Optimales Schärfen

Motivation: Warum überhaupt Schärfen?


Dafür gibt es in der Digitalfotografie gleich eine Vielzahl von Gründen. Einige davon sind: Das bedeutet aber für den Digitalfotografen eindeutig:

Egal was er fotografiert, (nachträgliches) Schärfen gehört zum täglichen Brot.

Nun könnte man aber auch argumentieren, dass die Kamera diese Schärfung übernehmen könnte, es reicht ja bei fast allen Modellen eine einfache Menüeinstellung. Schon richtig ... aber warum nehmen die erfahreneren Fotografen dann oft die Schärfung zurück, oder stellen sie komplett ab? Der Grund ist einfach: die Kontrolle behalten.
Die Kamera schärft mehr oder weniger 'unwissend' und relativ unabhängig vom Motiv -- sie nimmt z.B. auf besonders kritische Bereiche im Bild keine Rücksicht, sondern wendet die Schärfung oft gleichmäßig über das gesamte Bild an.
Das wesentliche Problem ist dabei nur: Sobald zuviel Schärfe im Bild ist, gibt es keine Möglichkeit mehr dies rückgängig zu machen. Daher ist Kontrolle beim Schärfen wichtig.

Wenn man richtiges Schärfen in einem einzigen Satz charakterisieren müsste, so würde es wohl so lauten: "Richtig geschärft wurde ein Bild dann, wenn an den richtigen Stellen soviel wie nötig aber so wenig wie möglich Schärfe zu sehen ist, so dass das Bild für den Betrachter harmonisch wirkt."

Dieser Artikel versucht die wesentlichen Punkte auf die es beim optimalen Schärfen ankommt, aufzuzeigen und näherzubringen.
Damit aber genug der Vorrede, beginnen wir zuerst damit zu klären, was man eigentlich meint, wenn man von 'Schärfe' spricht...

Was ist Schärfe?


Jeder von uns kann den Unterschied zwischen einem unscharfen und einem scharfen Bild auf Anhieb erkennen -- die Frage die sich stellt ist: woran merkt das menschliche Gehirn den Unterschied?
Am anschaulichsten und schnellsten ist das an einem Beispiel erklärt:


Abbildung 1: Kantenkontrast beim geschärften Bild rechts

Man sieht zweimal dasselbe (relativ einfach gehaltene) Motiv, ein helles Quadrat in einem dunklen Kreis, der sich wiederum von einem hellen Hintergrund abhebt. Der rechte Teil des Bildes wurde geschärft.
Betrachtet man die Detailausschnitte, so kann man den Unterschied deutlich sehen: Es sind entlang jeder Kante zwei zusätzliche Linien hinzugekommen, eine dunkle und eine helle dicht beieinander. Diese Linien sind nichts anderes als ein abrupterer Übergang zwischen den Flächen -- ein höherer Kantenkontrast.

Und das ist auch schon alles, was unser Auge als Schärfe wahrnimmt und wonach es die Stärke der Schärfung beurteilen kann: Je deutlicher der Unterschied an einer Kante ist, desto schärfer wirkt sie.

Unscharf maskieren


In der Bildbearbeitung ist der Unscharf-maskieren-Filter (USM) der Defacto-Standard. In fast jedem Bildbearbeitungsprogramm ist er zu finden, wenn nicht, wäre es sinnvoll sich nach einem anderen Programm umzusehen -- man kann beim Schärfen nicht auf ihn verzichten. Zumindest nicht, wenn man die Kontrolle über die Schärfung behalten will.

Die Bezeichnung 'Unscharf maskieren' mag dabei etwas irreführend sein, stammt aber noch aus der Analogfotografie, denn auch in der Dunkelkammer konnte man schärfen. Dazu wurde ein unscharfes Dia-Negativ über das zu schärfende Dia-Positiv gelegt, dazwischen kam eine Milchglasscheibe. Dann wurde belichtet bzw. vergrößert, und das Ergebnis was ein schärferes Bild.
Die Grundidee, die damals und auch heute hinter dieser Methode steckt, kommt aus der Mathematik: Von einem mäßig scharfen Bild 'subtrahiert' man die unscharfen Teile -- das was übrigbleibt ist schärfer als das Ausgangsbild. Sehr vereinfacht ausgedrückt, versteht sich. Ganz so einfach wie es klingt ist es aber nicht, darum sehen wir uns zuerst den USM-Filter genauer an (hier den von Adobe Photoshop, ist aber in anderen Programmen sehr ähnlich aufgebaut):


Abbildung 2: Der Unscharf-maskieren-Filter

Er hat drei Parameter, an denen man drehen kann: Relativ anschaulich kann man diese drei Parameter darstellen, wenn man sich den Helligkeitsverlauf quer über eine Kante ansieht.
Dazu ein Gedankenexperiment: Das ungeschärfte Beispiel von vorher wieder herangezogen -- diesmal aber das weiße Quadrat weggelassen --, stellen wir uns die Helligkeit im Motiv als Höheninformation vor.
Das bedeutet: dunkle Stellen sind tief, helle Stellen hoch. Aus unserem dunklen Kreis auf hellem Grund wird somit eine 'Grube':


Abbildung 3: dreidimensionale Helligkeitsdarstellung

Dann schneiden wir entlang der schwarzen Linie dieses dreidimensionale Gebilde diagonal ein und sehen von schräg vorne (Ansicht A-A) darauf. Im roten Kreis sieht man den Helligkeitsverlauf über die ungeschärfte Kante. An der Kante springt die Helligkeit sprunghaft von Dunkel auf Hell:


Abbildung 4: Helligkeitsverlauf einer ungeschärften Kante

Jetzt beobachten wir, was sich beim geschärften Bild verändert: Die beiden zusätzlichen Linien kommen mit rein -- da sie dunkler bzw. heller als die Flächen sind, liegen sie nun auch tiefer bzw. höher. Das macht sich im Helligkeitsverlauf durch ein Unter- und Überschwingen bemerkbar:


Abbildung 5: Helligkeitsverlauf einer geschärften Kante

In diesen Verlauf kann man die Parameter des Unscharf-maskieren-Filters einzeichnen:


Abbildung 6: Parameter des USM-Filters

Die Stärke gibt das Ausmaß der Kontrastverstärkung an, je mehr man hier einstellt, desto mehr Helligkeitsunterschied sieht man zwischen den beiden Linien, d.h. desto dunkler und heller werden sie.
Mit dem Radius legt man die Ausdehnung (Breite) der Linien fest. Und der Schwellwert legt fest, wie groß der Helligkeitsunterschied an einer Kante sein muss, um diese Kante zu schärfen. Er bestimmt also im wesentlichen wo  geschärft wird.

Warum das? Warum ist er wichtig -- und warum ist es nicht egal, wo man schärft?

Die Probleme beim Schärfen


Nachdem nun die häufigsten Probleme beim Schärfen gezeigt wurden -- und bevor darangegangen wird, die aufwändigeren, aber mehr Kontrolle erlaubenden Methoden der Schärfung zu zeigen -- noch zwei kurze Anmerkungen: Nun genug vom reinen USM und von den Problemstellen des Schärfens, wenden wir uns einer Verbesserung der Schärfungsmethodik zu...

Methoden der selektiven Schärfung (aka "Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser")


Am gebräuchlichsten sind zwei Methoden, die deutlich mehr Kontrolle über die Schärfe erlauben, als das der reine USM-Filter je könnte: Beide setzen sich aus mehreren Bearbeitungsschritten zusammen, daher ist es stark anzuraten eine vorhandene Makrofähigkeit des Bildbearbeitungsprogramms auch zu nutzen. Dann laufen die nötigen Schritte automatisch (oder halbautomatisch) ab und man muss nur bei den wichtigen Schritten manuell eingreifen.
Vor allem SmartSharpening ist, komplett 'per Hand' durchgeführt, doch viel Arbeit...

Darken/Lighten-Sharpen


Das Darken/Lighten-Sharpen ist noch relativ schnell und einfach durchzuführen. Es gibt einem die Möglichkeit, die hellen und dunklen Bereiche des Kantenkontrastes getrennt von einander zu verstellen.
Man beginnt mit einer Kopie der Ebene, die geschärft werden soll. Dazu zieht man am einfachsten in der Ebenentoolbox die Ebene auf das zweite Symbol unten rechts (direkt neben dem des Papierkorbs):


Abbildung 11: Die zu schärfende Ebene wird kopiert

Dann wird der USM-Filter aufgerufen (Filter/Scharfzeichnungsfilter/Unscharf maskieren ), und die Ebene geschärft.


Abbildung 12: Unscharf maskieren

Der Ebenenmodus wird jetzt aber von 'Normal' auf 'Aufhellen' umgestellt, dadurch kommen nur jene Bereiche durch, die in der geschärften Ebene heller sind:


Abbildung 13: Ebenenmodus auf 'Aufhellen'

Dasselbe passiert nun mit den dunklen Bereichen; man kopiert sich die gerade erstellte Ebene wieder und stellt den Modus auf 'Abdunkeln':


Abbildung 14: Kopie der Ebene, Ebenenmodus auf 'Abdunkeln'

Über die Deckkraft beider Ebenen kann damit die Kantenaufhellung bzw. die -abdunkelung gezielt eingestellt werden.


Abbildung 15: Deckkraft anpassen

Fertig...

Diese Methode ist eine Verbesserung zum USM, aber noch nicht optimal. Damit kann es immer noch vorkommen, dass Rauschen im Bild verstärkt wird, wenn der Schwellwert nicht richtig eingestellt wurde. Daher:

SmartSharpening


Die wesentliche Idee dahinter ist eine Auswahlmaske zu erstellen, die nur die Kanten des Motivs beinhaltet und alle detailarmen Flächen ausschließt. Diese Auswahl kann leichter kontrolliert und angepasst werden, als die Einstellung des Schwellwerts. SmartSharpening kombiniert diese Auswahlmaske auch gleich mit einer Schärfung ausschließlich am Helligkeitskanal des Bildes. Begonnen wird mit der Änderung von RGB auf den Lab-Modus (Bild/Modus/Lab-Farbe ):


Abbildung 16: Modusänderung

Im zweiten Schritt wird wiederum zuerst eine Kopie der zu schärfenden Ebene erstellt. Die Vorgehensweise ist gleich wie vorher, einfach die Ebene in der Ebenentoolbox mit der Maus anfassen und unten auf das zweite Symbol von rechts ziehen und loslassen:


Abbildung 17: Ebene kopieren

Ratsam ist es auch gleich der neuen Ebene einen bezeichnenden Namen zu geben, z.B. 'SmartSharpening'. Dann sollte man sicherstellen, dass diese Ebene für die nachfolgenden Schritte ausgewählt und somit die aktuelle Ebene ist. Nun folgt die Erstellung der Auswahlmaske: In der Ebenentoolbox wird der Reiter 'Kanäle' angewählt, und darin der 'Lightness'-Kanal. Das Bild wird nun in Graustufen angezeigt:


Abbildung 18: Helligkeits-Kanal

Der nächste Schritt ist die Erstellung einer Kopie des 'Lightness'-Kanals (Rechte Maustaste auf den Eintrag/Duplizieren...). Im erscheinenden Dialog wieder einen sprechenden Namen vergeben ('Auswahlmaske') und auf 'Ok' klicken. Nun ruft man einen Filter auf, der die Kanten im Bild findet (Filter/Stilisierungsfilter/Konturen finden ). Mit dem Ergebnis, das die Kantenbereiche dunkel werden und die Flächen hell:


Abbildung 19: Nach dem 'Konturen finden'-Filter

Der Trick ist: Alle weißen Flächen werden von einer Schärfung nicht beeinflusst, graue Bereiche nur teilweise und in den schwarzen Bereichen wirkt die Schärfung voll.

Nachdem das Ergebnis des 'Konturen finden'-Filters aber noch nicht optimal ist (viele graue Stellen, wenig wirklich schwarz bzw. weiß), schließt man mit einer ersten Tonwertkorrektur (Bild/Einstellen/Tonwertkorrektur ) an.
Ziel ist es, die Kanten sehr dunkel (bzw. schwarz) zu bekommen und die Flächen total weiß. Dazu zieht man die äußeren beiden Dreiecke an den Anfang der Histogrammfläche. Während die Kantenbereiche dadurch schon ein sattes Schwarz bekommen, kann es sein, dass die Flächen noch nicht weiß sind, sondern mehr ein schmutziges Grau. Das verschwindet, wenn man den hellen (rechten) Anfasser noch weiter nach links zieht.
Auf das Dreieck in der Mitte nicht ganz vergessen, damit kann auch noch die Hell-Dunkel-Verteilung beeinflusst werden:


Abbildung 20: Erste Tonwertkorrektur

Bis jetzt ist der Übergang zwischen Schwarz und Weiß aber noch zu abrupt und würde beim Schärfen Probleme verursachen. Daher ist der nächste Schritt eine Weichzeichnung (Filter/Weichzeichnungsfilter/Gauß'scher Weichzeichner ). Je nach Verwendungszweck des Bildes empfiehlt sich ein Radius von 1-3 px für die Bildanzeige am Monitor -- etwas höher wenn das Bild ausbelichtet werden soll.
Der Weichzeichnungsschritt reduziert die Halos und verhindert Schärfeartefakte:


Abbildung 21: Auswahlmaske weichzeichnen

Gleich anschließend kommt die zweite Tonwertkorrektur dran, um eventuelle Helligkeitsänderungen durch die Weichzeichnung auszugleichen:


Abbildung 22: Zweite Tonwertkorrektur

Wieder werden die beiden äußeren Dreiecke an den Anfang der Histogrammfläche geschoben. Normalerweise ist diese zweite Korrektur nicht unbedingt nötig, sie dient nur der Feinabstimmung und könnte grundsätzlich auch ohne Änderung bestätigt werden.

Damit steht die Auswahlmaske für die Schärfung, die nun auch gleich durchgeführt wird:
In der Kanaltoolbox wird dafür der 'Lightness'-Kanal ausgewählt und die erstellte Auswahlmaske kann unter dem Menüpunkt Auswahl/Auswahl laden  angewendet werden: Im erscheinenden Dialog wählt man in der Box 'Kanal' den Eintrag 'Auswahlmaske', hakt darunter 'Invertieren' an und lässt unten die Wahl auf 'Neue Auswahl'. Nach einem Klick auf 'Ok' sieht man im Bild nun die Auswahl:


Abbildung 23: Auswahl

Damit sie beim Schärfen nicht stört, wird die Anzeige jedoch gleich wieder deaktiviert (unter Anzeige/Extras  darf kein Häkchen davor stehen).
Nun kommt der USM-Filter zum Zug (Filter/Scharfzeichnungsfilter/Unscharf maskieren ):


Abbildung 24: Schärfen

Die Einstellungen unterscheiden sich im wesentlichen nicht von einem 'normalen' USM, lediglich der Schwellwert hat jetzt untergeordnete Bedeutung da die Auswahl diese Funktion übernimmt. Er kann (und sollte) daher auf 0 oder 1 stehen bleiben.
Nach dem Klick auf 'Ok' kann man sich das Ergebnis der Bemühungen sofort ansehen, wenn man in der Kanaltoolbox den obersten Eintrag ('Lab') auswählt. Sollte man feststellen dass man zuviel geschärft hat, kann nachträglich noch die Deckkraft der 'SmartSharpening'-Ebene zurückgenommen werden:


Abbildung 25: Abschließendes 'Finetuning'

Nun bleibt nur noch den Modus wieder auf RGB zurückzustellen, dazu einfach unter Bild/Modus/RGB  anwählen und im erscheinenden Abfragefenster 'Nicht reduzieren' wählen.

Wer jetzt bis hierhin durchgehalten hat (Gratulation!), wird sich vielleicht erinnern dass etwas weiter vorne die Bemerkung fiel, der Wechsel RGB -> Lab -> RGB hätte im 8-bit Modus (und das ist der überwiegend verwendete bei den meisten) nicht nur Vorteile. Der Nachteil an dieser Konvertierung ist, dass sie nicht verlustfrei stattfindet. Wer nun skeptisch ist, kann einen kurzen Test machen:
  1. Ein neues 8-bit-Bild mit einem Graustufenverlauf füllen
  2. Histogramm ansehen
  3. RGB -> Lab
  4. Lab -> RGB
  5. Nochmals Histogramm ansehen


Abbildung 26: Verluste bei einer 8bit-Modusänderung

Die Stimmen die an dieser Stelle eventuell laut werden -- warum um Himmels willen dann trotzdem eine Schärfung am L-Kanal empfohlen wird -- kann man aber beruhigen: Diese Verluste sind bei üblichen Motiven nicht zu erkennen. Nur bei sehr gleichmässigen Verläufen im Bild wird man sie minimal bemerken.

Wer hier absolut sicher gehen will, müsste zuerst das 8bit-Bild in 16bit ändern, dann die Konvertierung von RGB nach Lab vornehmen. Dann kann geschärft werden, und zum Schluss wird wieder auf RGB zurückgeändert und runter in 8Bit gewandelt. PhotoShop-Benutzer bis inklusive Version 8 sollten ausserdem vor dem Schritt Lab -> RGB mehrere Ebenen auf die Hintergrundebene reduzieren. Ab Version 9 (aka CS2) kann man sich dies sparen.

Doch zurück zu dem geschärften Bild (und dem hauptsächlich verwendeten 8bit-Modus): Die Entscheidung von vorher, auf einer Kopie der Ebene zu schärfen bringt nun zwei entscheidende Vorteile mit sich:
Zum einen kann zwischen Vorher-Nachher mit einem einzigen Mausklick umgeschalten und verglichen werden; und zum anderen hat man die einfache Möglichkeit die Schärfung wieder rückgängig zu machen, indem man nur eine Ebene löscht.


Abbildung 27: Ergebnis der SmartSharpening-Methode

Jene, die an dieser Stelle jetzt immer noch der Meinung sind, sie möchten noch mehr Kontrolle, sollten auf die SmartSharpening-Ebene die Darken/Lighten-Methode anwenden...
... und am Besten bei der nächsten Sitzung mit ihrem Psychiater drüber reden. ;-)

Für diejenigen, die beim Nachmachen des SmartSharpenings befürchten bald einen zu brauchen, gibt's hier die drei Aktionen für Photoshop zum Runterladen (Darken/Lighten-Sharpen, SmartSharpening mit Lab, SmartSharpening ohne Lab).
Und die Warnung gibt's auch gleich dazu: Ein reines Ausprobieren -- ohne dass man weiß, was die Aktion grundsätzlich macht -- wird garantiert nicht zum gewünschten Ergebnis führen...

Copyright © 2005 Jochen Oberreiter, foto.oberreiternet.at