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Notas sobre o filtro de sharp

a propósito da fotografia "Cortinas ao vento" de Rui Pires Leitão

O filtro de sharp (aguçar) salienta as transições enquanto o filtro de soften (suavizar) tem o efeito contrário, atenua as transições.

O filtro de sharp tem diversas variantes, sendo a mais interessante a versão de unsharp.

Filtro passa-baixo

Os digitalizadores de imagem ao amostrarem pontos muito próximos, fazem uma medição ponderada da amostra pretendida e dos seus vizinhos. Têm por isso um efeito de soften ou, em linguagem de engenharia, têm um efeito passa-baixo.

O filtro passa baixo define o valor de um pixel* da imagem filtrada a partir do pixel correspondente na imagem original e dos seus vizinhos imediatos. Utiliza-se uma tabela de pesos que multiplica o valor dos pixels adjacentes por um factor que varia com a distância ao pixel central, de forma a calcular a média ponderada. Por exemplo,

0.05 0.1 0.05
0.1 0.4 0.1
0.05 0.1 0.05

...onde o total dos pesos soma 1 para garantir a conservação da média dos valores.

* numa imagem a preto e branco o valor do pixel é definido pelo seu brilho, enquanto numa imagem a cores define-se pelo brilho e dois canais de cor ou por três canais de cor.

Filtro passa-alto

Para desfazer este efeito é conveniente utilizar um filtro passa-alto que restaure a nitidez da imagem, isto é restaure a distância de brilho (ou cromática) entre pixels vizinhos.

Se o passa-baixo se obtém por soma, o passa-alto obtém-se por diferença ou variação. Na implementação de um passa-alto em duas dimensões há algumas dificuldades relativas à direcção: uma imagem de riscas verticais varia muito na horizontal mas é invariante na direcção vertical. A implementação particular dos filtros passa-alto é por isso mais variada.

E qual o resultado de um passa-alto? Quando é detectada uma transição súbita e forte de brilho (ou côr) é reforçado o brilho do pixel com o brilho mais alto. É também comum reduzir o brilho dos pixels com brilho mais baixo, aumentando a nitidez das transições e o contraste local da imagem.

Ao aumentar o contraste local, destacam-se as zonas de transição, reforçando as arestas ou linhas da imagem. Daí se diz que o filtro aguça (sharpens) as imagens.

A imagem Original mostra o resultado directo da digitalização. Na imagem Sharp x 1 mostra-se o resultado de uma aplicação do filtro de sharp. As diferenças são evidentes: os ramos finos dos topos das árvores que pareciam uma rama difusa aparecem como ramos filiformes e a graduação do céu por entre os ramos é muito atenuada, reforçando-se as cores extremas: branco e laranja.

  Repetindo o processo, constata-se a acentuação progressiva destes efeitos (Sharp x 2, Sharp x 3 e Sharp x 4). Enquanto nas zonas escuras a imagem permanece escura, nas zonas dos ramos há uma rede de pontos claros que se dilata e cujo brilho se acentua.

  Se no caso de Sharp x 1 se trata claramente de uma imagem fotográfica, no de Sharp x 4 o resultado parece próximo de uma gravura ou de uma xilografia. Não está em questão o valor estético da imagem, mas sim a natureza fotográfica da mesma. Já não é uma fotografia mas uma peça de arte digital baseada em fotografia.

Se a resolução de brilho e côr fosse infinita seria sempre possível utilizar os filtros inversos e assim filtrar e contra-filtrar até chegar às imagens ideais. Contudo como a resolução é finita, chega-se ao ponto onde os pixels vizinhos saturam em preto ou branco e a partir daí não há regresso possível, nem com passa-baixo nem com passa-alto pois já não há diferenças entre pixels vizinhos.

Sobre o formato JPeG

O formato JPeG foi definido com base na capacidade humana de visão e nas características das imagens do universo humano. Como o olho humano tem uma forte característica passa-baixo e as imagens fotográficas ou televisivas têm grandes zonas regulares, a codificação JPeG beneficia as grandes zonas de padrão regular em detrimento das transições bruscas.

Note-se por isso que o ficheiro da imagem Original tem 87Kb e que o tamanho vai aumentando à medida que a aplicação do sharpening aumenta as variações locais da imagem: 117Kb (Sharp x 1), 161Kb, 212Kb e 258Kb (Sharp x 4).
 

Pôr do Sol em Angeja
Aveiro, Portugal

Nota: clique nas imagens para ver uma fotografia maior.
 

As imagens abaixo mostram uma secção do Rio Vouga, no centro de Portugal.


Original: versão ampliada: 800x519 pixels. 87Kb

Sharp x 1: versão ampliada: 800x519 pixels. 117Kb

Sharp x 2: versão ampliada: 800x519 pixels. 161Kb

Sharp x 3: versão ampliada: 800x519 pixels. 212Kb

Sharp x 4: versão ampliada: 800x519 pixels. 258Kb

Notas

  1. A cada imagem apresentada (400x259 pixels) corresponde uma outra com o quádruplo do tamanho (800x519 pixels, a versão ampliada). A versão ampliada foi obtida por redução de uma imagem originalmente ainda maior (1668x1074 pixels).
  2. Na digitalização foram aplicados os ganhos padrão de brilho e contraste e o factor gama igual a 1.0. Todas as filtragens foram aplicadas na imagem de tamanho médio (800x519 pixels).
  3. Neste exemplo, os parâmetros de sharpening foram acentuados para obter mudanças evidentes em poucas etapas.
  4. Todas as imagens foram gravadas com o mesmo grau de compressão em JPeG: factor 10, numa escala de 2 (compressão mínima) a 100 (compressão máxima).

Cortinas ao vento"

de Rui Pires Leitão

Esta fotografia foi publicada no foto@pt com o número ID 21058. Representa uma fachada de uma casa nos Olivais Velhos, Lisboa, Portugal. Mais tarde foi retirada e encontra-se aqui publicada com permissão do autor.

Nesta fotografia nota-se o sublinhado das transições no umbral esquerdo da porta e sobretudo na base dos degraus, nas transições luz-sombra, onde julgo que esse efeito não existia na realidade.

Por isso, acho que foi aplicado a esta fotografia um filtro de sharpening demasiado forte, mas conserva ainda a aparência fotográfica.

Cortinas ao vento
©2002 João Gomes Mota
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Escrito em Outubro de 2000. Última alteração em Fevereiro 2001 inicio da página