アンシャープマスク（アンシャープマスキング、画像鮮鋭化、英:Unsharp masking）とは、画像の被写体の輪郭やエッジ部分を際立たせる手法の1つである。元々は写真暗室において実現された手法であるが、現在はデジタル画像処理ソフトウェアでも一般的に使用されている。
画像鮮鋭化という名前のとおりシャープにする処理であるのに「アンシャープ」という名前がついているのは、処理の途中で画像をぼかす処理が入ることが由来となっている。このぼかす処理で主に用いられるのはガウシアンぼかしである。
アンシャープマスクを作った後、そのマスクをオリジナルのポジ画像と合成した場合、元の画像と比べてボケた部分が少なくなる。
信号処理の分野においては、アンシャープマスクは一般的に、信号の高周波成分を強調する線形フィルタのことを指す。
写真暗室におけるアンシャープマスク
写真の暗室作業においてアンシャープマスク処理を行う場合、まず大判のガラス乾板のネガを低コントラストのフィルムまたはガラス乾板に密着焼きして、ポジ画像を作成する。ただし、この時のポジコピーは、写真乳剤を塗布した面同士を密着させるのではなく、写真原板をコピー先に裏向きに密着させて作成されるため、ガラス乾板の厚みの分だけ画像がぼやける。作業後、このぼやけたポジを原版であるネガ画像の裏面に密着させる形に置き直す。ネガにポジを見当合わせして、引き伸ばし機などを使って両方に光を通した時、ポジはネガの情報の一部を飛ばす。
ポジはわざとぼかされているので、低周波の（ぼかされた）情報だけが飛ばされる。さらに、マスクは元のネガのダイナミックレンジを効果的に減少させる。したがって、引き伸ばし画像の記録先が硬調な（コントラストの高い）印画紙であった場合、部分的に情報が飛ばされたことにより、ハイライトやシャドウのディテールを失うことなく、高周波数成分 (細かいディテール) が強調されている。結果として得られるプリントは、アンシャープマスクなしで作成されたものよりも鋭く見える。つまり、アキュータンスが増加する。
写真現像処理においては、ボケの量は、最初のアンシャープマスク露光に使用される光源の「柔らかさ」もしくは「硬さ」を変更することによって調整できる(点光源から完全拡散面まで) 。また、効果の強さは、アンシャープマスクの硬度と濃度 (つまり、露出と現像) を変更することによって調整できる。
伝統的な写真現像においては、アンシャープマスクは通常、モノクロ写真において使用される。
デジタル画像処理におけるアンシャープマスク 原画像を、鮮鋭化画像を、平滑化画像(ぼかした画像)をとおくと、簡易的なアンシャープマスク処理は以下のように定式化される。
ここでを畳み込み行列、をしきい値、を鮮鋭化パラメータとする。
畳み込み行列の半径に応じて、強調されるエッジの幅が決定する。半径を大きくするにつれて、強調されるエッジの幅が太く大きくなる。より小さいエッジパターンを強調させるには半径を小さく設定する必要がある。
しきい値は、シャープ化される最小の明度コントラストを設定する。小さい明度変化このパラメータをうまく使うと、本来は滑らかなはずの部分に意図せずにアンシャープマスクが適用されて斑点状のつぶつぶが発生してしまうのを防ぐことができる。
鮮鋭化パラメータは、エッジの境界がどの程度暗くなり、どの程度明るくなるのかを制御するためのパラメータである。この値を大きくするにつれて、エッジのコントラストが大きくなり、より鋭くなる。
ソフトウェアにおける実装例
Adobe PhotoshopやGIMPなどと言った、多くのデジタル画像処理ソフトのアンシャープマスクツールでも、値の差分を取るという、写真暗室時代と同様の原理が使用されている4.9. Unsharp Mask, esp. 4.9.4. How does an unsharp mask work?, Gimp documentation.。ソフトウェアは、元の画像のコピーにガウスぼかしを適用し、それを元の画像と比較する。ユーザー指定のしきい値設定よりも値の差が大きかった場合、元の画像からその差の値を(事実上)差し引く。
デジタル処理におけるアンシャープマスクは、特にスキャンした画像などに使うと、紙のインクのにじみが低減されてシャープネスが高まるので雰囲気が良くなる。アンシャープマスクをかけると、エッジが妙に目立ったり、画像のノイズが増えたりなど、残念な結果になる場合もある。その場合、RGB画像またはLab画像の全体に直接アンシャープマスクをかけるのではなく、どれか1つのチャンネルだけ（例えば「輝度」など）にかけるといい感じに仕上がることもある。画像全体によろしくない効果が出てしまう場合は、マスク (特にエッジ検出によって作成されたマスク) を使用して、必要な領域のみシャープにすることで軽減できる。この手法は、Photoshopでは「スマートシャープ」として実装されている。
アンシャープマスクの各パラメータの初期値の推奨設定は、ソフトによって様々でGuide to Image Sharpening, Cambridge in Color.、そのソフトにおけるプログラムの実装によってもその数値の意味するところが違ってくる場合がある。一般的に、半径は 0.5 ～ 2 ピクセル、鮮鋭化パラメータは 50 ～ 150% が推奨される。
画像編集ソフトの機能を使うのではなく、マスクとして機能する別のレイヤーを画像の上に追加することにより、アンシャープマスクを手動で作成することもできる。これは、アンシャープマスクの仕組みを理解したり、細かいカスタマイズを行うのに役立つ。
ローカルコントラストの調整 アンシャープマスクは、大きな半径（30 ～ 100 ピクセルくらい）と小さな鮮鋭化パラメータ（5 ～ 20% くらい) Local Contrast Enhancement, Cambridge in Color.で使われる場合がある。これは、「ローカルコントラストの調整」と呼ばれる手法であるUnderstanding Local Contrast Enhancement, The Luminous Landscape.。アンシャープマスクは、シャープネスまたは (ローカル) コントラストのいずれかを増加させることができる。これは、いずれも小スケール（高周波）の差異を参照して、明度などの値の差異を増加させる、あるいは勾配を増加させる、という点が同じであるためである。色調を補正するためのさらに強力な手法は、トーンマッピングと呼ばれる。
逆畳み込み処理とアンシャープマスクの比較 画像処理における逆畳み込み処理とは、通常の畳み込み処理の逆を行うことである。逆畳み込み処理は不良設定問題として知られており、非線形な解法が用いられる。対してアンシャープマスク処理は、ガウシアンカーネルの畳み込みに基づく単純な線形変換である。アンシャープマスクが線形な解法で画像を鮮鋭化させるのに対し、逆畳み込み処理では画像の歪み等も考慮に入れてモデル化し処理を行う。どちらの手法も、アンシャープマスクは計算時間が短いが、逆畳み込み処理は計算時間が比較的長いがより優れた鮮鋭化画像を出力する、というトレードオフの関係がある。
脚注
出典
Sharpening With a Stiletto, Dan Margulis, February, 1998 Life on the Edge, Dan Margulis, January, 2005
関連項目 クレイク・オブライエン・コーンスウィート錯視 ガウシアンぼかし 逆畳み込み
外部リンク Excel spreadsheet that calculates an Unsharp Mask Interactive Example of Unsharp Mask PhotoKit Sharpener User Guide Sharpening 101, mirror of by thom, Aug 1, 2003 The Unsharp Mask: Analog Photoshop, Sample of unsharp masking in the darkroom, before digital