シャープネスと類似機能の原理と活用

写真がデジタル化されてフィルムの時代には実現しようがなかった操作が可能になったが、その際たるものが「アンシャープマスク」効果ではないだろうか。

RAW現像時に露光量やコントラスト、応答特性を自由に操れるのがデジタル写真であるし、かなり劇的に操作が反映できるとはいえ、可変範囲が狭く調整が困難なだけでフィルムと印画紙であっても操作できたことは多い。

それでもシャープ感を増す、シャープ感の程度を変える操作は(シャープ感を奪うソフトフォーカスやフォギー化は別として)不可能で、小絞りにしすぎて発生する回析現象や解像が甘いレンズを救済する術はなかったと言ってよい。

写真がデジタル化されたばかりの時代からしばらくの間のRAW現像ソフトには「アンシャープマスク」効果だけ実装されていたが、後にアンシャープマスクとは別の細部の分離・強調する機能が採用されるようになった。

■ アンシャープマスク法を知る

まず「アンシャープマスク(Unsharp masking)」だが、シャープネスを増す操作なのに否定形の「アン」がつく理由が原理を表している。

アンシャープマスクとは、画像中の輪郭に縁取りをつけて強調することで物体ごとの分離感をよくしてシャープな印象を与える効果だ。

墨の濃淡だけで描かれた水墨画のような輪郭が曖昧な絵があるとして、ここに白い色鉛筆やパステルで輪郭を書けば曖昧模糊とした物体の形状がかなりはっきりするだろう。これがアンシャープマスク法の効果だ。

私たち人間は、画像の中に存在する物体を個々に認識でき、認識できれば他との境界部分に輪郭があると理解する。部屋にテーブルがあり、テーブルの上に果物と果物を入れた籠があると認識して、テーブルの各面の輪郭、テーブルクロス、果物個々の輪郭、籠の輪郭……と認識できる。

ところがソフトウエアにはテーブル、果物個々、籠……といったものの違いと、これらの輪郭は、これらが未定義のままでは認識できない。AIを駆使しても、いまのところ背景と被写体を分離してきれいに抜くことさえ完璧にできないのだからいきなり輪郭を認識しろと命じても実現はなかなか難しい。

そもそもアンシャープマスク法はAIが実用化するはるか以前に考案されたもので、現在は更に優秀な手法が開発されているけれど古い技術とはいえ画期的であるし、画像を調整する人にとっても慣れ親しんだ手法なのでいまだ健在なのだ。

そして問題は輪郭の検出と描画だ。

ここで言う「輪郭」は人間が線画でスケッチする際にペンで引く線、物体と物体の境界線にほぼ等しい。こんなものは自然界に存在していない、人間が恣意的に表現している境界線でしかない。

ソフトウエアに手っ取り早く輪郭を検出させるには、次のような方法を使う。

1.画像を用意する
2.画像をピンボケ状にぼかした画像をつくる
3.画像とピンボケ画像を重ねる
4.両者の差の絶対値を求める
5.元画像からはみ出したピンボケ部分が検出され輪郭状になる

そして
6.このはみ出し部分の輝度を上げて輪郭線にする
と白い縁取りがつくことで分離感がよくなりシャープ感が増す。

一連の流れを模式図を用いて図示する。

1.画像を用意する

2.画像をピンボケ状にぼかした画像をつくる

3.画像とピンボケ画像を重ねる
4.両者の差の絶対値を求める
5.元画像からはみ出したピンボケ部分が検出され輪郭状になる

6.このはみ出し部分の輝度を上げて輪郭線にする

「アンシャープマスク」操作をすると物体の周囲に白い縁取りがつくのは、こうした理由による。また「アンシャープマスク」の操作に「半径」を決める項目があるが、半径は元画像からはみ出したピンボケ部分の幅と理解すればよい。つまりピンボケ画像を重ねる際に、半径を大きく取るとピンボケ度が大きくなり白い縁取りの幅が広がる。

アンシャープマスクの各工程を手作業で追ってみる。

1.画像を用意する
望遠・絞り開放のため向かって右の眼がわずかにピントから外れている。同様に前方に突き出しているマズルやヒゲの描写、眼より後ろにある毛並みの描写も柔らかく曖昧化している。

2.画像をピンボケ状にぼかした画像をつくる

3.画像とピンボケ画像を重ねる
4.両者の差の絶対値を求める
5.元画像からはみ出したピンボケ部分が検出され輪郭状になる

6.このはみ出し部分の輝度を上げて輪郭線にする。

以上が人力アンシャープマスク化過程だ。

こうして手作業でつくると、輪郭の太さなど慎重に吟味しても上掲の模式図と違いなかなか具合のよいアンシャープマスク化画像をつくれない。なので完成図はツールでつくったアンシャープマスク化画像を掲示する。

ではもう一度、元画像を見てみよう。

向かって右側の眼のシャープ感と毛並み、ヒゲを見ると効果のほどがわかるはずだ。また背景のボケにアンシャープマスク効果がかかっていない点に注目。

「アンシャープマスク」効果は、強さ、半径、閾値といった要素で度合いが決まる。半径は前述の通りであるし、強さは白い縁取りをどれだけ目立たせるか(輝度を高くするか)といったところだ。閾値はどの程度の差を輪郭として描画するかの閾値で、値が小さいほど(UIのスライダーが左側/操作なし側)ほど微小な違いにも反応して縁取りがかたちづくられる。最近はソフトウエアによっては「ハロ抑制」などとされる機能が付加されるようになった。これは白い縁取りによって目立つ光のにじみを小さくする機能で、抑制するほどシャープ感の元になる輝度差のある領域が少なくなるけれど違和感が減る。

シャープ感を増したいけれど白い縁取りが気になる場合は、
1.半径を小さくしてみる
2.半径を小さくしたうえで強度を強くしてみる
3.(1)や(2)の操作に「ハロ抑制」を加味する
のが使い方の基本だ。

なお、シャープネスを操作する際に部分拡大しないまま適当に、もしくはディスプレイサイズに縮小された画像で調整する人もいるようだが、かならず拡大した状態とはディスプレイサイズに縮小された状態の両方で効果を確認したい。

また画像の使用目的によって「アンシャープマスク」の強度の最適解が違うのは理解しておきたい。

たとえばWEB用の1000pix未満のものと、それ以上のサイズや拡大可能な画像では白い縁取りの目立ちかたも違うしシャープ感も異なる。インクジェット、オフセットともに印刷ではディスプレイで確認できる「アンシャープマスク」の強度との見た目と違いが出る。また白い縁取りの目立ちかたも自ずと違う。

■ アンシャープマスク以外の手法

シャープさのある画像とは、接し合う物体個々や物体内の個々の箇所の差が明確な状態に感じられる状態だろう。「アンシャープマスク法」の原理は、まさにこの点への回答である。

アンシャープマスク法では輝度が高い輪郭線を引くことで分離をよくしてシャープ感を醸し出すが、物体個々や物体内の個々の箇所に含まれる輝度・明度・彩度の差を大きくしても、それぞれの差、それぞれの分離が明確になる。

現像ソフトごと名称は違うが、「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」などと呼ばれる操作項目は、個々の箇所の輝度・明度・彩度の差を大きく目立たせる効果や、この効果にアンシャープマスクや類似のなにかを併用しているものと思われる。

物体の細部を模式図にしてみた。上下それぞれは写真の一部や「テクスチャーの在りよう」を模式化している。上のテクスチャーの階調を明暗両方ともに切り詰め圧縮して強調すると、明暗比が変わるだけでなく彩度も上がった。

上より下のほうが背景からの分離が明確だ。これがアンシャープマスクとは異なるシャープさを醸し出す効果だ。

Photoshopに「スマートシャープ」と呼ばれる機能がある。

「スマートシャープ」とRAW現像ソフトが実装するアンシャープマスク法以外の分離をよくする効果がまったく同じものか不明だが、内容を理解するうえで参考にしてもよいように思う。

次に示すキャプチャ画像は、Photoshopで元画像を325倍まで拡大表示しつつスマートシャープをかけている様子だ。

次の画像は、上に示した状態から「暗部」「明部」ともにエキセントリックなくらい極端に効果をかけた状態をプレビューしている。

Adobe社は「スマートシャープ」を、アンシャープマスクで発生する縁取りを抑制して細かな設定が可能としている。

上の例ではアンシャープマスク法同様に輪郭に縁取りが生じて見えるが、これは画像ぼかしと差の絶対値で得た輪郭が、極端な「明部」側操作によって強調されているのであって、通常はここまで異常な感じにはならない。

または画像ぼかしの程度も調整できる。

スマートシャープが何をやっているかと言えば、操作パネルを見てもわかるようにアンシャープマスク法同様のぼかし効果で輪郭を検出すると同時に、シャドー側とハイライト側の階調の幅と明暗の強調を調整している。

階調の幅、明暗の強調によって細部の差がはっきりすることで、分離をよくしてシャープ感を出している。模式図で示した物体の細部の図を思い出してもらいたい。

アンシャープマスク法は物体や物体個々の箇所の外側に輪郭線を引いた。

スマートシャープ法は物体個々の箇所の内側の構成を極端にするのを主な効果としている。このため現像ソフトCapture oneでは同効果を得る機能に「構成」という名称をつけているのだろう(あるいは個々の箇所の分離を明確にして、画像を構成する要素をはっきり分離するからかもしれない)。

「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」「スマートシャープ」は外側に輪郭を引くが、内側の輝度比も変化させて分離感をよくする。前掲のスクリーンショットは320%拡大像であるし、エキセントリックなまでに極端に効果を与えているので美しくないが、極論すればこのような状態をつくっている。

スクリーンショットで明らかなように(程度問題であれ)輪郭に輝度が高い領域が生じることがあるので、単独で使う場合もアンシャープマスクと併用する場合も使用量には気をつけたほうがよい。

RAW現像ソフト、画像調整・加工ソフトごと塩梅が違うが、Capture Oneでストレートに現像した画像と「構成」を最強にかけた画像を比較しようと思う。例示した画像はクリックあるいはタップで拡大する。

元画像

「構成」を最大にかけた画像

繊維の描写、織り目の描写が神経質なものへ変化した。

繊維一本一本、糸とパイルの際立ちかたが変化している。

単純操作で効果を最大にかけているためタオル地の柔らかな風合いに欠ける画像になっている。実際には変化を確認にしながら調整するところだが、シャープネスをかけるというのは方法がどうあれ個々の箇所を際立たせているので神経質だったり硬質だったりと描写の風合いが変わる。

ここ数年でアンシャープマスクも「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」「スマートシャープ」といった操作も、原理は変わらないが改良が加えられ、ここで示したような極端な調整でもしなければ違和感が小さい自然な仕上がりのものになった。

このため違和感が大きかったアンシャープマスクが比較的自然な仕上がりの扱いやすいものになり、他の類似効果との差を縮めたように感じる。したがってアンシャープマスクとそれ以外という雑な分類で適当に使い分けるのではなく、使用するソフトの特徴を知り実際の調整ではどこがどのようにどれくらい変化するか慎重に見極めて使い分けたいところだ。

■ 使い分け

A.どこに効果がかかるか

シャープネス効果とは異なるが、ほとんどの現像ソフトに「クラリティー」「明瞭度」と呼ばれる機能が実装されている。そして「クラリティー」「明瞭度」と「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」の操作項目はスライダーが並んでいる場合が多い。

なぜかというと、「クラリティー」「明瞭度」は低から中周波の変化に効果がかかり、「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」は高周波の変化にかかるよう設計されているからだ。

「構成」……等は高周波になればなるほど効果が強くかかるようチューニングされているようにも感じる。

空の雲を思い浮かべてもらいたい。雲の濃淡のコントラストの変化は、とても大きな塊が織り成している。低周波の変化と言える。

枯れ草が密生した野原を思い浮かべてもらいたい。密生した細い草が連なる様子のコントラストの変化は、とても細かな変化によって構成されている。高周波の変化と言える。

雲と枯れ草の草原では明暗変化の周期が異なる。この写真の中央の木の枝は背景の空と細かな周期で明暗が変化しているので高周波の変化と言える。

前掲のタオルの画像では、繊維やパイルの様子は高周波の変化だ。「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」といった効果は、高周波で変化する繊維やパイルのコントラストにかかっている。

タオル写真に「クラリティー」「明瞭度」を極端にかけた状態が次の画像だ。

タオルのハイライト・明るい中間調・暗部の描写がそれぞれ塊として変わった。繊維の描写そのものが神経質に際立つ変化はない。

効果の現れ=見かけの違いは、繊維やパイルひとつひとつに対してではなくタオル地全体の明暗比の大きな塊に対して抑揚を強調する効果がかかっていることで生じている。

先ほどの喩えで言うと、野原の枯れ草の群れに対してではなく空の雲の変化にかかっている効果=低周波の変化にかかる効果ということになる。

ではアンシャープマスクはどうだろう。

アンシャープマスクの原理を説明した際、背景のボケには効果がかからないと書いた。輪郭を検出できないので効果がかからなくて当然で、先の例で言えば「雲の大きな変化に白い縁取りは入れられない」ということになる。

「クラリティー」「明瞭度」は低周波=大きな明暗の塊の差を明確にする。明確にすることで主に力強さの表現が変わるが、塊と塊の境界が際立ちシャープさも醸し出される。

アンシャープマスクは低周波の変化に輪郭を描けないが、中から高周波の明暗の差に反応して縁取りをつける。

「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」は主に高周波の明暗変化の差を拡大してみせ、それぞれの差と分離を明確にする。アンシャープマスク同様、低周波の変化に対応できない。

B.どのような効果がかかるか

アンシャープマスクや類似の効果が得られる「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」は、個々の箇所の分離がよくなるので繊細または繊細な写りが実現できるように感じられる。が、これもまた程度問題で輪郭を強調しても細かな部分の明暗比(トーンの幅)を詰めているので、階調が省略され繊細さを失うとも言える。

レンズに「線が細い、太い」という評価がある。詳しくはこちらの記事🔗でレンズの線とは何か理解していただきたいが、要約すると「細やかな階調を再現できないレンズは、曲面がある細い物体では陰影が乏しい板状の描写になり太く見える」ということになる。

つまり必要最小限のアンシャープマスクや類似の効果が得られる「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」は、実際には高周波の変化をみせる個々の箇所の階調を犠牲にしながらもシャープ感で繊細さを醸し出すが、少しでも度を越すと「線が太い描写」になる。

これもまた手法のひとつだが、メリット・デメリットを天秤にかけたい。

なお「クラリティー」「明瞭度」もまた、低い周波数の変化に対して階調を間引いて詰める働きなので、広い意味で「明暗変化の線を太くしている」と言える。

「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」と「クラリティー」「明瞭度」は、周波数の高低の違いはあれど面の強調、際立ちかたの強調に使う。枯れ草、糸といった細い物体も二次元中の面である。

これらの効果は神経質な分離または力強い分離に見える。「構成」……等の神経質な分離は強く効果をかけるとチリチリした苛立つような描写になるし、「クラリティー」……等のダイナミックな効果は度を越すと大仰なこけおどし的描写になりがちだ。

アンシャープマスクは輪郭の強調のためにある。前述のように「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」と働きはまったく同じではないが、高周波の変化つまりとても細かい変化に効果がかかると小さな面積中の変化なので、両者の見かけがほとんど同じになることが多い(ソフトウエアごとの特性次第でもある)。

C.使い分けるなら

見かけが変わらない場合が多く、さらに最近はアンシャープマスクのアルゴリズムが高度化して自然な仕上がりが得られるようになった。

アンシャープマスクと「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」の決定的な違いは、多くの現像ソフトで後者は効果を強める+側だけでなく、逆の効果(曖昧化させる)-側へもスライダーを動かせる点にある。

「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」には分離を不明瞭にするという選択肢があるのだ。

アンシャープマスクは輪郭線を描き、輪郭線の太さや目立ち加減を調整する機能なので曖昧化させる逆方向の調整はできない。

また現像ソフトによっては、マスクを切ったレイヤーにすべての機能を使えるものがあるいっぽう、どちらかの機能しか使えないものがある。

両者の違いが明確に感じられるなら、いずれかを選ぶ理由はわかりやすい。

もし似たようなものなら、+と-両側へ微調整可能な「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」と輪郭を描くことにだけ注力するアンシャープマスクと用途分けするのがよいだろう。

アルゴリズムが高度化したほか調整できる項目が増えてハロの低減などできるようになった最近のアンシャープマスクは、ソフトウエアベンダーがプリセット値をつくりこんで+と-の方向にしか調整できない「構成」「マイクロコントラスト」「テクスチャ」より賢い場合がある。

ただし、アンシャープマスクは操作する人が原理と効果をわかって経験を積んだ場合に賢くなる(賢く使える)のだ。

いっけん目的に反しているようでも、調整しやすく、結果が意図通りならどちらか別のものを使ってもよい。いずれにしても、適当にスライダーを動かすのではなく拡大像と行き来しながら最適解を得なくてはならない。

■ まとめ

現像ソフトの各パラメータを見れば一目瞭然だが、RAWから現像してもカメラから撮って出しでJPEG、TIFFを出力してもデフォルトの状態でシャープネス効果がかけられている。

ずいぶん以前「RAWデータで記録して現像するのはインチキ」という狂った主張をする人が存在していた。撮って出しであってもカメラまかせの加工済み画像なので、撮影者の意思が反映されないブラックボックスから吐き出された画像で何を満足していたのだろうか。

写真を撮影するだけでなく画像化するときの主人公は撮影者本人で、すべてにおいて決定権を握っているのが撮影者・現像者だ。

RAW現像にはデフォルトでかかっているシャープネス効果を0にする選択肢があることは憶えておいて損はないし、効果の程度をきめ細かく変えて使用するものだ。(ただし一部のRAW現像ソフトは、デフォルトでかかってるシャープネス効果を完全に0にできないものがあるのは気をつけたい)

効果を使うか、どの程度の強さで使うかは出力した画像をどのように使うか次第だ。知り合いに記念写真をあげるときも、作品をプリントするときもシャープネスの効かせかたに頓着しないのは無神経すぎると言える。

毒にも薬にもなるシャープネス効果なので、意図を反映させるためには適当ではダメだ。

今回アンシャープマスクの原理を説明し、その他の類似効果についても何をどう操作しているか概要を記した。

ことシャープネス効果に限らず原理を理解すれば使い所や急所がわかるし、思い通りの画像がつくれず袋小路にはまったときも次の一手のアイデアが出てくるだろう。

デジタル化で写真はデータを扱うものになり、薬品とタンク、引き伸ばし機を手で操作していた時代と違いなぜ何がどう変化するのか原理が見えにくくなっている。

とはいえ魔法によって画像が変化するのでなく、私たちと同じ人間であるどこかの誰かが現像ソフトをプログラミングしているのだから機能の原理はそうそう理解できないものではないのだ。

疑問を疑問で放置せず、理由を考えたり調べたりするのを怠らず写真を撮影・現像したいのものだ。

© Fumihiro Kato.
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・スタジオ助手、写真家として活動の後、広告代理店に入社。 ・2000年代初頭の休止期間を除き写真家として活動。(本名名義のほかHiro.K名義他) ・広告代理店、広告制作会社勤務を経てフリー。 ・不二家CI、サントリークォータリー企画、取材 ・Life and Beuty SUNTORY MUSEUM OF ART 【サントリー美術館の軌跡と未来】、日野自動車東京モーターショー企業広告 武田薬品工業広告 ・アウトレットモール広告、各種イベント、TV放送宣材 ・MIT Museum 収蔵品撮影 他。 ・歌劇 Takarazuka revue ・月刊IJ創刊、編集企画、取材、雑誌連載、コラム、他。 ・長編小説「厨師流浪」(日本経済新聞社)で作家デビュー。「花開富貴」「電光の男」(文藝春秋)その他。 ・小説のほか、エッセイ等を執筆・発表。 ・獅子文六研究。 ・インタビュー & ポートレイト誌「月刊 IJ」を企画し英知出版より創刊。同誌の企画、編集、取材、執筆、エッセイに携わる。 ・「静謐なる人生展」 ・写真集「HUMIDITY」他
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