Miksi fyysistä anti-aliasing-suodatinta tarvitaan edelleen nykyaikaisissa DSLR-laitteissa?
On helmikuu 15, 2021 by adminYmmärrän, että aliasing-suodattimen (AA) tarkoitus on estää moirea. Kun digitaalikamerat ilmestyivät ensimmäisen kerran, AA-suodatin oli välttämätön riittävän epätarkkuuden luomiseksi moirekuvioiden estämiseksi. Tuolloin kameraprosessorien teho oli hyvin rajallinen. Mutta miksi on silti tarpeen sijoittaa AA-suodatin anturin päälle moderneissa DSLR-kameroissa? Tätä ei voitu voidaan saavuttaa yhtä helposti algoritmeilla, joita käytetään, kun anturin lähtöä demososoidaan? Näyttää siltä, että nykyinen kameran sisäinen prosessointiteho sallisi tämän nyt paljon enemmän kuin edes muutama vuosi sitten. Canon ” Nykyisellä Digic 5+ -prosessorilla on yli 100-kertainen prosessointiteho kuin Digic III -prosessorilla, mikä kääpiöiden varhaisimpien digitaalikameroiden tehon. Varsinkin kun kuvataan RAW-tiedostoja, eikö AA-epätarkkuutta voi tehdä jälkikäsittelyvaiheessa? Onko tämä Nikon D800E: n perusedellytys, vaikka se käyttää toista suodatinta vastaamaan ensimmäisiä?
Kommentit
- Ei ole. Jo nyt on järjestelmäkameroita, joissa ei ole alias-suodatinta, mukaan lukien Pentax K-5 II, Nikon D800E ja peilittömät mallit, kuten Olympus PEN E -PM2 ja kaikki Fujit (X-E1, X-Pro1). Lisäksi he ilmoittivat jopa kiinteän objektiivin kameroista, joissa ei ole AA-suodatinta (X20 ja X100S).
- Ja kaikissa näissä kameroissa näkyy ajoittain väriä.
- Tosiaankin, mutta niin tekevät myös muut kamerat. Epäilen, että anti-alias-suodatin, joka välttää kaiken moiren, olisi liian vahva, joten valmistajat käyttävät vähemmän vahvoja AA-suodattimia. Esimerkkinä K-5 IIs ja K-5 II -vertailu , moire esiintyy molemmissa kameroissa, vain paljon enemmän K-5 II -mallien kanssa.
- IIRC uusi Nikon D7100 ei ole ’ myöskään.
- d Pentax K-3: lla ei ole nyt suodatinta, mutta sillä on tila värähtää anturia hyvin, hyvin vähän valotuksen aikana simuloida sitä. Paljon mielenkiintoisia innovaatioita tällä alalla.
Vastaus
Aliasing on seurausta toistamasta suunnilleen sama taajuus häiritsee toisiaan ei-toivotulla tavalla. Valokuvaus, linssin anturille projisoiman kuvan korkeammat taajuudet luovat ja häiritsevät kuviota (tässä tapauksessa muaria) pikseliristikkoon. Tämä häiriö tapahtuu vain, kun nämä taajuudet ovat suunnilleen samat tai kun anturin näytetaajuus vastaa kuvan aallotaajuutta. Se on Nyquist-raja. Huomaa … se on analoginen ongelma … moiré tapahtuu häiriöiden takia, jotka tapahtuvat reaaliajassa reaalimaailmassa ennen kuvan todellista valotusta.
Kun kuva on valotettu, häiriökuvio on tehokkaasti ”paistettu sisään”. Voit käyttää ohjelmistoa jossain määrin moiré-kuvioiden puhdistamiseen postissa, mutta se on minimaalisesti tehokas verrattuna fyysiseen alipäästösuodattimeen (AA) anturin edessä. Moarén aiheuttama yksityiskohtainen menetys voi olla myös suurempi kuin AA-suodattimelle menetetty, koska moiré on käytännössä hölynpölyä tietoa, jossa hieman epäselvät yksityiskohdat voivat silti olla hyödyllisiä.
AA-suodatin on suunniteltu vain hämärtämään näitä taajuuksia Nyquistissä, jotta ne eivät aiheuta häiriömalleja. Syynä siihen, että tarvitsemme edelleen AA-suodattimia, johtuu siitä, että kuvakennot ja linssit pystyvät edelleen erottamaan saman taajuuden. Kun anturit paranevat pisteeseen, jossa itse anturin näytteenottotaajuus on jatkuvasti korkeampi kuin edes parhaat linssit niiden optimaalisessa aukossa, tarve AA-suodattimelle vähenisi. Linssi itse hoitaisi tehokkaasti tarvittavan sumennuksen, eikä häiriökuvioita koskaan syntyisi ensinnäkin.
Kommentit
- Tässä on osa a kommentti lähetetty osoitteeseen photo.stackexchange.com/questions/10755/… . Uskotko edelleen sen olevan tarkka? Jos näin on, miten kuvio leivotaan, kunnes RAW-tiedot on demososoitu? ” Ironista kyllä, ainakin RAW: n kanssa teoreettinen nyquistiraja ei aina näytä olevan kovaa rajaa, mikä johtuu todennäköisesti punaisen, vihreän ja sinisen valon erilaisista aallonpituuksista ja RGB-pikselien jakauma anturissa. – jrista ♦ 10. huhtikuuta ’ 11 klo 18:50 ”
- Uskon puhuneen päätöslauselmasta yleensä eikä suoraan tallennetun digitaalisen signaalin aliaksen muodostamiseen. Nyquist-raja on eräänlainen vaikea asia naulata bayer-anturiin RGRG- ja GBGB-rivien epätasaisen kuvion vuoksi. Vihreän spatiaalinen resoluutio on suurempi kuin punaisen tai sinisen spatiaalinen resoluutio, joten punaisen tai sinisen valon nyquist-raja on pienemmällä taajuudella kuin vihreän valon nyquist-raja.Demosoidun kuvan nyquist-raja on eräänlainen vaikea kutsua tarkalleen, joten siitä tulee hieman sumea bändi eikä konkreettinen matemaattinen raja.
- … kyseisestä kuviosta tulee osa kuvaa. Vaikka tietäisitkin virtuaalikuvan tarkat aallonpito-ominaisuudet ja pystyt tuottamaan sen jälkeen Fourier-sarjan, joudut muuttamaan kuvan suuntaa suhteessa anturin virtuaalikonseptiin moiren poistamiseksi ” täydellisesti ”. Se on paljon liian intensiivistä, erittäin matemaattista työtä … olettaen, että tiesit alkuperäisen virtuaalisen kuvasignaalin TARKAN luonteen ja sen suhteen anturiin. Kun aliasing on leivottu RAW: ksi, se on melkein tehty, sitä ei oikeastaan ’ voida kumota ilman, että yksityiskohtia pehmenee.
- Tiedän kaikki erosta punaisella / sinisellä ja vihreällä. Mitä tulee kaikkiin nykyisiin optisiin AA-suodattimiin, jotka suodatetaan vain nyquistissä, se riippuu todella kamerasta. Kaikkia AA-suodattimia ei ole suunniteltu täsmälleen samanlaisiksi, ja jopa samalle tuotemerkille eri malleissa ja eri linjoissa on usein AA-suodattimet, jotka käyttäytyvät eri tavalla. Tiedän, että historiallisesti 1D- ja 5D-linjat ovat sallineet JOTKUT taajuudet juuri nyquistin yläpuolella, mutta mielestäni kyse on tasapainottamisesta objektiivin tarkkuudella.
- Pienemmillä pikseleillä varustetuissa antureissa, kuten Canon 18mp APS- C, D800, D3200 pikselit ovat todella pieniä. Pienen segmentin ulkopuolella, jos todella uudet linssit (kuten Canon ’ Mark II L-sarjan sukupolvi ja sitten vain viimeisten kahden tai kolmen vuoden aikana julkaistut) voivat ratkaista tarpeeksi yksityiskohtaisesti anturin ratkaisemiseksi huomattavasti ja aiheuttaen aliaksen nyquistia korkeammilla taajuuksilla. Suodata noin nyquistin kohdalla, ja itse linssi hämärtää yksityiskohtia sen lisäksi. Mielestäni se on osa syytä, että 5D-linjalla on ollut liian vahva AA-suodatin … linssit ratkaisevat sen helpommin.
Vastaa
Fysiikka ei yksinkertaisesti toimi tällä tavalla. Aliasing revereversible muuntaa Nyquist-rajan ylittävät taajuudet näyttämään taajuuksina rajan alapuolella, vaikka ne ”aliakset” eivät ole oikeastaan siellä. Mikään alias-signaalin käsittely ei voi palauttaa alkuperäistä signaalia yleensä. Fancy matemaattisiin selityksiin on melko pitkä päästä, ellei sinulla ole ollut luokkaa näytteenottoteoriassa ja digitaalisessa signaalinkäsittelyssä. Jos sinulla olisi ollut, et kysyisi kysymystä. Valitettavasti silloin paras vastaus on yksinkertaisesti ”Se ei ole fysiikan toiminta. Anteeksi, mutta sinun täytyy luottaa minuun tässä. ”.
Jos haluat antaa karkean kuvan siitä, että yllä oleva saattaa olla totta, harkitse tapausta, jossa kuva on tiiliseinä. Ilman AA-suodatinta on moire-kuvioita (jotka ovat tosiasiallisesti aliaksia), jolloin tiiliviivat näyttävät aaltomaisilta. Et ole koskaan nähnyt todellista rakennusta, vain kuvan, jossa on aaltoilevat viivat.
Mistä tiedät, että aitoja tiiliä ei asetettu aaltomaiseksi? Olet oletan he ei ole yleisestä tiilitiedostasi ja ihmisten kokemuksista tiiliseinien näkemisestä. Voisiko joku vain huomautuksen tekemiseksi tehdä tarkoituksellisesti tiiliseinän niin, että se näytti tosielämässä (omin silmin katsottuna) kuvan kaltainen? Kyllä he voisivat. Siksi, onko mahdollista matemaattisesti erottaa peitekuva normaalista tiiliseinästä ja uskollinen kuva tarkoituksellisesti aaltoilevasta tiiliseinästä? Ei se ole. Itse asiassa et voi myöskään todellakaan kertoa eroa, paitsi että mielikuvasi siitä, mitä kuva todennäköisesti edustaa, voi antaa sinulle vaikutelman, että pystyt. Jälleen, tarkkaan ottaen et voi kertoa, aallot ovat moirekuvioita tai todellisia.
Ohjelmisto ei voi poistaa maagisesti aaltoja, koska se ei tiedä mikä on todellista ja mikä ei. Matemaattisesti voidaan osoittaa, että sitä ei voida tietää, ainakin katsomalla vain aaltoilevaa kuvaa.
Tiiliseinä voi olla ilmeinen tapaus, jossa voit tietää, että peitekuva on väärä, mutta siinä ovat paljon hienovaraisempia tapauksia, joissa et todellakaan tiedä, etkä ehkä edes tiedä, että aliaksia tapahtuu.
Lisätty vastauksena kommentteihin:
Äänisignaalin ja kuvan aliaksen välinen ero on vain siinä, että ensimmäinen on 1D ja toinen 2D. Teoria ja kaikki matematiikat efektien toteuttamiseksi ovat edelleen samat, vain sitä, että niitä käytetään 2D: ssä käsiteltäessä kuvia. Jos näytteet ovat tavallisessa suorakulmaisessa ruudukossa, kuten ne ovat digitaalikamerassa, esiin tulee joitain muita mielenkiintoisia asioita. Esimerkiksi näytetaajuus on neliömetriä (2) pienempi (noin 1,4 kertaa pienempi) diagonaalisuunnassa akselin suuntaisiin suuntiin sovitettuna. Näytteenottoteoria, Nyquist-nopeus ja aliakset eivät kuitenkaan ole erilaisia 2D-signaalissa kuin 1D-signaalissa.Suurin ero näyttää olevan se, että niillä, jotka eivät ole tottuneet ajattelemaan taajuusavaruudessa, voi olla vaikeampi kietoa mielensä ympärille ja heijastaa, mitä kaikki tarkoittaa kuvassa näkemäsi suhteen.
Jälleen ei, et voi ”demosaikoida” signaalia tosiasian jälkeen, ainakaan yleisessä tapauksessa, jossa et tiedä mitä alkuperäisen on tarkoitus olla. Moire-kuviot, jotka johtuvat jatkuvan kuvan ovat aliaksien otannasta. Sama matematiikka pätee heihin samalla tavoin kuin korkeisiin taajuuksiin, jotka muuttuvat äänivirraksi ja kuulostavat taustapilleiltä. Se on sama juttu, selittämällä sama teoria ja sama ratkaisu sen käsittelemiseksi.
Tämä ratkaisu on poistaa Nyquist-rajan ylittävät taajuudet ennen näytteenotto. Ääni, joka voidaan tehdä yksinkertaisella alipäästösuodattimella, voit mahdollisesti tehdä vastuksesta ja kondensaattorista. Kuvanäytteessä tarvitaan edelleen alipäästösuodatin, tässä tapauksessa se vie osan osuvasta valosta. vain yksi pikseli ja levittämällä se vierekkäisiin pikseleihin. Visuaalisesti tämä näyttää kuvan hämärtymiseltä ennen sen ottamista. Suurtaajuinen sisältö näyttää kuvan yksityiskohdilta tai teräviltä reunoilta. Toisaalta terävät reunat ja hienot yksityiskohdat sisältävät korkeita taajuuksia. Juuri nämä korkeat taajuudet muunnetaan aliaksiksi näytetyssä kuvassa. Joitakin aliaksia kutsutaan moirekuvioiksi, kun alkuperäisessä oli säännöllistä sisältöä. Jotkut aliakset antavat ”portaiden askel” -vaikutuksen viivoille tai reunoille, varsinkin kun ne ovat lähes pystysuoria tai vaakasuoria. Aliaseista on muita visuaalisia tehosteita.
Vain siksi, että audiosignaalien itsenäinen akseli on aika ja kuvan itsenäiset akselit (kaksi niistä, koska signaali on 2D) ovat etäisyyttä, ”ei mitätöi matematiikka tai jotenkin tekee siitä eron audiosignaalien ja kuvien välillä. Todennäköisesti siksi, että aliasingin ja anti-aliasingin teoria ja sovellukset kehitettiin 1D-signaaleille, jotka olivat aikaperusteisia jännitteitä, termiä ”aikataso” käytetään kontrastiksi ”taajuusalueeseen ”. Kuvassa ei-taajuusalueen esitys on teknisesti” etäisyysalue ”, mutta signaalin käsittelyn yksinkertaisuuden vuoksi sitä kutsutaan kuitenkin usein” aikavyöhykkeeksi ”. Älkää antako tämän häiritä teitä aliasista On. Ja ei, se ei ole lainkaan todiste siitä, että teoria ei päde kuviin, vaan vain, että harhaanjohtavaa sanavalintaa käytetään joskus kuvaamaan asioita historiallisista syistä. Itse asiassa pikakuvake ”aika-alue”, jota käytetään kuvien ei-taajuusalueeseen, on itse asiassa koska teoria on sama kuvien ja todellisten aikaperusteisten signaalien välillä. Aliasing on aliasing riippumatta siitä, mitä itsenäinen akseli (tai akselit) sattuu olemaan.
Ellet ole halukas syventymään tähän parin yliopistokurssin näytteenottoteorian ja signaalinkäsittelyn tasolla, lopulta joudut vain luottamaan niihin, joilla on. Jotkut näistä asioista ovat epäjohdonmukaisia ilman merkittävää teoreettista taustaa.
Kommentit
- Kaikki taustani näytteenotossa ja digitaalisessa signaalinkäsittelyssä on ollut digitaalisen äänen suhteen. Ymmärrän, kuinka alipäästösuodatin rajoittaa tietyn taajuuden yläpuolella olevia ääniä pääsemästä AD-muunnokseen. Jos ’ uudelleen näytteenotto 44 100 hz: llä käytät suodatinta, joka alkaa liikkua noin 20 kHz: n nopeudella, ja kaikki 22 kHz: n vastaukset ovat melkein kadonneet. Mutta digitaalisessa kuvantamisessa se ei ole ’ t niin yksinkertaista, koska joissakin AA-suodattimissa jotkut aliakset kulkevat läpi. Olen lukenut muualla, että suodattimet eivät älä yritä estää kaikkea Nyquistin yläpuolella, koska se vähentäisi tarkkuutta liikaa.
- Minun on myönnettävä, että kameran alipäästösuodattimen ongelma ei ole sama kuin ongelma, jota alipäästösuodatin käsittelee äänenkäsittelyssä. Paras tapa sanoa on, että äänen alipäästösuodatin toimii suoraan elektronisen signaalin kanssa, jossa optisena alipäästösuodatin toimii linssin tuottaman kuvasignaalin paikkataajuuksilla. Sähköinen signaali, jonka kanssa olet tottunut työskentelemään, on luonteeltaan erilainen kuin kuvasignaali.
- @Michael: Katso vastaukseni lisäys.
- ” Jatkuvan kuvan ottamisen aiheuttamat Moire-mallit ovat aliaksia. ” – Olin. Mielestäni se on avainasemassa siellä! Kun otat tosiasiallisesti valotuksen, et tallenna puhdasta versiota alkuperäisestä virtuaalikuvasta … tallennat aliaksia datapisteistä alkuperäisessä virtuaalikuvassa. Tietokoneesi tiedot sisältävät aliaksia. Erittäin mukava, ytimekäs ja selkeä tapa sanoa se. 🙂
- @Michael: Se, mitä sanot siitä, kuinka värilliset pikselit interpoloidaan raakakennoarvoista, on oikein, mutta sillä ei ole merkitystä aliaksikeskustelulle.
Vastaa