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Photoshop-Filter selber machen (Eigene Filter)

Filter sind ein wichtiger Bestandteil der digitalen Bildbearbeitung. Kein Grafikprogramm das nicht mit einer Fülle an unterschiedlichsten Filtern ausgestattet ist. Vom einfachen Weichzeichnen bis hin zu künstlerisch aufwändigen Effekten ist (fast) alles möglich. Die meisten Grafikprogramme ermöglichen die Definition eigener Filter und mit etwas Einarbeitung lassen sich erstaunliche Ergebnis erzielen. Aber wie funktionieren eigentlich Bildfilter? Auf welchen grundlegenden Bildeigenschaften bauen Sie auf und auf was muss man beim Erstellen eigener Filter achten?

Flamme: Gefiltert

Filter sind ein wichtiger Bestandteil der digitalen Bildbearbeitung. Kein Grafikprogramm das nicht mit einer Fülle an unterschiedlichsten Filtern ausgestattet ist. Vom einfachen Weichzeichnen bis hin zu künstlerisch aufwändigen Effekten ist (fast) alles möglich. Die meisten Grafikprogramme ermöglichen die Definition eigener Filter und mit etwas Einarbeitung lassen sich erstaunliche Ergebnis erzielen. Aber wie funktionieren eigentlich Bildfilter? Auf welchen grundlegenden Bildeigenschaften bauen Sie auf und auf was muss man beim Erstellen eigener Filter achten?

Lineare Filter

Eine der wichtigsten Filterklassen sind Lineare Filter. Sie werden häufig zur Entfernung von Fehlern oder Bildrauschen eingesetzt. Bei linearen Filtern handelt es sich um lokale Operationen die  die Farb-und Helligkeitswerte der Pixel eines Ausgangsbilds in ein Ergebnisbild überführen. Hierbei nutzt man die Abhängigkeiten benachbarter Bildpunkte aus. Oder anders ausgedrückt: Benachbarte Pixel in einem natürlichen Bild sind in der Regel voneinander abhängig und „ähneln“ sich in Farbe und Helligkeit. Abrupte Sprünge sind entweder scharfe Kanten und Konturen oder Bildfehler (z.B. Rauschen).  Durch unterschiedliche Gewichtung benachbarter Pixel lassen sich so Fehler reduzieren,  Kanten und Konturen glätten oder das Bild im gesamten schärfen.
Erreicht wird dies über eine Gewichtungsmatrix, auch Filterkern genannt, die jedem Bildpunkt eine Gewichtung in Bezug auf seine Nachbarn gibt. Über eine mathematische Abbildung wird für jeden Pixel im Ausgangsbild anhand der Gewichtungsmatrix ein neuer Farbwert ermittelt.  Dabei wird die Gewichtungsmatrix Punkt für Punkt über das Ausgangsbild geschoben. Es wird immer nur der Wert des aktuell im Zentrum der Matrix liegenden Pixels berechnet. Alle Pixel unter der Gewichtungsmatrix werden mit den einzelnen Werten der Matrix multipliziert und das Summenergebnis wird als neuer Farbwert für den aktuell berechneten Pixel eingetragen.

Filter: Glätten

Je nach Gewichtung der einzelnen Gitterpunkte werden unterschiedlichste Effekte erzielt.  Werden z.B. alle Bildpunkte gleich gewichtet erzeugt diese Mittelwertbildung eine Glättung (Weichzeichner) des Bildes.

Damit die Helligkeit des Ergebnisbildes dem Originalbild entsprechend muss das Ergebnis noch durch die Summe der Faktoren in der Matrix dividiert werden. In diesem Fall 9.

Filter: Schärfen

Wird der zentrale Pixel höher bewertet als die benachbarten Pixel erzielt man eine Erhöhung der Bildschärfe. Allerdings erhöht sich damit auch das im Bild enthaltene Rauschen was meist unerwünscht ist.

Filter: Kanten erkennen

Neben dem Weichzeichnen oder Schärfen von Bildern können lineare Filter auch zur Erkennen von Kanten und Konturen eingesetzt werden. Anwendungsszenarios finden sich zum Beispiel in der Medizintechnik oder bilderkennende Steuerungssysteme.  Herleiten lässt sich die Filtermatrix über die Helligkeits-Gradienten des Bildes. Der Helligkeits-Gradient ist ein Maß für die Helligkeitsänderung benachbarter Bildpunkte. Nicht mathematisch ausgedrückt passiert bei der Anwendung dieser Filter folgendes:
Es wird jeweils die Pixelreihe links und rechts (bzw. oben und unten) von der aktuellen Position betrachtet. Sind die Pixelwerte gleich so ist die Summe aufgrund der unterschiedlichen Vorzeichen 0, es liegt keine Kante vor. Sind die Pixelwerte unterschiedlich ergibt sich eine Summe > 0, es liegt eine Kante vor.

Filter für  horizontale Kanten:

Filter für vertikale Kanten:

Mit Photoshop eigene Filter erstellen

Photoshop bietet die Möglichkeit eigene Filter anhand einer Filter-Matrix zu erstellen. Damit lässt sich wunderbar experimentieren. Die Funktion findet sich im Menü: Filter->sonstige Filter->Eigener Filter.
Zur Definition der Filtermatrix steht ein 5×5 Felder großer Eingabebereich zur Verfügung. Im Feld “Skalieren” wird der Wert zur Skalierung der Ergebnisse eingegeben. Das Ergebnis wird durch diesen Wert dividiert.
Das Feld “Versatz”  addiert zum Endergebnis noch einen festen Wert und entspricht einer Verschiebung des gesamten Farbbereichs.
Die Eingabe der oben beschriebenen Glättungsmatrix würde zum Beispiel folgendermaßen aussehen:

OriginalMit Glättungsfilter 3x3

Zur Verstärkung des Effekts können alle 25 Werte der Matrix ausgefüllt werden. Der Skalierungsfaktor muss dann entsprechend grösser sein.

Auch ein Kantenfilter lässt sich problemlos umsetzen. Besonders deutlich wird das Ergebnis bei Bildern mit klaren Kanten:

Durch Kombination unterschiedlicher Gewichtungsfaktoren, Skalierung und Versatz lassen sich erstaunliche Effekte erzielen:

Viel Spaß beim Experimentieren 🙂

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