1 . 图像锐化的定义

图像锐化是使模糊的图像变得清晰, 增强图像的边缘, 从而使得目标物体的边缘变得鲜明, 以便计算机提取目标物体的边界。主要体现在以下三个方面：

① 是否能分辨出图像线条间的区别， 亦即图像层次对景物质点的分辨或细微层次质感的精细程度。其分辨率愈高， 图像表现得愈细致， 清晰度愈高。

② 衡量线条边缘轮廓是否清晰， 即图像层次轮廓边界的虚实程度， 用锐度表示。其实质是指层次边界密度的变化宽度。变化宽度小， 则边界清晰， 反之， 变化宽度大， 则边界发虚。

③ 指图像明暗层次间， 尤其是细小层次间的明暗对比或细微反差是否清晰。获得清晰的分色片是彩色制版的主要目标， 分色片的清晰度基本上决定了复制图像的质量。可以认为， 如果一幅图像的清晰度（ 细节层次）得以充分再现， 则输出的分色片质量高， 图像的复制质量也高。反之， 如果分色片质量低， 不管最后印刷技术和设备如何， 其最终印刷出的图像的质量是绝不会理想的。

2 . 图像清晰度强调的理论依据

① 奥布莱恩效应。是指在图像一定密度部位上， 使该部位图像的密度逐渐产生变化， 中间部分先逐渐变黑， 再逐渐变白， 最后又逐渐变到原来的密度大小， 此时尽管图像两边密度相同， 但给人以左右存在一定密度差的视觉感受。如图一所示。

② 马赫带效应。在具有一定反差的图像临界部位上，亮调部分给人的视觉感受更亮， 暗调部分给人的视觉感受更暗。如图二所示。

3 . 图像清晰度强调的原理

① 照相制版。为了得到更清晰的分色片， 可以事先对原稿进行拍摄， 这样就可以得到一张不清晰的虚光蒙片， 然后把虚光蒙片和原稿蒙合再对其进行拍摄， 这就会就会得到更清晰的底片。

② 电子制版。数字设备在获得图像主信号的同时，也会获得图像的虚光信号， 利用主信号和虚光信号获得清晰度强调信号并与主信号叠加， 就会达到清晰度强调的目的。

在图像数字化采集、处理的今天， 清晰度增强也同样以数字化的形式进行处理。原稿图像经过扫描被数字化成不连续的像素， 像素具有不同灰度值。在图像细节的密度突变边缘处， 数字图像信号灰度值也有明显的差异。

4 . 图像锐化的“ 虚光蒙版” 法的电子实现方法

电分机对图像锐化原理与照相复制中的虚光蒙版极为相似， 因此也称为电子虚光蒙版法。在分析头的分光部分增设一路虚光通道， 在光孔平面上通过可变光栏得到虚光孔和主光孔。主光孔和虚光孔为两个同心圆， 实际工作中， 虚光孔总是大于主光孔。由于光孔与分析光斑总是一对共轭点， 所以， 主光孔对应着原稿上的主光斑， 虚光孔对应着原稿上的虚光斑。扫描分析时， 虚光斑的光线通过半透镜反射后进入虚光通道， 主光斑的光线通过半透镜透射后进入主通道。

对于这种方式清晰度的强调， 扫描时获得图像主信号U [ 主] ， 同时获取图像的虚光信号U [ 虚] 。利用主信号和虚光信号获得虚蒙信号U [ U S M ] ， 再与图像主信号叠加， 就会达到清晰度强调的目的。如图三所示。

即在获取图像主信号的同时， 获得一个图像的虚光信号再对主信号和虚光信号进行适当叠加， 强调后的信号在黑白交界处的斜率与原稿主信号相比， 得到很大的提高， 这样就从视觉上提高了图像的清晰度。

“ 虚光蒙版”法的电子实现的公式

5 . 数字图像清晰度强调采用的基本方法

① 取数字图像的一个正方形的小区域， 该区域由若干个像素构成， 如： 3 × 3 、5 × 5 、7 × 7 等；

② 以除中心像素以外区域作为图像的“ 虚光”区域，求得图像“ 虚光” 区域的像素信号的平均值 U A；

③ 用中心像素信号值U C T 减去虚光区域信号的平均值U A， 这样就得到虚光蒙版信号U U S M；

④ 将中心像素信号与U U S M 信号叠加就可以得到强调后的信号值U ‘C T。

数字图像清晰度强调的公式

6 . 图像锐化的实质

随着计算机技术的高速发展和应用， 现实生活中的许多信息都可以用数字形式的数据进行处理和存储， 数字图像就是这种以数字形式进行存储和处理的图像， 在频率域, 一幅数字图像包含低频成分和高频成分， 图像模糊是滤掉了图像中高频分量, 因而锐化可以看成是加强图像中的高频成分, 减弱图像中低频分量, 图像锐化过程是对图像信号进行高通滤波的过程. 所以应该注意的是能够进行锐化处理的图像必须具有比较高的信噪比, 否则图像锐化之后的信噪比会很低, 这样就会影响图像质量， 图像锐化的实质就是增加图像的高频成分， 降低图像的低频成分， 从而起到锐化的效果。

7 . 现有P h o t o S h o p 的U S M 功能

“ U S M 锐化” 通过增加图像边缘的对比度来锐化图像。“ U S M 锐化” 不检测图像中的边缘。相反， 它会按您指定的阈值找到值与周围像素不同的像素。然后，

它将按指定的量增强邻近像素的对比度。因此， 对于邻近像素， 较亮的像素将变得更亮， 而较暗的像素将变得更暗。

① U S M 锐化。

此功能可以对数量、半径、阈值三个参数进行调节，如图四所示。

数量： 设置锐化量。较大的值将会增强边缘像素之间的对比度， 从而看起来更加锐利。

半径： 决定中心像素边缘参与锐化的像素数量。半径值设置得越大， 那么中心像素边缘参与锐化的像素越多， 锐化的效果也就越明显； 半径值设置得越小， 那么中心像素边缘参与锐化的像素越少， 锐化的效果也就越不明显。

阀值：用于设置锐化相邻像素必须达到的最低差值。只有对比度差值高于此值的像素才会得到锐化处理。

② 智能锐化。

此功能可以对渐隐量、半径、色调宽度三个参数进行调节， 如图五所示。

渐隐量： 调整高光或阴影中的锐化量。

色调宽度： 控制阴影或高光中色调的修改范围。向左移动滑块会减小“ 色调宽度” 值， 向右移动滑块会增加该值。较小的值会限制只对较暗区域进行阴影校正的调整， 并只对较亮区域进行“ 高光” 校正的调整。

半径： 控制每个像素周围的区域的大小， 该大小用于决定像素是在阴影还是在高光中。向左移动滑块会指定较小的区域， 向右移动滑块会指定较大的区域。在原有U S M 锐化滤镜的基础上， 添加高级锐化选项— 图像高光、暗调的锐化功能可以通过“ 渐隐量” 和“ 色调宽度” 设置予以减弱和调整， 适当减弱高光和黑暗部分的锐化程度。

8 . 传统图像锐化方法的优缺点

① 传统图像锐化方法的优点。

线性的空不变滤波器— 空域卷积滤波器很容易实现， 锐化操作计算量小， 可以对不同等级的模糊进行锐化。

② 传统图像锐化方法的缺点。

设置强的锐化参数，锐化以后图像会出现环状图像。设置强的锐化参数， 锐化效果不明显。背景噪音扩大，特别是在皮肤区域。

复制图像的清晰度的好坏是判断图像复制质量和效果的重要指标之一。图像在传输和变换过程中， 由于受到各种因素的干扰， 除造成图像色彩和层次的变化外， 还会造成图像中目标轮廓的模糊， 而在实际应用中， 又常常需要突出目标的轮廓或图像边缘信息。因此， 在图像处理过程中， 除对图像的色彩和层次进行调整外， 对图像进行锐化也是图像处理的一个重要内容。