OpenCV 和像 Adob​​e Photoshop 一样的 Unsharp Masking

Question

我正在尝试像在 Adob​​e Photoshop 中那样实现非锐化蒙版。我在互联网上收集了很多信息，但我不确定我是否遗漏了什么。代码如下：

void unsharpMask( cv::Mat* img, double amount, double radius, double threshold ) {

// create blurred img
cv::Mat img32F, imgBlur32F, imgHighContrast32F, imgDiff32F, unsharpMas32F, colDelta32F, compRes, compRes32F, prod;
double r = 1.5;
img->convertTo( img32F, CV_32F );
cv::GaussianBlur( img32F, imgBlur32F, cv::Size(0,0), radius );
cv::subtract( img32F, imgBlur32F, unsharpMas32F );
// increase contrast( original, amount percent ) 
imgHighContrast32F = img32F * amount / 100.0f;
cv::subtract( imgHighContrast32F, img32F, imgDiff32F );
unsharpMas32F /= 255.0f;
cv::multiply( unsharpMas32F, imgDiff32F, colDelta32F );
cv::compare( cv::abs( colDelta32F ), threshold, compRes, cv::CMP_GT );
compRes.convertTo( compRes32F, CV_32F );

cv::multiply( compRes32F, colDelta32F, prod );
cv::add( img32F, prod, img32F );

img32F.convertTo( *img, CV_8U );
}

目前我正在使用灰度图像进行测试。如果我在 Photoshop 中尝试完全相同的参数，我会得到更好的结果。我自己的代码会导致图像嘈杂。我做错了什么。

第二个问题是，如何在 RGB 图像上应用非锐化遮罩？我是否必须对 3 个通道中的每一个通道进行锐化遮罩，还是在另一个颜色空间中会更好？这些事情是如何在 Photoshop 中完成的？

感谢您的帮助！

Answer 1

我也在尝试复制 Photoshop 的 Unsharp Mask。 让我们暂时忽略阈值。

我将向您展示如何使用其高斯模糊来复制 Photoshop 的 Unsharp Mask。

假设 O 是原始图像层。

创建一个新层 GB，它是应用于 O 的高斯模糊。
创建一个 O - GB 的新图层（使用应用图像）。
通过反转 GB 创建一个新层 - invGB。
使用 Image Apply 创建一个 O + invGB 的新层。
创建一个新层，它是前一层的反转层，即 inv(O + invGB)。
创建一个新层，即 O + (O - GB) - inv(O + invGB)。

当您在 Photoshop 中执行此操作时，您将获得 Unsharp Mask 的完美再现。

如果您回忆一下 inv(L) = 1 - L 进行数学运算，您会得到 Unsharp Mask 是 USM(O) = 3O - 2B。

然而，当我直接在 MATLAB 中执行此操作时，我没有得到 Photoshop 的结果。

希望有人知道确切的数学。

更新

好的，
我想通了。
在 Photoshop 中 USM(O) = O + (2 * (数量 / 100) * (O - GB))
其中 GB 是 O 的高斯模糊版本。

然而，为了复制 Photoshop 的结果，您必须执行上述步骤，并将每个步骤的结果剪辑到 [0, 1] 中，就像在 Photoshop 中所做的那样。

Answer 2

根据文档：

C++: void GaussianBlur(InputArray src, OutputArray dst, Size ksize, 双 sigmaX, 双 sigmaY=0, int borderType=BORDER_DEFAULT)

第四个参数不是“半径”而是“sigma”——高斯核标准差。半径相当“ksize”。无论如何 Photoshop 不是开源的，因此我们不能确定它们使用与 OpenCV 相同的方式从 sigma 计算半径。

频道

是的，您应该对任何或所有通道应用锐利，这取决于您的目的。当然，您可以使用任何空间：如果您只想要锐利的亮度分量并且不想增加色彩噪点，您可以将其转换为 HSL 或实验室空间和仅锐利的 L 通道（Photoshop 也有所有这些选项）。

Answer 3

作为对@Royi 的回应，2x 乘数是由于假设在此公式中没有钳位：

USM(Original) = Original + Amount / 100 * ((Original - GB) - (1 - (Original + (1 - GB))))

不正确地忽略钳位会减少到：

USM(Original) = Original + 2 * Amount / 100 * (Original - GB) 

但是，正如您还指出的那样，(Original - GB) 和 (Original + inv(GB)) 被限制为 [0, 1]：

USM(Original) = Original + Amount / 100 *
   (Max(0, Min(1, Original - GB)) - (1 - (Max(0, Min(1, Original + (1 - GB))))))

这正确地简化为：

USM(Original) = Original + Amount / 100 * (Original - GB)

以下是说明原因的示例：

https://legacy.imagemagick.org/discourse-server/viewtopic.php?p=133597#p133597

Answer 4

这是我所做的代码。 我正在使用此代码来实现 Unsharp Mask，它对我来说效果很好。 希望对你有用。

void USM(cv::Mat &O, int d, int amp, int threshold)
{
    cv::Mat GB;
    cv::Mat O_GB;
    cv::subtract(O, GB, O_GB);

    cv::Mat invGB = cv::Scalar(255) - GB;

    cv::add(O, invGB, invGB);

    invGB = cv::Scalar(255) - invGB;

    for (int i = 0; i < O.rows; i++)
    {
        for (int j = 0; j < O.cols; j++)
        {
            unsigned char o_rgb = O.at<unsigned char>(i, j);
            unsigned char d_rgb = O_GB.at<unsigned char>(i, j);
            unsigned char inv_rgb = invGB.at<unsigned char>(i, j);

            int newVal = o_rgb;
            if (d_rgb >= threshold)
            {
                newVal = o_rgb + (d_rgb - inv_rgb) * amp;
                if (newVal < 0)      newVal = 0;
                if (newVal > 255)    newVal = 255;
            }

            O.at<unsigned char>(i, j) = unsigned char(newVal);
        }
    }

}