Superresolution – hausgemacht!

Das Superresolution-Verfahren benötigt eine Bildserie mit fast (!) identischen Bildern eines Motivs als Eingangsdaten, die dann hochinterpoliert, ausgerichtet und geschickt überlagert werden.

Das Ergebnis ist ein einzelnes höher aufgelöstes Bild des Motivs. Die Eingangsbilder dürfen hierbei nicht identisch sein, sondern müssen ganz leicht, im Bereich von Pixelbruchteilen, voneinander abweichen.

Das Prinzip des Superresolution-Verfahrens

 

Wir haben dies im Experiment erzielt, indem wir bei der Bildserie mit dem Taschenmesser zwar vom Stativ fotografiert haben, aber dennoch auch jedes Mal neu fokussiert haben – das bringt bereits zuverlässig eine Verschiebung im Bereich von mehreren Pixeln ein.

Die Bildserie, aufgenommen mit einem Smartphone, vom Stativ

Und jetzt bauen wir das Verfahren, wie es im ersten Diagramm geschildert ist, einfach einmal 1:1 nach.

Am Anfang steht das Hochrechnen der einzelnen Bilder mit dem Verfahren der Pixelwiederholung auf doppelte Breite und doppelte Höhe, und das ist dann auch die Größe des Ergebnisbildes.
Diesen Schritt kann man mit Photoshop erledigen (Bild > Bildgröße >... > Neuberechnen, Pixelwiederholung), oder auch, schneller und bequemer, mit Irfanview (File > Batch/Conversion ...).

Im Anschluss steht das subpixelgenaue Ausrichten an. Photoshop kann das zwar bereits relativ gut, aber das kostenfreie Panorama-Programm Microsoft ICE kann es noch besser.

Subpixelgenaues Alignment per zweckentfremdetem Pano-Programm ICE

Aus ICE kann man nun den ausgerichteten Bilderstapel als PSD-Datei mitsamt den einzelnen Ebenen exportieren (siehe Screenshot, hier stehen alle Optionen bereits richtig richtig).

In Photoshop geladen, fasst man den Stapel zusammen, indem man alle Ebenen markiert und dann wählt:

            Ebene > Smartobjekte > in Smartobjekt konvertieren.

Jetzt fehlt nur noch die geschickte Mittelung des hochgerechneten und ausgerichteten Bildmateriales. Am besten bewährt hat sich hier bei uns der Modus Median:

            Ebene > Smartobjekte > Stapelmodus > Median.

In den Bildern seht Ihr die Ausgangsszene, eine Vergrößerung auf 400 % der Szene vor Anwendung des Superresolution-Verfahrens und die gleiche Vergrößerung nach der Rechnung. Es ist deutlich zu sehen, dass durch die geschickte Mittelung einmal das Rauschen verschwunden ist, und zum anderen nun auch feine Details sichtbar werden und der unschöne grobe Klötzcheneffekt der Hochrechnung durch Pixelwiederholung verschwunden ist.

Bild 1 (Bild in voller Größe)

Bild 2 (Bild in voller Größe)

Bild 3 (Bild in voller Größe)

Wozu braucht man dieses raffinierte Verfahren in der Praxis?

Für Superresolution gibt es viele Anwendungen: Das Militär interessiert sich dafür, um Bodentruppen besser ausmachen zu können, Tankstellenbesitzer können damit aus groben Videodaten noch die Kennzeichen der Spritdiebe entziffern und OCR-Software liefert damit generell bessere Ergebnisse.

Eine andere Anwendung von SR ist noch jung und weniger bekannt und hat mit Smartphones mit Fixfokus-Linsen zu tun:

Nehmen wir an, Ihr möchtet mit dem Smartphone Produktaufnahmen machen. Dann werdet Ihr schnell feststellen, dass das dort meist verbaute Weitwinkelobjektiv beim unüberlegten Fotografieren unvorteilhaft ist und die perspektivischen Verzerrungen stören – Ihr würdet Euch eher ein leichtes Tele wünschen.

Nichts leichter als das: Geht einfach auf Abstand, dann erhaltet Ihr eine Teleperspektive. Später müsst Ihr das Foto nur noch zuschneiden, und den damit verbundenen relativ hohen Auflösungsverlust durch Superresolution wieder kompensieren!

Bild 4 (Bild in voller Größe)

Bild 5 (Bild in voller Größe)

Mit ein paar Tricks und mit Superresolution werden auch Smartphone-Aufnahmen salonfähig!

Oben seht Ihr die iphone-Aufnahme vor dem Zuschnitt und dem Photoshopping, unten danach.

Ganz ähnlich könnt Ihr auch tricksen, wenn Ihr mit dem Smartphone Makros aufnehmen möchtet. Wieder nimmt man eine Bildreihe auf, die dann später auf das kleine Makromotiv zugeschnitten wird, und wieder steuert SR dem Auflösungsverlust entgegen.

Bild 6 (Bild in voller Größe)

Bild 7 (Bild in voller Größe)

Auch Makros werden mit dem Smartphone dank Superresolution möglich.

Im Screenshot oben seht Ihr klein das Ausgangsbild. Dies wurde auf kürzest möglichem Abstand aufgenommen. Durch den späteren engen Zuschnitt wird ein Makro daraus, und durch Superresolution holt Ihr die verlorene Auflösung zurück.

Probiert es einfach einmal aus.

Und wenn Ihr Euch für Themen wie Schärfe, Interpolation, Fotos vergrößern oder Gigapixel interessiert, schaut Euch doch mal diese Filme an: