока

В первом случае за восприятие времени отвечают твои эмоции и внимание, а во втором — память

Когда два этих значения совпадают — у тебя не возникает искажённого восприятия времени. Никаких значимых событий в твоей жизни не происходит, и ты живёшь, особенно не задумываясь о том, как проходят твои дни

Но стоит чему-то захватить твоё внимание, разбавить привычные скучные будни новыми яркими впечатлениями, и твоё субъективное восприятие перестанет совпадать с реальным

Фиксированное ядро

Некоторые приложения и библиотеки для работы с графикой пользуются такой хитростью: они как бы используют для ресайза те же фильтры, что и при ресайзе свертками (бывают, например, билинейный, бикубический и фильтр Ланцош), но при уменьшении изображения не увеличивают ядро фильтра адаптивно. В результате для построения любой точки конечного изображения используется только 4 пикселя исходного изображения при билинейном фильтре, при бикубическом — 16, с 3-лобным фильтром Ланцоша — 36. То есть время работы тоже получается константным относительно исходного размера.

Вот только такой подход работает для уменьшения примерно до 2 раз, а дальше результат мало чем отличается от «ближайшего соседа».

Из 4928×3280 в 256×170 с билинейным фильтром с фиксированным ядром.

И говоря «мало чем отличается от „ближайшего соседа“» я имею в виду не только то, что он такой же рваный и зернистый, я имею в виду, что он правда почти совпадает с результатом «ближайшего соседа». Откройте обе картинки в соседних вкладках браузера и попереключайте между ними, картинки почти совпадают. Может даже показаться, что где-то ошибка, что так быть не должно, потому что с фиксированным ядром интерполируется 4 пикселя, а не тупо берется первый попавшийся, и результат должен быть ближе к оригиналу. Но ошибки тут нет и вот почему:

Точки, которые будут интерполироваться при уменьшении до 20×13.

Это точки исходного изображения, по которым строится конечное. Их стало больше в 4 раза, но они расположены все в тех же местах, что и при методе ближайшего соседа. То есть скорее всего, мы не получим новой информации об изображении. Можно попытаться еще увеличить количество точек исходного изображения, участвующих в процессе, применив бикубический фильтр, но результат снова будет почти таким же и даже еще чуть-чуть более рваным, потому что в бикубическом фильтре крайние пиксели берутся с отрицательными коэффициентами.

Из 4928×3280 в 256×170 с бикубическим фильтром с фиксированным ядром.

Как не сложно догадаться, сложность и время выполнения при использовании фильтров с большим охватом значительно растет, в то время как конечное изображение почти не меняется. Все три следующие примера дают примерно одинаковую картинку, а вот время работы у них отличается до 20 раз.

Тут я симулировал ресайз с фиксированным ядром с помощью аффинных преобразований. Но некоторые приложения и библиотеки правда делают это: используют для уменьшения более дорогие фильтры, результат которых почти равен методу ближайшего соседа. Так делает OpenCV, так делают браузеры, когда рисуют изображение на канве, так делают видеокарты при текстурировании без mip-уровней. Потому что хоть время и большее, но оно константное относительно разрешения исходного изображения. Ну а качество? Для качества есть свертки.

Каждый воспринимает время по-разному

Ты наверняка замечал, насколько по-разному люди воспринимают течение времени. Десять минут, потраченные на неинтересную беседу, будут ощущаться тобой как потерянные полчаса, в то время как для твоего собеседника, которому нравится с тобой общаться, пройдёт всего лишь пара минут. Для человека, которому интересен урок, время летит, а для того, кто терпеть не может этот предмет, напротив, тянется невыносимо долго.

В процессе восприятия времени участвует не только человеческий мозг, но и другие органы чувств, которые заставляют тебя делать вывод о том, сколько длилось то или иное событие. Ты можешь оценивать один и тот же промежуток времени по-разному, в зависимости от того, каким было твоё самочувствие, был ли ты сосредоточен на чём-то или нет, испытывал ли ты сильные эмоции и т.д. Если состояния и внешние обстоятельства двух человек не совпадают, значит, с большей долей вероятности можно сказать, что их восприятие времени в данный момент разное.

Качественное уменьшение изображений за константное время +76

• 26.10.17 07:53

•
homm
•
#340966
•
Хабрахабр

•

•

13200

Алгоритмы, Высокая производительность, Обработка изображений
Рекомендация: подборка платных и бесплатных курсов таргетированной рекламе — https://katalog-kursov.ru/

Хочу поделиться очень простым и эффективным методом ресайза изображении, который работает за константное время относительно размера исходного изображения и дает неожиданно качественный результат. Метод применим для любых языков и приложений.

Для начала давайте порассуждаем логически. Если вы делаете ресайз изображения, наверное вы хотите чтобы результат хотя бы отдаленно напоминал оригинал. Для этого нужно учесть как можно больше информации из исходного изображения. Вы слышали о методе «ближайшего соседа»? В этом методе для каждой точки конечного изображения просто берется какая-то одна точка из исходного изображения в неизменном виде.

Уменьшение изображения 4928?3280 до 256?170 ближайшим соседом.

Результат не представляет ничего хорошего. Изображение дерганое, зернистое, даже трудно понять что на нем изображено. Особенно если на исходном изображении было много мелких деталей или оно само было зернистым. Почему так получается? Потому что в конечном изображении было учтено очень мало информации из исходного. Если условно отметить на исходном изображении те точки, которые попадают в конечное, получится вот такая сеточка:

Точки, которые попадут в конечное изображение размером 20?13.

Теперь визуально можно оценить, насколько мало информации об исходном изображении попадает в конечное. Согласитесь, маловероятно, что именно по этой сеточке будут располагаться пиксели, которые дадут хорошее представление об изображении на исходной картинке.

Совсем другой результат дает, например, ресайз с помощью сверток. В нем каждый пиксель исходного изображения вносит вклад в конечное, да еще и не раз. Поэтому изображение получается плавным, а при выборе хорошего фильтра, четким.

Уменьшение с 4928?3280 до 256?170 свертками с бикубическим фильтром.

Тем не менее у метода «ближайшего соседа» есть одно неоспоримое преимущество: он работает за константное время относительно размера исходного изображения

Это значит, что не важно, какое большое или маленькое было исходное изображение, время уменьшения до определенного размера будет одинаковым. Я буду приводить примеры на Питоне с библиотекой Pillow, но вы можете получить почти такой же результат с помощью любого языка и библиотек

Скорость сверток же, напротив, линейно падает с увеличением исходного изображения.

Для в 4 раза большего исходного изображения время тоже возросло в 4 раза.

Какие еще болезни могут вызвать визуальное раздвоение предметов?

Наиболее частые причины двоения в глазах:

• эпилептические припадки, мигрень, внезапное повышение внутричерепного давления, черепно-мозговые травмы;
• ОРВИ, дифтерия, столбняк, инфекционные заболевания, негативно влияющие на состояние нервной или мышечной системы.
• глазной миозит, двусторонний паралич глазных мышц на фоне неврологических нарушений, миастения, врожденная аномалия без мимики, диффузный токсический зоб, другие заболевания, поражающие двигательные мышцы;
• злокачественные и доброкачественные опухоли, гнойное воспаление орбиты, гематома, перелом стенки глазницы;
• сахарный диабет, паралич позвоночника, рассеянный склероз, другие патологии, вызывающие нарушение иннервации мышц, двигающих глазное яблоко;
• повреждение зрительного нерва, отек внутренней сонной артерии, опухоли, сдавливающие зрительный нерв;
• воспалительные процессы в головном мозге – менингит, энцефалит.

При появлении неприятных симптомов бифуркации рекомендуется посетить врача, который расскажет, что делать. Диплопия возникает по разным причинам, главное – выявить первоначальное поражение и своевременно начать лечение.

Чистота линзы объектива

Каким бы качественным не был объектив, различные частицы пыли и грязь на его линзе помешают получению хорошей резкости фото. Не забывайте отслеживать чистоту оптики перед каждой съемкой и в ее процессе. Поскольку стекло объектива можно легко поцарапать, лучше сдуть с него частицы. Также не стоит протирать объектив обычной тканью, поскольку она может не только повредить его, но и оставить на поверхности ворсинки препятствующие качеству снимка, лучше воспользоваться специальной безворсовой тканью. Избежать нежелательного загрязнения линзы поможет специальный защитный фильтр.

Нерезкость из-за неправильного использования стабилизатора

Стабилизатор — устройство, позволяющее уменьшить шевеленку при съемке с рук. Однако, иногда он может навредить.

В инструкции к объективу со стабилизатором почти всегда есть предупреждение – выключайте стабилизатор при съемке со штатива. Часто этим правилом пренебрегают, а напрасно. Подносили когда-нибудь микрофон к колонке? После этого происходит самовозбуждение усилителя и динамики начинают свистеть. Получается точно как в поговорке «много шума из ничего». Со стабилизатором то же самое. Он призван противодействовать вибрации, вызванной шевеленкой, однако на штативе ее не возникает. Тем не менее, вращающиеся гироскопические элементы стабилизатора вызывают небольшую вибрацию, которая воспринимается как шевеленка и стабилизатор пытается ее погасить, «раскачиваясь» при этом все сильнее и сильнее. В итоге, картинка получается нечеткой.

Есть мнение, что стабилизатор может снижать резкость картинки при дневной съемке с рук. Может быть это и так, но я не припомню на своем опыте ни одного случая, когда включенный стабилизатор заметно испортил бы резкость при съемке с короткой выдержкой. Хотя, в интернете регулярно пишут о пагубном влиянии стабилизатора, например, при макросъемке. Аргументы приводятся следующие: 

1. Обратная шевеленка — на незначительное сотрясение камеры стабилизатор реагирует слишком сильно и вызывает смещение картинки в обратном направлении. 
2. Заметный толчок при включении стабилизатора становится причиной нерезкости снимка. Стабилизатор включается, когда мы делаем полунажатие кнопки спуска (чтобы сфокусироваться) и работает до тех пор, пока кадр не будет сделан. Если сразу нажимать кнопку спуска до отказа, то, действительно, стабилизатор, возможно, может вызвать смаз картинки. Если дать стабилизатору секунду, чтобы он «успокоился», то риск получения смазанной картинки уменьшается. Многое зависит еще и от объектива. Например, у Canon 75-300 IS USM стабилизатор включается с отчетливо различимым стуком и вызывает заметную вибрацию, а у Canon 24-105L – практически бесшумно. 
3. Микровибрация от гироскопов снижает четкость картинки. Опять же многое зависит от объектива – в дешевой оптике (Canon 75-300), действительно, вибрация ощутима. В Canon 24-105L вибрация практически отсутствует.

Лично я предпочитаю отключать стабилизатор в тех случаях, когда в нем нет нужды, но, главным образом для снижения энергопотребления. Стабилизатор действительно помогает в тех случаях, когда при съемке с рук выдержка становится длиннее безопасной и в то же время не хочется повышать чувствительность ISO. В остальных случаях он бесполезен.

Усиление резкости фотографии зависит и от ISO

Если вы снимаете со штатива, постарайтесь не увеличивать параметр ISO. Его лучше всего держать на значении, которое не превышает 200 единиц. При таких настройках снимок получится максимально четким. Увеличение ISO приведет к появлению цифровых шумов. Это крайне не желательно. Увеличивать ISO можно при съемке с рук в условиях плохой освещенности. Только в таком случае порча кадра чрезмерным шумом оправдана.

Если снимать со штатива нет возможности, можно максимально увеличивать выдержку то того момента, пока не появится шевеленка. Если кадры получаются всё равно темными, можно слегка увеличить ISO. Для определения максимальной выдержки, при которой не появится шевеленка, нужно знать формулу. Выдержка не должна превышать значение 1/фокусное расстояние объектива. К примеру, если вы снимаете с объективом с фокусным расстоянием 50 мм, то выдержка должна быть не более 1/50 секунды. Фотографировать лучше в режиме приоритета диафрагмы.

Причины появления этого симптома – почему двоится в глазах

Глаза видят предметы под разными углами, отклонения минимальны, поэтому здоровый человек их не замечает. Мозг обрабатывает полученную информацию, объединяя два изображения в одно целое. При диплопии пациент видит оба изображения одновременно, т.е. мозг в этом случае отдыхает.

То, что у каждого глаза свой особый угол обзора, можно проверить простым экспериментом. Закройте один глаз и посмотрите на палец на заднем плане. Затем закройте другой глаз, и вы увидите, что палец сдвинулся по сравнению с объектами на заднем плане.

Все, что окружает человека, проецируется на одни и те же участки сетчатки обоих глаз. В мозгу два объекта обрабатываются и объединяются в один. Если изображение предметов попадает в разные участки, глядя вдаль, человек видит предметы раздвоенными.

Световые лучи проникают в разные участки сетчатки из-за естественных осложнений или нарушений иннервации двигательных мышц глаза, что провоцирует смещение глазного яблока и приводит к диплопии (двоению в глазах). Распад изображения может быть вызван неправильным преломлением оптической среды при различных проблемах и патологиях хрусталика и роговицы глаза.

Все факторы, приводящие к развитию диплопии, можно разделить на несколько категорий:

• Повреждение зрительного аппарата — аномалия часто диагностируется после травмы головы;
• Появление новообразований, когда опухоль сдавливает нервные окончания;
• Пониженный мышечный тонус, мешающий плавному движению глазных яблок;
• Патологии роговицы или хрусталика, в т. ч. после неудачных операций;
• Офтальмологические заболевания, например, инфекции.

Развитие диплопии может быть признаком серьезного заболевания центральной нервной системы, инфекции, аутоиммунных нарушений и т. д.

По основным причинам диплопию можно разделить следующим образом:

• косоглазие, встречается у людей с различными видами рака;
• нервно-паралитическая, возникает из-за повреждения нервных окончаний, иннервирующих двигательные мышцы глаза;
• рестриктивная, возникает из-за поражения глаз при смещении яблока или защемлении мышц;
• следствие хирургического вмешательства при лечении отслойки сетчатки, катаракты.

Нерезкими получаются движущиеся объекты?

Даже если вы соблюдаете правило «безопасной выдержки» и ваша камера и/или объектив имеют функцию стабилизации, это еще не является залогом того, что фотографии будут получаться резкими, поскольку все перечисленное выше справедливо только для съемки статичных объектов. Если же объект перемещается в кадре, то сверхмощная стабилизация ему как мертвому припарка.

В качестве примера приведу абсолютно нехудожественную фотографию, но лучший пример найти сложно:

История фотографии до безобразия проста — когда я купил новый планшет, я решил проверить его фотокамеру, сфотографировав что-нибудь первое попавшееся. Этим чем-нибудь (кем-нибудь) оказались коты, гуляющие по столу. В момент съемки кот на переднем плане потряс головой. В итоге неподвижные объекты на фото получились более-менее резко, а кот за время выдержки (1/30 сек) успел несколько раз мотнуть туда-сюда головой, в итоге превратился на фотографии в безумного тюленя.

Приведенный выше пример выглядит забавным. Но если подобные вещи проявятся во время каких-то ответственных съемок, будет уже не до смеха. Чтобы этого не происходило, нужно оценивать интенсивность перемещения объектов и подбирать соответствующую выдержку. Примерно так:

• статичная сцена — «безопасная выдержка», хоть 1/10 секунды с включенным стабилизатором;
• съемка идущего человека с некоторого расстояния — выдержка не более 1/125 секунды;
• съемка идущего человека с близкого расстояния — не более 1/250 секунды;
• съемка бегущего человека — 1/500 секунды;
• «заморозить» кого-то в прыжке — 1/1000 секунды;
• зафиксировать взмах крыльев пчелы у цветка — 1/2000 секунды (а то и короче).

Эти значения ориентировочные, многое зависит от характера движения, фокусного расстояния объектива и дистанции, и с которой ведется съемка. В зависимости от реальных условий эти числа могут быть скорректированы хоть в большую, хоть в меньшую сторону.

Другой вопрос — как быть, если нужно снимать быстро движущихся людей при слабом освещении? Такое бывает, скажем, во время съемки детских утренников или спортивных соревнований в помещении. Выход один — максимально открывать диафрагму и повышать чувствительность ISO. Это как раз та ситуация, когда хваленые «смартфоны с супер-пупер-камерами на 100+ мегапикселей» по полной сливают даже самым дешевым любительским зеркалкам. Зеркалка на iso6400 может даст хоть шумную, но все же не размазанную картинку, благодаря короткой выдержке. Смартфон с полностью автоматическим режимом будет снимать «яркие и сочные фотки», но люди на них будут выглядеть как размытые пятна.

Контурная резкость

Контурная резкость позволяет визуально акцентировать значимые объекты кадра. Достигается это самым простым способом: созданием контрастного контура по объектам этих объектов. Этот микроконтраст и создаёт визуальную иллюзию чёткости и детальности. Точно этот же способ используют женщины, подрисовывая себе глаза, обводя их по контуру карандашом. Вы просто подчёркиваете объекты на картинке с помощью тёмных и светлых ореолов. Этот алгоритм в «Фотошопе» называется «нерезкое маскирование».
Фото слева: оригинал. Фото справа: «Нерезкая маска» с варварскими настройками. Отчётливо виден тёмный контур по верху цветка и светлые ореолы внизуТехника нерезкого маскирования использовалась ещё в аналоговые «плёночные» времена при печати негативов. Фактически в «Фотошоп» происходит вот что: оригинал изображения размывается, чтобы скрыть ненужные детали и выявить объекты, чья чёткость и будет подчёркнута, а после этого «Фотошоп» вычисляет границы этих объектов и усиливает на этих границах контраст. Тёмное становится темнее, а светлое — светлее. Светлые пикселы на границах изображений контрастируют с тёмными пикселами, и при усилении локального контраста по границам объектов получается тёмный и светлый контуры.

Шевелёнка — проверьте выдержку

Нет устоявшегося определения для термина шевелёнка. В данном контексте будем считать, что это смаз изображения при съемке статичного объекта, вызванный движением (сотрясением) камеры. Причиной нестабильности камеры, как правило, является грубое нажатие на спусковую кнопку или дрожание рук. Чтобы избежать шевелёнки при съемке с рук выдержка должна быть короче, чем

1/ЭФР,

где ЭФР — эквивалентное фокусное расстояние (эквивалент для 35-мм пленки). Для Canon EOS 400D кроп-фактор равен 1,62, тогда ЭФР = f*1,62, где f — фокусное расстояние объектива (обычно указано на лицевой части). Например, для f=55 мм ЭФР=(55*1,62)=89 мм (максимальное фокусное китового объектива). В этом случае при съемке с рук выдержка должна быть короче 1/89 секунды (например, 1/125 с).

Для того чтобы уменьшить выдержку приходится снимать на более открытых диафрагмах или увеличивать ISO. Кстати, увеличение чувствительности матрицы (ISO) не всегда плохо — лучше получить резкое изображение, пусть и немного зернистое, чем смазанное (рис. 1).

Рис. 1. При ISO 100 выдержка составила 1/25 с, условие Tv < 1/ЭФР не выполнено — кадр получился смазанным. Увеличение ISO до 400 единиц позволило сократить выдержку до 1/100 с (в 4 раза) и избежать «шевеленки» — кадр получился резким

Совет: для предотвращения шевеленки и достижения наилучшей резкости используйте штатив! При этом кнопку спуска лучше нажимать не вручную, а использовать автоспуск или дистанционный пульт (годится для статичных сцен). Дополнительно для предотвращения сотрясения камеры, вызванного перемещением зеркала, необходимо включить предварительный подъем зеркала (функция блокировки зеркала есть не у всех камер). Подробнее см. заметку «Зачем нужен предварительный подъем зеркала, уровень и пульт».

Примечание: при съемке с рук нужно плавно нажимать на спуск! Примерно так, как нажимают на спусковой курок Олимпийские чемпионы по стрельбе. Движется только палец на спуске, камера должна оставаться неподвижной. В дополнение приведу рекомендации из книги Дж. Уэйда «Техника пейзажной фотографии»: «Встаньте, расслабившись: ноги слегка врозь, вес равномерно распределен на обе ноги, камера у глаза и локти плотно прижаты к телу

Наведите объектив на резкость, задержите дыхание и медленно нажмите на спуск затвора, концентрируя внимание только на движении пальца. Не делайте глубокого вдоха и не задерживайте дыхание во время наводки на резкость и кадрирования

Это только ухудшит дело. Дышите нормально и только ненадолго задержите дыхание, когда нажимаете спуск затвора».

Дополнение от Eugene Glushko (связано с шевеленкой из стрелковой практики). Иногда шевеленка (промах) возникает вследствие поспешного опускания фотоаппарата (винтовки). Чтобы избежать этого, стрелкам рекомендуется после выстрела, не меняя изготовки, еще несколько секунд держать мишень на мушке. Фотографам тоже рекомендуется не опускать резко камеру, а немного задержать взгляд в видоискателе. Когда нет возможности использовать штатив (или монопод), можно воспользоваться различного рода опорами — парапетом, спинкой скамейки, прислониться к дереву, сесть, уперев руку в колено, лечь на землю. В общем, что позволяют условия и сюжет.

Забавная ссылка от barinvic (с форума ХЭ): небольшое видео (96 сек), где паренек вместо штатива использует приспособление в виде веревки с винтом и кольцом. Кольцо прижимает ногой, а винт ввернут в камеру (в гнездо под штатив). Перед тем как делать снимок, он натягивает веревку. Сам еще не пробовал, если кто попробует — расскажите, плиз, о результатах.

Нерезкость из-за вибрации при срабатывании затвора

Как известно, зеркальный затвор при срабатывании вызывает небольшое сотрясение корпуса фотоаппарата, которое при определенных условиях может стать причиной небольшой потери резкости. Это эффект называется shutter shock.

Чтобы избежать этого, в большинстве зеркалок есть функция «блокировка зеркала» или «предварительный подъем зеркала». Суть его состоит в том, что для съемки требуется нажать кнопку «спуск» не один, а два раза. При первом нажатии с поднимается зеркало (оптический видоискатель при этом становится черным), при втором — происходит съемка. 

Еще один способ уменьшить shutter shock — использование «тихого режима» (Quite mode), при котором затвор срабатывает медленнее, чем обычно и уровень вибрации при этом получается меньше.

Беззеркалки с механическим затвором, кстати, тоже склонны к shutter shock, причем в не меньшей степени, чем зеркальные камеры.