Частотное разложение. Ultimate. Конспект и видео

[zhur74]

Цикл завершен. Начавшаяся 4 года назад история подошла к логическому концу. Я не изобретал этот прием, мне просто удалось вытащить его из узкого кулуарного круга «крутых профи» и запустить в широкие массы. Само название «частотка» - яркое тому доказательство. Огромное спасибо Александру Миловскому за подсказку, позволившую мне открыть Америку через форточку (так мой дед называл изобретение для себя лично чего-либо уже известного окружающим). Именно из его статьи шагнул в массы термин «частотное разложение».

Спасибо всем, кто ходил на курсы и мастер-классы, присылал письма, делился результатами собственных экспериментов. И задавал вопросы. Благодаря вам состоялось это занятие. В приведенном ниже видео за пять с хвостиком часов вы сможете освоить разложение на пространственные частоты. Каким бы подробным ни был рассказ, он не сможет затронуть все тонкости и хитрости наработанные практикующими специалистами. Но базу для осмысленной самостоятельной работы заложить сможет.

Если смотреть занятие целиком неудобно, идите под кат. Там вы найдете конспект занятия и видеозапись, нарезанную на 12 частей в соответствии с программой. Я понимаю, что многие с большим удовольствием почитали бы статьи. Но написать 12 таких статей - это, фактически, написать книгу. Поэтому проще и удобнее было просто рассказать.

Дополнение от ноября 2015

Есть желание «пощупать» разбираемые примеры? Скачать их можно здесь: часть 1 (540 мб) и часть 2 (438 мб). В архивах есть все изображения кроме двух, которые я не могу выкладывать в открытый лоступ по соображениям авторского права.

Четыре экшена, для разложения на две полосы частот с визуализацией по низкой и высокой частоте, разложения на три полосы частот и упрощенной ретуши средних частот (Inverted High Pass), лежат здесь. В ближайшее время постараюсь в отдельной статье описать их устройство и возможные варианты модернизации.

Статью (на английском языке) с описанием нюансов работы нового алгоритма размытия маски в инструменте Shadows/Highlights можно скачать здесь. Вы спросите, при чем здесь Shadows/Highlights? А при том, что нечто похожее делает фильтр Surface Blur, а вот он нам очень даже может помочь.



1. Теория.

Разложение в спектр.

• В 1807 году Жан Батист Жозеф Фурье подготовил доклад «О распространении тепла в твёрдом теле», в котором использовал разложение функции в тригонометрический ряд
• При таком преобразовании функция представляется в виде суммы синусоидальных колебаний (гармоник) с различной амплитудой
• Любой сигнал может быть представлен в таком виде, а все образующие его гармоники вместе называются спектром
• В 1933 году Владимир Александрович Котельников сформулировал и доказал теорему, согласно которой любой сигнал с конечным спектром может быть без потерь восстановлен после оцифровки, при условии, что частота дискретезации будет как минимум в два раза выше частоты верхней гармоники сигнала

Что такое пространственные частоты.

• Частота с которой меняется яркость при перемещении по горизонтали или вертикали
• Изображение это двумерный сигнал (яркость меняется при перемещении по горизонтали и вертикали), поэтому общая решетка образуется из двух решеток различных ориентаций - горизонтальной и вертикальной
• Чем выше частота, тем быстрее меняется яркость, тем мельче детали которые она задает
• Самые мелкие детали - это перепады яркости на контрастных контурах

Разложение на полосы частот.

• Для эффективной обработки сигнала нет необходимости раскладывать его в спектр, достаточно разложить его на несколько полос, содержащих все гармоники ниже или выше определеной частоты
• Самые низкие частоты задают общее распределение яркости и, как следствие, цвета
• Средние частоты уточняют эту картинку принося основные объемы объектов
• Верхние частоты добавляют самую мелкую детализацию - фактуру поверхностей

Дополнительные материалы:
Алексей Шадрин. «Управление визуальным объемом изображений»
Александр Миловский. «Муар нам только снится»

Click to view

2. Простое разложение на 2 полосы частот.

Фильтры нижних и верхних частот.

• Gaussian Blur - фильтр нижних пространственных частот
• Чем больше Raduis, тем более крупные детали убираются, тем ниже оставшиеся частоты
• High Pass - фильтр верхних пространственных частот, дополнительный к Gaussian Blur
• High Pass показывает детали, которые убрал Gaussian Blur при том же значении Radius
• Эти детали отображаются в виде отклонения от средне-серого цвета (отклонения от средней яркости в каждом канале)

Сложение исходного изображение из частотных полос.

• Добавить эти отклонения к исходному изображению может режим Linear Light
• Контраст ВЧ-слоя надо понизить в два раза вокруг средней яркости (тон 128), чтобы скомпенсировать заложенное в Linear Light удвоение
• Это можно сделать при помощи кривых (Curves) подняв черную точку в позицию (0; 64) и опустив белую в позицию (255; 192)
• Можно понизить контраст при помощи Brightness/Contrast с установкой Contrast -50 и активированным ключем Use Legacy
• Вместо понижения контраста можно уменьшить до 50% непрозрачность слоя, но в этом случае регулятор Opasity использовать нельзя, а нужно воспользоваться регулятором Fill

Дополнительные материалы:
Андрей Журавлев. «Ретушь портрета на основе частотного разложения»

Click to view

3. Dodge & Burn

Идеология Dodge & Burn.

• Основная идея этой техники: ручное осветление излишне темных и затемнение слишком светлых участков для придания объекту более гладкой и правильной формы
• Таким же образом усиливаются или дорисовываются недостающие объемы
• Классически реализуется при помощи инструментов Dodge Tool и Burn Tool, но эти инструменты допускают только деструктивную обработку
• Может быть реализована при помощи режимов наложения или корректирующих кривых с рисованием по макске слоя

Реализация Dodge & Burn при помощи режимов наложения.

• Для сильной перерисовки свето-теневого рисунка используются режимы наложения Multiply и Screen
• Рисование производится на пустых или залитых нейтральными для данных режимов цветом слоях
• Основным преимуществом такой работы является большая сила воздействия: Multiply способен затемнять даже белый объект, а Screen осветлять даже черный
• Дополнительным плюсом является возможность работать разным цветом на одном слое и простота выбора цвета: его можно брать с самого изображения
• Минусом (особенно для начинающих) является уже упомянутая сила воздействия, заставляющая точно контролировать свои движения
• Для легкой финальной правки применяют слой в режиме Soft Light (прозрачный или залитый средне-серым)
• Плюсами являются: мягкость и визуальная однородность воздействия; ограниченный диапазон воздейстывий; отсутствие воздействия на белые и черные участки

Реализация Dodge & Burn при помощи кривых.

• Затемнение и осветление производится при помощи корректирующих слоев кривых (Curves), а необходимые участки прорисовываются по их маскам
• При затемнении происходит повышение, а при осветлении понижение, насыщенности изображения. Для их компенсации к каждому слою кривых через маску вырезания (Create Clipping Mask) добавляется слой Hue/Saturation
• К плюсам метода можно отнести большую (по сравнению с использованием режимов наложения) гибкость последующих настроек
• Минусом является невозможность вносить разные оттенки цвета при помощи одного корректирующего слоя

Для самостоятельного изучения:
Алиса Еронтьева и Дмитрий Никифоров. «Портретная ретушь»

Click to view

4. Инструменты их настройки

Почему выгодно править частотные полосы по отдельности.

• При ретуши необходимо согласовывать цвет и его переходы с одной стороны и фактуру поверхности с другой
• При исправлении формы крупных объектов выгодно использовать пониженную непрозрачность
• Для сохранения мелких объектов (фактура поверхности) необходимо использовать 100% непрозрачность
• Мягкая граница кисти у штампа - вынужденный компромисс между этими двумя требованиями
• Жесткий стык между однородными однотипными фактурами заметен не будет

Выбор радиуса при разложении на две полосы частот.

• Для Gaussian Blur выгодно задавать большой радиус, чтобы максимально убрать фактуру
• Для High Pass выгодно задавать малый радиус, чтобы не пропустить объемы
• Конкретное значение выбирается как компромиссный вариант между этими двумя условиями
• При этом учитывается детали какой крупности мы относим к фактуре

Визуализация при выборе радиуса разложения.

• Радиус Gaussian Blur удобнее подбирать плавно увеличивая его, пока не исчезнут ненужные детали
• Радиус High Pass удобнее подбирать плавно уменьшая его, пока не пропадут ненужные объемы
• Если более важной является форма, радиус удобнее подбирать ориентируясь на содержимое НЧ (размытая картинка)
• Если более важной является фактура поверхности, радиус удобнее подбирать ориентируясь на содержимое ВЧ («хайпасная» картинка)

Зависимость радиусов от размера лица и крупности дефектов.

• Пропорции среднего лица (ширина к высоте) составляют примерно один к полутора
• При вычислении радиусов удобнее отталкиваться от высоты лица, так как она меньше зависит от ракурса съемки
• Для удаления аккуратной фактуры кожи необходимо взять значение Radius порядка 1/280 - 1/250 от высоты лица
• Для удаления мелких дефектов (прыщи, морщины и т.п.) необходимо взять значение Radius порядка 1/100 - 1/120 от высоты лица
• Для удаления крупных дефектов (подглазины, шрамы и т.п.) необходимо взять значение Radius порядка 1/50 - 1/60 от высоты лица

Click to view

5. Ретушь при разложении на 2 полосы частот

Ретушь НЧ-составляющей - исправление формы.

• Находящуюся на НЧ слое форму удобно ретушировать при помощи инструментов Clone Stamp, Brush и Mixer Brush
• Штампом работаем с мягкой кистью и пониженной непрозрачностью
• Можно работать на новом прозрачном слое с настройкой штампа Sample: Current & Below
• При этом на экран можно вывести общий вид картинки, а не только НЧ слоя.
• Кисть (Brush Tool) удобно использовать для закрашивания локальных дефектов (пробойные блики, проваальные тени и т.п.) телесным цветом
• Mixer Brush используется для быстрого разглаживания лишних объемов

Ретушь ВЧ-составляющей исправление фактуры.

• Работаем штампом с жесткой кистью и 100% непрозрачностью
• Можно работать на новом прозрачном слое с настройкой штампа Sample: Current & Below и отображением только ВЧ слоя
• Чтобы ретушировать глядя на финальную картинку надо работать на самом ВЧ слое (его копии) с настройкой штампа Sample: Current Layer
• Чтобы иметь возможность откатиться к исходному состоянию ретушь проводят на копии слоя ВЧ с применением к нему команды Create Clipping Mask
• Для лучшего контроля над деталями можно временно включить корректирующий слой кривых, повышающий контраст ВЧ составляющей
• При отсутствии на изображении необходимой текстуры можно перенести ее с другой фотографии

Как работает Healing Brush.

• На НЧ слое после размытия на участках рядом с контрастной границей появляется цвет соседней области
• На ВЧ слое вдоль контрастных границ появляются ореолы противоположных цветов
• Если в процессе ретуши ВЧ слоя убрать ореол на финальной картинке на этом участке появится цвет соседней области
• Healing Brush переносит фактуру с донорской области, подгоняя цвет и яркость под ретушируемого участка под цвет и яркость его окрестностей
• Его работа построена на алгоритме частотного разложения, а значение радиуса привязано к размер кисти

Click to view

6. Отдельные приемы ретуши

Как побрить человека.

• Вынести волоски (щетину) на ВЧ слой и заменить их фактурой чистой кожи
• Если щетина была темная, поправить цвет на НЧ слое
• Внимательно следите за фактурой, она сильно отличается на разных участках лица
• «Брить» мужчину тяжело, поскольку на лице не хватает нужной фактуры
• При необходимости нужную фактуру кожи можно взять с другой фотографии

Борьба с пробойными бликами. Ретушь НЧ.

• Изображение раскладывается на две полосы с установками обеспечивающими полный переход фактуры кожи на ВЧ слой
• На НЧ слое участки пробойных бликов закрашиваются цветом кожи
• При необходимости на них наносится свето-теневой рисунок передающий объем объекта
• Борьба с пробойными бликами. Ретушь ВЧ.
• Если блик пробойный и вообще не содержал фактуры, она переносится с целых участков кожи
• Если блик близок к пробойному и фактура кожи все-таки содержится, после ретуши НЧ она визуально усилится
• Чтобы смягчить этот эффект можно наложить на нее фактуру с более гладких участков на отдельном слое с пониженной непрозрачностью

Click to view

7. «Честное» разложение на 2 полосы частот

Ошибка High Pass.

• Максимальный диапазон разностей яркости от -256 (вычитаем белый из черного) до 256 (вычитаем черный из белого) составляет 512 тоновых уровней
• Максимально возможные отклонения от средней яркости от -128 (затемнение) до 127 (осветление)
• При наличии мелких деталей на массивном фоне отличающихся по яркости более чем на 128 уровней High Pass ошибается
• Обычно это случается на точечных бликах расположенных на темном объекте
• Чем больше радиус размытия, тем больше сама ошибка и вероятность ее появления.
• На практике, при малых радиусах разница является «гомеопатической» и рассматривать ее как реальную проблему можно только с академической точки зрения
• При больших радиусах ошибка составляет реальную проблему, поскольку «гасит» мелкие блики

Создание ВЧ составляющей вычитанием НЧ из оригинала.

• Альтернативой High Pass является наложение на исходное изображение размытой версии при помощи команды Apply Image в режиме Subtract с установками Scale:2 Offset:128
• В поле Offset (смещение) задается значение яркости вокруг которого будет откладываться результат вычитания
• В поле Scale устанавливается во сколько раз будет уменьшаться результат вычитания перед добавлением к значению Offset
• Диапазон установок Scale от 1 до 2, то есть контраст можно понизить максимум в 2 раза
• Применять корректирующий слой понижающий контраст в этом случае не нужно, поскольку он уже понижен установкой Scale:2

Особенности разложения 16-битных изображений.

• При вычислении ВЧ через команду Subtract у 16-битных изображений появляется ошибка величиной в 1 восьмибитный (128 шестнадцатибитных) уровень
• Верочятно, это связано с тем, что реально вычисления происходят в пятнадцатибитном виде
• Чтобы избежать этой ошибки при работе в 16-битном режиме вместо команды Subtract используют команду Add с активированным ключом Invert и установками Scale:2 Offset:0

Использование Surface Blur для получения НЧ составляющей.

• В случае применения для получения НЧ составляющей Gaussian Blur вдоль контрастных границ создаются сильные ореолы
• Ретушь в области ореолов может привести к "затягиванию" на объект цвета соседнего фона
• Проблема проявляется тем более сильно, чем больше радиус размытия, поскольку в этом случае ореолы становятся более массивными и плотными
• Чтобы избежать такой проблемы НЧ составляющую можно создавать при помощи фильтра Surface Blur
• Границы, имеющие перепад яркости больше уровня установленного регулятором Threshold, не размываются
• На практике удобнее всего подобрать значение Radius при установленном на максимум Threshold, а потом уменьшать значение Threshold до восстановления контрастных границ

Click to view

8. Автоматизация процесса

Запись универсального экшена для разложения на 2 полосы частот.

• Все операции выполняются со слоями, созданными самим экшеном
• Слой создается командой Layer > New Layer и сразу переименовывается
• Текущее изображение помещается на него при помощи команды Image > Apply Image с установкой Layer: Merged
• Переключения между слоями выполняются при помощи шоткатов «Alt»+«[» и «Alt»+«]»
• Для возможности переключения вместо отключения видимости слоя его непрозрачность уменьшается до нуля
• При необходимости перемещение слоев выполняются командами Layer > Arange
• В качестве подсказки перед применением Gaussian Blur в экшен вставляется команда Stop с комментариями по подбору радиуса
• При регулярном применении Stop можно деактивировать или удалить

Преимущества «честного» разложения при работе с экшенами.

• При записи экшена количество стандартных операций не является критичным
• При этом важно минимизировать количество операций, требующих участия пользователя
• Вычисление ВЧ составляющей через наложение НЧ на копию исходного слоя избавляет пользователя от задания радиуса для фильтра High Pass
• Дополнительным плюсом такого метода является возможность применить для размытия не Gaussian Blur, а какой-нибудь другой фильтр

Создание набора экшенов для разложения на 2 полосы.

• Сделать набор экшенов с жестко заданными значениями радиуса можно на основе универсального экшена
• Для этого нужно убрать команду Stop, отключить диалоговое окно в Gaussian Blur и настроить его радиус на требуемый
• Для удобства последующей работы с файлом к названиям слоев Low и High можно сразу добавить приписку со значением радиуса размытия

Экшен для пакетной обработки с настройкой по первому кадру.

• При обработке серии фотографий с одинаковой крупностью объектов было бы удобно один раз вручную подобрать нужный радиус разложения, а потом применять его ко всей серии
• Это можно сделать, если вместо прямого вызова конкретного фильтра вписать в экшен команду вызова последнего использовавшегося фильтра
• Теперь достаточно один раз вызвать нужный фильтр (в рамках стандартного экшена или отдельно), настроить его параметры и он будет применяться при всех следующих запусках экшена

Click to view

9. Разложение на 3 полосы частот

Зачем раскладывают картинку на три полосы.

• Чаще всего задача такого разложения - вынести все дефекты в среднюю полосу частот
• Таким образом можно бороться с объектами определенного типоразмера, например веснушками
• Кроме того, в средних частотах находится большинство «старящих» элементов: глубина морщин, жилистость, вены, провисания, мешки под глазами и т.п.
• Реже ретушируются все три полосы, в этом случае процесс аналогичен разделению на 2 полосы, но позволяет проще работать объектами разного типоразмера

Как это сделать.

• Для НЧ увеличиваем радиус Gaussian Blur пока не останется чистая форма
• Для ВЧ уменьшаем радиус High Pass пока не останется чистая фактура
• Создаем между нами слой средних частот применив к нему сначала High Pass с радиусом который использовался для создания НЧ, а потом Gaussian Blur с радиусом который использовался для создания ВЧ
• Универсальное правило: High Pass следующего слоя имеет такой же радиус, как Gaussian Blur предыдущего
• Теперь можно ретушировать средние частоты не обращая внимание не только на фактуру, но и на разницу цвета исходной и ретушируемой области
• При «честном» разложении средние частоты получаются вычитанием из исходного изображения низких и высоких

Автоматизация разложение на три полосы.

• Для создания ВЧ удобно использовать High Pass, поскольку он позволяет более наглядно подобрать радиус
• В процессе подбора уменьшаем радиус High Pass пока на ВЧ не останется чистая фактура
• Вместо High Pass можно использовать Gaussian Blur с визуализацией ВЧ составляющей
• Слой средних частот можно получить вычитая из исходного изображения верхние и нижние частоты

Click to view

10. Упрощенный метод ретуши средних частот (Inverted High Pass)

Почему можно упростить ретушь средних частот.

• Ретушируя средние частоты мы прежде всего убираем лежащие в них излишние локальные объемы
• Это можно сделать проще, не раскладывая изображение на три полосы, а выделить среднюю и вычесть ее из исходника
• Вычитание должно быть локальным: только на участках где присутствует лишний объем, пропорционально степени его подавления

Как это сделать.

• Подбирать радиус для High Pass удобнее через Gaussian Blur (через НЧ составляющую) и наоборот
• Делаем копию исходного слоя
• Вызываем Gaussian Blur, плавно увеличиваем радиус пока не исчезнут ненужные детали, запоминаем его значение и нажимаем Cansel
• Вызываем High Pass, плавно уменьшаем радиус пока не пропадут ненужные объемы, запоминаем его значение и вводим радиус подобранный на предыдущем шаге
• Применяем Gaussian Blur с радиусом подобранным на предыдущем шаге
• Инвертируем изображение
• В два раза понижаем контраст вокруг средней точки
• Переключаем режим наложения на Linear Light
• На слой вычитающий средние частоты из исходного изображения набрасываем черную маску
• Белой кистью по маске прорисовываем те участки, на которых нужно подавить крупные детали

Автоматизация процесса.

• Все рутинные операции записываются в экшен
• Полоса средних частот получается вычитанием из исходного изображения НЧ и ВЧ полос с подобранными пользователем радиусами
• За счет этого визуализация оказывается наиболее комфортной
• Подбор верхнего радиуса можно делать после наложения на исходное изображение инвертированной СЧ+ВЧ составляющей. В этом случае используется Gaussian Blur и на размытой картинке начинает проступать чистая фактура

Чем приходится расплачиваться за скорость.

• Результат ручной ретуши выглядите естественно прежде всего из-за сохранения мелких неоднородностей
• За скорость и простоту приходится расплачиваться механистически правильной формой объектов, что визуально удешевляет работу
• Соотношение радиусов обычно выбирают 1:3 или меньше, иначе результат будет выглядеть слишком неестественным
• Для более тонкой работы соотношение радиусов берут примерно 1:2 и производят несколько циклов разложения с разными значениями вилки
• При ретуши второстепенных участков можно брать соотношение 1:4 и даже больше

Для самостоятельного изучения:
Евгений Карташов. «Рецепты частотного разложения»

Click to view

11. Частотное разложение и другие инструменты Photoshop

Средние частоты и Clarity.

• Алгоритм работы Clarity строится на усилении (ослаблении) средних пространственных частот
• При этом работа идет только по яркостной составляющей изображения
• Повышение и ослабление Clarity не симметрично
• Инструмент использует интеллектуальное размытие с сохранением контрастных контуров напоминающее Surface Blur, но не совпадающее с ним
• При умеренных значениях можно рекомедовать использование Clarity в конвертере, при условии, что в дальнейшем изображение не будет подвергаться «сильной» обработке

Высокие частоты и повышение резкости.

• Искусственное повышение резкости есть ни что иное, как усиление самых верхних из содержащихся в изображении частот.
• При подготовке пейзажей основной проблемой является замыливание (исчезновение) сверх мелкой детализации (трава) вследствии нехватки разрешения.
• Аналогичная проблема встает при подготовке изображений с мелкими деталями для размещения в интернете
• Создать визуально ощущение наличия сверх мелких деталей можно добавив в изображение мелкий шум, согласованный с его элементами
• Для этого повышаем резкость классическим способом, но оставляем это повышение только на низко контрастных областях
• Проще всего это сделать используя Surface Blur в качестве фильтра, создающего нерезкую маску

Click to view

12. В завершение разговора

Для чего еще можно применять частотное разложение

• Частотное разложение - это универсальный метод применимый к любому жанру фотографии
• Убирать складки на ткани или других материалах
• С его помощью можно смягчать слишком жесткие тени
• Избавляться от разводов оставшихся после общей ретуши
• Решать любые задачи, требующие различной работы с общей формой и мелкими деталями

Почему после частотного разложения картинка выглядит плохо?

• Ретушь - это процесс не поддающийся автоматизации
• Частотное разложение не делает ретушь за вас, оно лишь упрощает решение некоторых проблем
• Увлекшись возможностью решить все «несколькими размашистыми мазками», при использовании частотного разложения ретушеры нередко позволяют себе работать халтурно
• Будьте честны перед собой, не сваливайте собственные ошибки и халтуру на «плохую методику»
• Чтобы избежать такой ловушки можно разделить процесс на два этапа
• При помощи частотного разложения быстро поправить форму и разобраться с сильными огрехами фактуры (пробойные блики, грубая фактура и т.п.)
• Последующую доработку производить при помощи привычных реализаций Dodge & Burn, чтобы обеспечить остаточную неоднородность и естественность изображения

Для самостоятельного изучения:
ModelMayhem.com - RAW! Beauty Robot.
Сергей Брежнев «Частотное разложение vs Dodge&Burn»

Click to view

Желающие посетить мои занятия по цветокоррекции и обработке изображений могут познакомиться с программами и списком ближайших мероприятий заглавном посте моего ЖЖ. Там же вы найдете ссылки на все статьи опубликованные в моем ЖЖ.

Без предварительного согласования с автором разрешается перепечатка и размещение этого материала на любых ресурсах с бесплатным доступом при условии полного сохранения текста (в том числе и этого раздела), ссылок и иллюстраций, указания авторства и ссылки на первую публикацию.

Для коммерческого использования или перепечатки с внесением изменений необходимо согласование с автором. Связаться со мной можно по электронной почте zhur74@livejournal.com

© Андрей Журавлев (aka zhur74), февраль 2014 г.

Click to view