后处理

锐化

锐化算法用于增强图像中的细节和边缘的技术，即增强边缘上的差异，来突出边缘周围像素间颜色亮度值

边缘检测

• 为了识别数字图像中亮度变化明显的点 有以下常见的方式
• 一阶导数法：基于亮度的一阶导数进行检测
  • 在亮度梯度中寻找峰值
  • 用一维卷积可以表示为 |-1/2|0|1/2|
• 二阶导数法：
  • 基于亮度的二阶导数进行检测，检测二阶导数中过零点的位置
  • 表示为 |1|-2|1|（泰勒展开）
• 计算出到术后，设置一个阈值来确定哪里是边缘位置即可

锐化算子

• 拉普拉斯算子
  • \(\left(\begin{array}{ccc}-1&-1&-1\\-1&9&-1\\-1&-1&-1\end{array}\right)\)
  • 对整个图片中每个像素做上麦那的卷积，将结果加回到原始的图像即可实现锐化
  • 对噪声敏感，可能会导致图像噪声的增加
• 高斯-拉普拉斯算子锐化（LoG）
  • 更好的对边缘进行检测，先用高斯核对图像进行平滑降噪，再用拉普拉斯核对图像进行边缘检测锐化
  • 提升了对噪声的抑制能力
• Roberts 算子锐化
  • 最为简易锐化核之一
  • \(\left(\begin{array}{ccc}-1&0\\0&-1\end{array}\right)\)\(\left(\begin{array}{ccc}0&-1\\-1&0\end{array}\right)\)
  • 不具备抗噪声的能力，适用于边缘陡峭但是噪声较少的图像
• sobel 算子锐化
  • 可以增强图像中的水平和垂直边缘
  • \(\left(\begin{array}{ccc}-1&-2&-1\\0&0&0\\1&2&1\end{array}\right)\)\(\left(\begin{array}{ccc}-1&0&1\\-2&0&2\\-1&0&1\end{array}\right)\)

工程实践

高斯模糊锐化（LoG）

Shader "FGSR/LumaGatedUnsharp"  
{  
    HLSLINCLUDE  
        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Common.hlsl"  
        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Filtering.hlsl"  
        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"  
        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/Shaders/PostProcessing/Common.hlsl"  

        Texture2D<float4> inputColor;  

        float4 displaySize;  
        float _SharpenStrength;  
        float _SharpenThreshold;  
        SamplerState smpLinearClamp;  

        float3 SampleSrc(float2 uv)  
        {            return inputColor.SampleLevel(smpLinearClamp, uv, 0).xyz;  
        }  
        float4 SampleSrc4(float2 uv)  
        {            return inputColor.SampleLevel(smpLinearClamp, uv, 0);  
        }        float4 FragSharpen(Varyings input) : SV_Target  
        {  
            // 邻域偏移  
            float2 du = float2(displaySize.z, 0);  
            float2 dv = float2(0, displaySize.w);  
            float2 uv = input.positionCS.xy * displaySize.zw;  
            // 采样 3x3            real4 c4  = SampleSrc4(uv);  
            real3 c   = c4.xyz;  
            real3 n  = SampleSrc(uv - dv);  
            real3 s  = SampleSrc(uv + dv);  
            real3 w  = SampleSrc(uv - du);  
            real3 e  = SampleSrc(uv + du);  
            real3 nw = SampleSrc(uv - du - dv);  
            real3 ne = SampleSrc(uv + du - dv);  
            real3 sw = SampleSrc(uv - du + dv);  
            real3 se = SampleSrc(uv + du + dv);  

            // 3x3 高斯近似（权重和=1）  
            real3 blur =  
                  (nw + ne + sw + se) * 0.0625     // 1/16  
                + (n + s + w + e)     * 0.125      // 1/8  
                + c                   * 0.25;      // 1/4  

            float3 detail = c - blur;  

            // 阈值门控，避免放大噪点  
            float  lumaMag = abs(dot(detail, float3(0.299, 0.587, 0.114)));  
            float  weight  = saturate((lumaMag - _SharpenThreshold) / max(lumaMag, 1e-6));  
            float3 gated   = detail * weight;  

            // 软限幅，抑制边缘过冲（可调 0.25~0.75）  
            const float limit = 0.5;  
            float3 limited = clamp(gated, -limit, limit);  

            float3 outRGB = c + limited * (_SharpenStrength * c4.a);  

            return float4(outRGB, 1.0);  
        }    ENDHLSL  
        SubShader  
    {  
        Tags { "RenderType" = "Opaque" "RenderPipeline" = "UniversalPipeline"}  
        LOD 100  
        ZTest Always ZWrite Off Cull Off  

        Pass        {  
            Name "LumaGatedUnsharp"  

            HLSLPROGRAM  
                #pragma vertex Vert  
                #pragma fragment FragSharpen  
                #pragma target 4.5  
            ENDHLSL  
        }  
    }}

1. 高斯模糊提取低频信息 2. 减去低频信息提取高频 3. 增强高频信息加回到原图像 4. 此外依据亮度变化等信息添加一些限制门

FSR RCAS 锐化

- RCAS 是拉普拉斯算子变种 - - 核心思想是根据像素周围的对比度来确定 w - - 注：依据感知亮度 luma 来进行计算 - 不需要像传统方法那样减去模糊，而是直接进行增益