Sharpening: nitidezza in post-produzione senza artefatti

Che cos’è la nitidezza di una foto

Nel linguaggio comune «nitido» e «a fuoco» si equivalgono. In termini tecnici le cose sono due, e conviene separarle. La risoluzione è il dettaglio che sensore e obiettivo hanno davvero registrato, e dopo lo scatto non si può aumentare. L’acutanza è la percezione soggettiva di nitidezza legata al contrasto lungo i bordi: dipende da quanto è ripido il passaggio dal chiaro allo scuro. Come ricorda la voce di Wikipedia sulla nitidezza visiva, la nitidezza percepita nasce dalla combinazione di risoluzione e acutanza, e una maggiore acutanza fa sembrare l’immagine più definita senza accrescerne la risoluzione reale.

Lo sharpening agisce solo sul secondo fattore. Rende i bordi più netti, a volte con effetto notevole, ma non può far comparire la trama di una stoffa che il sensore non ha visto. Per questo la prima difesa contro un’immagine molle resta la ripresa: un treppiede, un tempo di posa adeguato, l’apertura giusta. Wikipedia indica che l’apertura ottimale si colloca in genere due o tre stop sotto l’apertura massima, dove si bilanciano la sfocatura delle aberrazioni e la diffrazione. Il movimento della fotocamera si limita con stabilizzazione, scatto a distanza o blocco dello specchio.

Il resto lo fa la post-produzione. Sensori con filtro passa-basso, demosaicizzazione e ridimensionamento ammorbidiscono sempre un poco l’immagine; per questo una nitidezza leggera serve quasi a tutti i file. Il tema del filtro è sviluppato nell’articolo sul filtro passa-basso e sul suo ruolo oggi.

A butterfly on a purple flower-cut.jpg — L’Occhio del Cigno, 2022-07-21. Fonte: Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

La maschera di contrasto: dalla camera oscura al software

Il nome suona paradossale: la «maschera di contrasto» (unsharp mask) si ottiene con una sfocatura. L’origine è analogica. Un negativo su lastra di vetro veniva copiato per contatto su una pellicola a basso contrasto, con il positivo appoggiato sul retro dell’originale e quindi lievemente sfocato. Rimesso a contatto con il negativo, quel positivo sfocato cancellava in parte le basse frequenze e lasciava risaltare i dettagli fini. Era un lavoro da camera oscura, lento e delicato.

Nel software il principio si ripete con un calcolo. Il programma crea una copia sfocata dell’immagine con un filtro gaussiano, la sottrae dall’originale per isolare i bordi e riaggiunge quella differenza, moltiplicata per un fattore. La formula descritta da Wikipedia è questa: immagine nitida uguale originale più (originale meno sfocata) per la quantità. Dove l’immagine è uniforme la differenza è nulla e nulla cambia. Lungo un bordo la differenza è alta, e il bordo si accentua con un leggero «sorpasso» chiaro da un lato e scuro dall’altro.

Su questo meccanismo, come osserva Cambridge in Colour, va tenuto un punto fermo: la maschera di contrasto non può creare dettaglio aggiuntivo. Aumenta l’acutanza percepita e basta. Se i bordi sono già al limite dell’ottica, un’altra dose di maschera produce solo aloni.

Raggio, quantità e soglia: come regolarli

I parametri sono tre, e si regolano in un ordine preciso.

• Raggio. Stabilisce la larghezza dei bordi che si vogliono esaltare, cioè la sfocatura della copia sottratta. Un raggio piccolo rafforza i dettagli minuti, uno grande allarga l’effetto e fa comparire gli aloni. Va scelto in funzione della dimensione dei particolari più fini nella foto.
• Quantità. È l’intensità dell’effetto, espressa in percentuale: quanto contrasto si aggiunge ai bordi. Non cambia la loro larghezza.
• Soglia. Fissa la differenza minima di luminosità sotto la quale non si interviene. Una soglia più alta lascia stare i toni lisci (pelle, cielo) e riduce il rischio di amplificare il rumore.

Cambridge in Colour consiglia di ottimizzare prima il raggio, poi la quantità, infine la soglia (o il cursore di mascheratura). Quanto ai valori, Wikipedia indica come punto di partenza un raggio fra 0,5 e 2 pixel e una quantità fra il 50 e il 150%. Per l’affilatura di ripresa su un file RAW, Cambridge in Colour suggerisce un raggio pari o inferiore a 1 pixel, che raramente supera 2. Sono ordini di grandezza, da verificare a schermo al 100%.

Deconvoluzione: recuperare la sfocatura invece di simularla

La maschera di contrasto è un trucco percettivo. La deconvoluzione, invece, tenta di invertire la sfocatura. L’idea è nota da decenni nell’elaborazione dei segnali: un’immagine sfocata equivale all’immagine perfetta «convoluta» con una funzione, la PSF (point spread function), che descrive come lo strumento allarga un punto di luce. Se la PSF è nota, in teoria la si può invertire.

In pratica la PSF vera è difficile da determinare e si ricorre a un’approssimazione, teorica o misurata. Inoltre invertire semplicemente il filtro amplifica l’errore di misura: più basso è il rapporto segnale-rumore, peggiore è la stima. Per questo si usano metodi più robusti, come la deconvoluzione di Wiener, che si deve ai lavori di Norbert Wiener del 1949, e quella iterativa di Richardson e Lucy, descritta da William Richardson nel 1972 e da Leon Lucy nel 1974. Wikipedia segnala che la deconvoluzione servì a migliorare le prime immagini del telescopio Hubble, danneggiate da uno specchio difettoso, e che RawTherapee include l’algoritmo di Richardson e Lucy dalla versione 2.3.

Nei programmi fotografici la deconvoluzione compare con nomi diversi. A volte è un cursore, a volte una modalità del filtro di nitidezza intelligente. I limiti restano gli stessi, qualunque sia l’interfaccia. Il metodo di Richardson e Lucy, non usando conoscenze preliminari sulla forma dell’oggetto, può generare artefatti se viene spinto troppo, e il rumore ne peggiora il risultato. La deconvoluzione dà il meglio con file puliti, a bassa sensibilità, dove la sfocatura ha una causa precisa e regolare: obiettivo, diffrazione, un leggero micromosso lineare.

Le tre fasi dello sharpening

Parlare di «una passata di nitidezza» è riduttivo. Cambridge in Colour descrive tre momenti distinti, ciascuno con scopo e valori propri.

1. Nitidezza di ripresa (capture sharpening). Compensa la sfocatura che sensore, filtro passa-basso e obiettivo introducono sempre. Si fa sul file RAW, in fase di sviluppo, con raggio piccolo. Conviene ridurre prima il rumore, se è forte.
2. Nitidezza creativa. È selettiva. Si applica con maschere a ciò che deve emergere (le ciglia in un ritratto, il fogliame, la pietra) ed esclude cieli, sfondi sfocati e pelle.
3. Nitidezza di uscita (output sharpening). Arriva per ultima, sul file già ridimensionato, e dipende dal supporto: schermo o carta, formato, distanza di visione.

Separare le fasi evita il difetto più comune, cioè la somma incontrollata. Il file sviluppato con troppa nitidezza di ripresa, ridimensionato e riaffilato per il web, passa di sicuro il limite. Lo stesso principio compare nel flusso di sviluppo RAW, dove la nitidezza stessa è una delle ultime scelte, dopo esposizione, colore e rumore.

Nitidezza per il web: ridimensionare prima di affilare

Una foto da 24 megapixel finisce su uno schermo che ne mostra due o tre. Il ridimensionamento cancella la nitidezza di ripresa: i pixel vengono mediati e i bordi si ammorbidiscono. Per questo l’affilatura di uscita si fa dopo la riduzione, sulla dimensione finale.

La scelta dell’interpolatore conta. Il test di Cambridge in Colour sulla riduzione per il web mostra che i filtri che conservano meglio la nitidezza (Sinc, Lanczos) risolvono il dettaglio fino al limite teorico con pochi artefatti, mentre il bicubico predefinito di Photoshop genera più moiré oltre quel limite e meno dettaglio al suo interno. Gli algoritmi che riducono il moiré, per contro, danno un risultato più morbido. La soluzione ideale indicata è Lanczos o Sinc seguito da una maschera di contrasto di raggio molto piccolo, fra 0,2 e 0,3.

Il filtro di Lanczos ha un suo effetto collaterale ben descritto: il nucleo assume valori negativi e può causare oscillazioni, il ringing, vicino ai bordi forti. Nelle immagini questo produce aloni chiari e scuri che risultano fastidiosi ma aumentano la nitidezza percepita, come una forma di edge enhancement. Con il parametro a uguale a 2 l’oscillazione resta sotto l’1%. In altre parole il ridimensionamento stesso è già un filtro di nitidezza, ed è una buona ragione per tenere la mano leggera dopo.

Per i social vale una regola di buon senso. Le piattaforme ricomprimono le immagini, e la compressione rende più visibili aloni e granulosità. Meglio caricare file già della dimensione richiesta, con affilatura moderata, che lasciare alla piattaforma un ridimensionamento che non controlliamo. Per chi ingrandisce, invece, la questione è un’altra e riguarda l’upscaling delle immagini, dove la nitidezza eccessiva è tra gli errori più comuni.

Nitidezza per la stampa

La stampa pretende un trattamento diverso, per tre motivi. La risoluzione è più alta (si ragiona intorno ai 300 ppi), la carta assorbe l’inchiostro e ammorbidisce i bordi, e si guarda da una distanza che dipende dal formato. Una stampa 50×70 si osserva da lontano e perdona un raggio più grande; un 13×18 da guardare in mano chiede finezza.

Da qui discendono alcune regole. L’affilatura va fatta alla dimensione di stampa effettiva, non su un file ancora enorme. La carta opaca ammorbidisce più della lucida e tollera, o richiede, un’affilatura più decisa; i programmi lo sanno, e Lightroom offre in esportazione preimpostazioni per schermo, carta opaca e carta lucida, con tre livelli di intensità. Sono un buon punto di partenza, ma la verifica vera si fa su una stampa di prova. Un file che a schermo sembra «troppo» nitido può risultare giusto sulla carta, e viceversa.

Un’indicazione di Cambridge in Colour riguarda i file molto ridotti: per immagini ridimensionate sotto il 50%, suggerisce un raggio di 0,2-0,3 e una quantità fra il 200 e il 400%. Va letta come indicazione di partenza per la riduzione, non come ricetta universale. Conta sempre l’osservazione al rapporto di visualizzazione finale, fermandosi un attimo prima che compaiano gli aloni. Gli aspetti di profilo colore e prova a schermo sono invece nel capitolo su calibrazione e post-produzione.

Come aumentare la nitidezza di una foto senza creare aloni e rumore

I due difetti hanno cause diverse e si evitano con accorgimenti diversi.

Gli aloni

L’alone nasce quando il raggio è troppo grande o la quantità eccessiva: attorno al soggetto compare una sottile striscia chiara, o scura, visibile alla distanza di osservazione. La voce di Wikipedia sul ringing ne spiega la radice matematica, il fenomeno di Gibbs, cioè l’oscillazione che segue una transizione brusca in un segnale limitato in banda. Per le immagini questo si traduce in bande o «fantasmi» vicino ai bordi. Cambridge in Colour nota che gli aloni chiari risultano spesso più fastidiosi di quelli scuri.

Le contromisure sono pratiche: ridurre il raggio, che è il rimedio indicato per primo; abbassare la quantità; usare la maschera sui bordi, in modo che le zone lisce non vengano toccate. Un’altra fonte di artefatti è il colore. Applicata in RGB, la maschera può creare contorni colorati. Si risolve lavorando sulla sola luminosità, per esempio in modalità Lab, oppure duplicando il livello, affilando la copia e fondendola con la modalità «Luminosità».

Il rumore

Il rumore è un segnale ad alta frequenza, e la maschera di contrasto ama le alte frequenze. Affilare una foto rumorosa rafforza i granelli quanto i bordi. Il rumore ha due componenti principali, quello di shot (fluttuazione statistica dei fotoni, dominante nelle luci) e quello di lettura (la catena elettronica, evidente nelle ombre), e un ISO elevato lo accentua perché il segnale viene amplificato. Tutti i dettagli sulle cause e sulle strategie sono nella guida completa al rumore digitale.

L’ordine corretto è quindi: ridurre il rumore, poi affilare, e farlo con parsimonia, perché la riduzione del rumore stessa può cancellare dettagli fini a basso contrasto. Dove il rumore resta, il cursore di mascheratura o la soglia protegge le zone uniformi. Il rumore di luminanza, d’altronde, ricorda la grana della pellicola ed è meno fastidioso di quello cromatico: un po’ di grana sulla foto già affilata non fa danni.

Un metodo pratico in Lightroom e Photoshop

Un procedimento che funziona nella maggior parte dei casi si può riassumere in sei passi.

1. Ingrandire al 100%. La nitidezza si giudica a pixel reali, mai a schermo intero ridotto.
2. Nello sviluppo RAW, impostare la nitidezza di ripresa. Il pannello Dettaglio di Lightroom offre quantità, raggio, dettaglio e mascheratura. Tenendo premuto Alt (Opzione su Mac) mentre si trascina la mascheratura, l’anteprima mostra in bianco le zone che verranno affilate: l’obiettivo è che siano soltanto i bordi.
3. Ridurre il rumore prima, se serve. Si lavora sulla luminanza con moderazione.
4. Applicare la nitidezza creativa con maschere. Un pennello con quantità positiva sugli occhi, sulle texture, sulle venature del legno. Cielo e sfondo sfocato restano fuori.
5. In Photoshop, affilare su una copia. Si duplica il livello o si converte in oggetto avanzato, si applica il filtro Maschera di contrasto o Nitidezza intelligente, si imposta la fusione su Luminosità. Il filtro resta modificabile e l’originale intatto. In alternativa si può usare il filtro Alto Passo in sovrapposizione, che concentra l’effetto sui bordi.
6. Esportare con nitidezza di uscita. Dopo il ridimensionamento, con valori calibrati sulla destinazione.

Conservare sempre una versione non affilata. Cambridge in Colour lo raccomanda esplicitamente, perché la nitidezza è irreversibile: una volta fusa nei pixel, non si toglie più.

Errori comuni

• Affilare un’immagine fuori fuoco. Il bordo non c’è, e la maschera esalta solo il rumore. Meglio scartare lo scatto o usare un metodo di deconvoluzione.
• Applicare la stessa dose a tutto. Occhi e capelli reggono un raggio che la pelle non sopporta.
• Controllare solo a schermo ridotto. A schermo intero i difetti spariscono, e riappaiono in stampa.
• Dimenticare la fase di uscita. Un file ridimensionato e non rivisto appare molle sul sito.
• Affilare più volte per sommare piccoli effetti. Gli aloni, a quel punto, sono già nei pixel.
• Usare un cursore al massimo «per sicurezza». I valori estremi tolgono naturalezza prima ancora di creare artefatti evidenti.

La nitidezza giusta passa quasi inosservata: la foto sembra semplicemente ben fatta. Quando è l’effetto ad attirare l’occhio, il lavoro di post-produzione ha preso il posto della fotografia.