Digitálny zoom a jeho kvalita

Perfekcionisti tvrdia, že kvalita resamplovania priamo v aparáte ani zďaleka nie je tak vysoká, akú umožňujú špeciálne programy. To je pravda…

Je tu však jeden vážny problém, ktorý je nutné vysloviť jedným dychom s predošlým tvrdením – …ale aparát resampluje obrázok ešte predtým, ako ho uloží do formátu JPG.

Táto zdanlivá drobnosť je veľmi dôležitá. Ak totiž JPG kompresor zničí niektoré podrobnosti, žiaden súčasný softvér ich už z obrázka nedokáže vykúzliť nazad.

Ak však tieto podrobnosti aparát najskôr zväčší – hoc aj menej kvalitne – predtým, než by ich poničil JPG kompresiou, prenesú sa. Možno o niečo menej kvalitne, ako by to bolo možné teoreticky, ale prenesú sa.

Kto má teda pravdu?

To záleží na tom, ako fotografujete.

Fotoaparát pri digitálnom zväčšovaní neinterpoluje tak kvalitne, ako to dokážu špeciálne programy.

Ak máte obrázok nedeštruovaný JPG kompresorom, sami si ho zväčšíte rovnako kvalitne, alebo kvalitnejšie takmer ktorýmkoľvek fotoeditorom. To však vyžaduje fotiť buď vo formáte TIFF, alebo RAW.

V praxi sa však všetko odohráva inak. Pri fotení treba šetriť na pamäťovej karte miestom. Aj dĺžka ukladania TIFF obrázkov je neznesiteľná. Pol minúty s fotoaparátom po odfotení TIFF obrázku nič nespravíte. Preto väčšinou fotíme do JPG formátu a to navyše ešte aj nie v tej najdokonalejšej kvalite kompresie. V takej situácii však vo fotoaparáte interpolovaný obrázok bude vyzerať kvalitnejšie a ostrejšie. Dokonca často lepšie, ako „originálny“ záber.

Dobré je veľmi zlé

Aby nevznikli nejasnosti: Pri posudzovaní kvality digitálneho zoomu hovoríme o malých, veľmi malých oblastiach fotografií, na ktorých už nie je takmer nič, čo by sa podobalo na ostrý obraz. Týmto testom sa dostávame za hranice zmysluplného zväčšovania digitálnych fotografií.

Sú však situácie, kedy veľmi chcete odfotiť niečo priestorovo vzdialené a nie je možnosť to nijak priblížiť. Chcete pritom na fotke vidieť čo najviac podrobností, za každú cenu.

Vtedy sa oplatí zapnúť digitálny zoom. O druhoch digitálnych zoomov sa dočítate v inom článku, tento test sa týka zoomov, ktoré obraz interpolujú, teda ho zväčšia vo fotoaparáte.

Test

Zobral som tri bežné, staršie fotky z recenzií fotoaparátov, ktoré som už v minulosti robil. Z týchto obrázkov som spravil maličké výrezy a to nasledovne:

1. Z digitálne zoomovaného obrázku som spravil výrez, ktorý bude na tejto internetovej stránke zobrazený v rozmere 1:1, čiže bez zväčšenia, zmenšenia, alebo inej úpravy.
2. Z obrázku digitálne nezoomovaného som spravil výrez, ktorý proporciami presne zodpovedal tomu predošlému. Následne som tento digitálne nezoomovaný obrázok v editore fotiek zväčšil tak, aby nadobudol rovnaký rozmer, ako obrázok resamplovaný aparátom. Zväčšoval som bikubickou interpoláciou. Na naše účely postačí.

Pohľad na prvý testovací obrázok. Šípky naznačujú, aký výrez som testoval. Obrázok je z fotoaparátu Olympus C4000, kvalita JPG kompresie stredná – HQ. Tak sa fotí bežne.

Digitálny zoom.

Optický zoom + zväčšenie na rozmer digitálneho.

Popis: Artefakty strednej úrovne kompresie sa na obrázku bez digitálneho zoomu podpísali veľmi masívne. Digitálne nezoomovaný obrázok dáva síce tušiť, že podrobnosti boli ostrejšie, zničil ich však kompresor JPG. Horný, vo fotoaparáte zväčšený obrázok síce má najjemnejšie podrobnosti veľmi málo, ale zneostrené, zato však na objektoch prakticky niet ani stopy po deštrukcii JPG kompresorom.

Teraz za pozrime na Olympus C740.

Myslím, že nemusím ani písať, ktorý obrázok je snímaný interpoláciou vo fotoaparáte a ktorý je zväčšený až po jeho uložení do JPG. Áno, digitálne zoomovaný je ľavý obrázok. Aj keď základ pravého je viditeľne ostrejší, JPG kompresor nedovolil detailom, aby sa nám ukázali v plnej kráse a poničil ich. Napríklad tak vznikli fľaky v žltej farbe značky hlavná ulica.

„Mierne „pokrčený“ obraz je spôsobený horúcim vzduchom. 10 násobný zoom vidí do veľkej diaľky, fotené v horúcom dni.

A čo keď je interpolovaný celý obraz?

Má to istý zmysel.

Nie je to len reklamný ťah. Výsledky sú podobné, ako pri teste digitálneho zoomu. Zväčšením trojmegapixelového obrázku (pred jeho kompresiou do JPG) na rozmer zodpovedajúci 7 a pol megovému rozlíšeniu nepridá na portréte ani o jeden vlas viac. Umožní však preniesť celkom ostro aj také detaily, ktoré by JPG kompresor spoľahlivo zničil.

V praxi je takto interpolovaný obraz v kvalite, ktorá je porovnateľná s fotografovaním do TIFF formátu. Šetrí však čas a miesto.

Pozrime sa na test aparátu Olympus C730.

Ak odfotíme bežný záber – zámerne tmavšie, aby neboli v hre problémy s preexpozíciou – pozrime sa, ako vyzerá originál a digitálne resamplovaný obrázok. Pre názornosť je označený výrez textu, ktorý zväčšujem. Použijem tentokrát najlepšiu možnú kvalitu kompresie JPG, čiže najmenej stratovú.

Originál, kvalitne zväčšený na 400 pixelov vo fotoeditore.

Digitálne, vo fotoaparáte zväčšený obrázok jedna ku jednej. Je o chlp neostrejší,. ale zároveň kontrastnejší a čitateľnejší.

Takto vyzerá maximálny optický zoom. Vyrežeme z neho označenú poštovú schránku a zväčšíme na šírku 400 pixelov.

Takto vyzerá záber, ak sa použije navyše digitálny zoom. (Digitálny zoom je interpolovaný vo fotoaparáte.) Vyrežeme z neho označenú poštovú schránku a zmenšíme na šírku 400 pixelov.

Optický zoom, kvalitne zväčšený vo fotoeditore na 400 pixelov.

Digitálny zoom, nekvalitne zväčšený vo fotoaparáte a potom navyše aj kvalitne zmenšený na 400 pixelovú šírku.

Rozdiel nie je masívny, ale je viditeľný. Masívny nie je preto, že tentoraz som zapol najvyššiu kvalitu kompresie (SHQ).

JPEG – horšie zväčšenie je lepšie

Vznikne celková mierna neostrosť. Dobre to vidno na čiernom nápise ahoj. Aby simulácia digitálneho zoomu bola realistická, zväčšenie som spravil len bilineárne, čo je menej kvalitná metóda interpolácie.

Následne som tento nie veľmi kvalitne zväčšený obrázok komprimoval do JPG kompresie rovnakou intenzitou kompresie, ako ten predošlý.

Tu je výsledok. Aj keď jpg kompresor má veľmi deštruktívne účinky, po zväčšení detailov sa relatívne zmenšila sieť štvorcov, ktoré spracováva JPG. Navyše JPG kompresor si dokáže oveľa efektívnejšie poradiť s plynulými prechodmi a neostrými oblasťami, než s perfektnou ostrosťou.

Toto je 2 krát zväčšený obrázok nášho simulovaného digitálneho zoomu. JPEG artefakty sú síce intenzívne, ale oveľa menšie a menej rušivé. (Zväčšené metódou najbližší sused.)

Toto je na porovnanie pôvodná zväčšenina komprimovaného, 100 × 100 pixelového originálu. (Zväčšené metódou najbližší sused.)

Je jasné, že z informácií, ktoré na snímke nie sú, nedá sa zväčšiť tak kvalitný obrázok, aký by zväčšený rozmer dokázal preniesť.

Toto zo 100 pixelového záberu nedostaneme. O pár rokov budú určite programy, ktoré si podrobnosti domyslia a dopočítajú.

Dovtedy – ak potrebujete mať na obrázku čo najviac prekreslené detaily, zapnite minimálnu JPG kompresiu, a ak máte – nevyhýbajte sa resamplovaniu obrázku vo fotoaparáte. Či už v podobe digitálneho zoomu, alebo celkového zväčšenia obrazu, ktorú poskytujú niektoré fotoaparáty.

Na výsledných zväčšeninách to oceníte.

Poznámky ku zväčšovaniu ukážkových fotografií v tomto článku.

Keďže spôsobov, ako sa dá obrázok zväčšiť existuje veľa, uvádzam ich aj v príkladoch, aby ste dokázali odhadnúť, na čo sa pozeráte.

Dvoj, alebo štvornásobné zväčšenie metódou najbližší sused hovorí o tom, že do zväčšeného záberu neboli vnesené žiadne nové informácie.

• 2 × zväčšený obrázok (200%) znamená, že jeden pixel sa zmení na 4 pixely. Dva vzniknú zväčšením do šírky, dva na výšku.
• 4× zväčšený obrázok (400%) znamená, že z jedného pixelu sa stane 16 pixelov, majú šírku a výšku 4 × 4.

Takto zväčšený obrázok má síce trochu hrubšiu štruktúru, ale dokonale prenesie informácie z pôvodného záberu.

Naproti tomu zväčšenie inými technikami do obrázku vnáša nové informácie – získané interpoláciou.

Príklad. Máme tento maličký obrazec.

Jednopixelový čierny štvorček a v strede jednopixelový bod. Ako ho zväčšiť? Použijem zväčšenie 1600%

Najbližší sused všetko zväčšil rovnako, v obraze nepribudne žiadna nová informácia. Akokoľvek sa to na zväčšovanie fotiek nehodí, je to veľmi užitočné pre naše testy.

Takto si s obrazcom poradí bikubická interpolácia.

Bilineárna.

GF Print Pro. Snaží sa samostatne uvažovať.

Ale to som už veľmi odbočil od témy digitálneho zoomu, o zväčšovaní a zmenšovaní digitálnych obrázkov píšem viac v téme uverejňovania fotografií na internete. Tam sa zmenšuje často.

JPEG kompresia zabíja detaily

Táto strata nie je dramatická. Odohráva sa na pomerne veľmi malej úrovni 8 × 8 pixelov, čo je veľmi malý štvorček na fotke.

Pripravil som simulovaný príklad, na ktorom to bude výborne viditeľné.

Tento maličký obrázok má šírku 100 × 100 pixelov. Z pohľadu JPG kompresora sa skladá zo siete 12 a pol štvorcov rozmeru 8 pixelov na šírku aj na výšku. Účinky JPG kompresie nie sú viditeľné voľným okom preto, že som zapol kvalitnú kompresiu s malými stratami, nech vidíte, ako má vyzerať originálny obrázok.

Takto vyzerá po účinnejšej kompresii. Pre názornosť som zapol kompresiu oveľa deštruktívnejšiu, než akú používajú digitálne fotoaparáty. Na takejto extrémnej ukážke sa najlepšie ukáže, ako vyzerá JPG deštruovaný obraz.

Rovnaký obrázok, ale zväčšil som ho 4 krát. V obraze vidno štruktúru štvorcov, na ktoré si JPG kompresor fotku rozparceloval. (Zväčšené metódou najbližší sused.)

To isté, ale naznačil som sieť.

JPG sa potom snaží dosiahnuť to, aby o každom štvorci preniesol čo najpresnejšiu informáciu a pritom vypustil všetko, čo si dokáže neskôr „domyslieť“, keď bude obrázok skladať. A v tom je práve problém.

Ak by sme totiž pôvodný obrázok zväčšili 4 krát pred jeho kompresiou do JPG, dostaneme síce trochu neostrý, ale vcelku plynulý obraz. (Zväčšené metódou Bicubic.)

Rovnako slušne dopadne aj štvornásobné zväčšenie originálneho, nekomprimovaného obrázku pomocou programu GF Print Pro.

Pokus o kvalitné zväčšenie obrazu už zničeného JPG kompresorom je však márny. Aha:

Bikubické štvornásobné zväčšenie už komprimovaného obrázku.

Zväčesnie komprimovaného obrázku programom GF Print Pro.

• Komentáre k článku (5)