Что такое муар? Как мы можем этого избежать?

Муар — это форма алиасинга, при которой на изображении можно наблюдать ложные узоры.

Представьте себе маяк, который посылает световой импульс каждые 5 секунд, и камеру (или другого наблюдателя), которая видит маяк в течение трех секунд, а затем не может видеть его в течение трех секунд:

lighthouse:        *....*....*....*....*....*....*....*...
observer:          ***...***...***...***...***...***...***

observed pattern:  *...................*....*....*........

То, что на самом деле является регулярной пульсацией, наблюдается как сильно неравномерная картина из-за временного наложения спектров, вызванного тем, что частота дискретизации близка, но отличается от частоты наблюдаемого явления. Вот почему колеса фургона могут вращаться назад при наблюдении с помощью кинокамеры с фиксированной частотой кадров.

Муар — это точно такое же явление, но это пример пространственного, а не временного алиасинга. Когда регулярный узор из света и тени, такой как ткань из искусственного волокна, отображается датчиком с фиксированным рисунком пикселей, равномерность волокон уступает место искусственному рисунку с гораздо более низкой частотой (более широко разнесенными):

Изображение предоставлено Fir0002/Flagstaffphotos. Лицензия

Псевдоним проявляется в худшем случае, когда частота шаблона близка к частоте дискретизации (плотности пикселей в датчике). Низкочастотные паттерны не проблема. Фильтр сглаживания размывает изображение, тем самым уменьшая частоту ввода и вероятность наложения. Недостатком является то, что это также размывает неповторяющиеся шаблоны, которые не вызывают заметного наложения.

Вместо того, чтобы уменьшать частоту изображения за счет размытия, алиасинг также можно смягчить за счет увеличения частоты дискретизации, т. е. увеличения количества мегапикселей (без увеличения размера сенсора или резкости объектива). Цифровые камеры среднего формата имеют большое количество мегапикселей, но все же страдают от алиасинга из-за более резких линз.

Сглаживающие фильтры входят в стандартную комплектацию практически всех 35-мм сенсоров цифровых зеркальных камер. Их можно удалить; Я знаю одну компанию, которая делает это:

http://www.maxmax.com/hot_rod_visible.htm

Преимущество — большая резкость, но больше муара. Если вы снимаете только случайные естественные текстуры, то это, вероятно, хорошая идея. У некоторых цифровых MF-камер и задних панелей отсутствует фильтр AA. Мнения разделились по поводу того, почему, учитывая, насколько плохим может быть наложение на ткани и тот факт, что MF часто используется для моды. Я считаю, что эти изображения, вероятно, сняты при f/32–f/45 с гигантскими источниками света, а дифракция действует как фильтр AA.

Муар можно уменьшить программно, но только до определенной степени, обычно гораздо лучше использовать фильтр АА. Вы можете приобрести навинчивающиеся антиалиасные фильтры для объективов, если в вашем датчике отсутствует фильтр AA.

Муар связан с ложным цветом из-за процесса демосии. Поскольку (большинство) цифровых датчиков являются монохромными устройствами, чередующиеся цветовые фильтры размещаются над каждым пикселем, а цвета интерполируются для получения полноцветного изображения. При наблюдении высокочастотного монохромного рисунка соседние пиксели с разными цветовыми фильтрами могут видеть пики и провалы в сигнале соответственно, и это может быть (ложно) интерпретировано как присутствие разных цветов на входе.

В цифровой фотографии эффект муара возникает из-за интерференции между мелкими деталями сцены и сеткой сенсоров в датчике. Вы также можете получить муаровый узор при уменьшении изображения для отображения - в этом случае возникает интерференция между мелкими деталями изображения и сеткой пикселей на дисплее.

В любом случае, вы можете получить любой (или более одного) из множества различных эффектов. Один из них — появление изогнутых линий, даже если исходные данные содержат только прямые линии. Например, вот синтезированная «картинка», полностью нарисованная прямыми линиями, но с учетом появления изогнутых линий почти везде:

В этом случае появление изогнутых линий происходит в первую очередь из-за «ступенек» в линиях, которые возникают из-за того, что диагональная линия преобразуется в пиксели, которые располагаются в виде горизонтальной/вертикальной сетки. На дисплее это можно предотвратить (в значительной степени) с помощью сглаживания — сглаживание сглаживает эти переходы, используя частично освещенные пиксели. Если бы мы посмотрели на небольшой участок строк выше, один из переходов выглядел бы примерно так:

Это можно исправить с помощью сглаживания линии, что помогает заполнить этот резкий переход некоторыми промежуточными значениями серого, примерно так:

При таком увеличении линия, вероятно, не выглядит намного более гладкой, но при обычном размере (обычно) наблюдается явное улучшение. Вот пример трех линий, нарисованных под одним и тем же углом: верхняя без сглаживания, а средняя и нижняя со сглаживанием с использованием двух разных алгоритмов:

Большинство цифровых камер делают примерно то же самое, фильтруя входящий свет лишь поминутно , поэтому там, где исходное изображение содержит такие резкие переходы, крошечная часть света будет рассеяна на соседние пиксели, чтобы они могли заполнить «ступени лестницы» немного, и аналогичным образом замаскируйте переходы.

Рассеивание света таким образом размывает изображение (минутно), уменьшая видимые детали. Независимо от того, какое количество АА решит использовать производитель, кому-то это не понравится. Сильный фильтр AA гарантирует, что вы не увидите детали, которых не было в оригинале, но теряет некоторые детали, которые былиприсутствует в оригинале. Более слабый фильтр AA позволяет вам увидеть больше деталей оригинала за счет (возможно) просмотра того, что выглядит как детали, но на самом деле вообще не присутствует в оригинале. Практически невозможно создать «идеальный» АА-фильтр, который защищает от любых возможных ложных деталей, не теряя при этом реальных деталей. Самый компромисс, теряющий немного реальных деталей, но также допускающий немного ложных деталей. На многих онлайн-форумах ведутся длительные дискуссии о том, насколько сильный фильтр AA используется в той или иной конкретной камере, обычно с утверждением (по крайней мере, подразумеваемым), что более слабые фильтры AA лучше.

Долгое время все камеры с датчиками размера APS-C (или меньше) включали фильтр AA. Однако совсем недавно было представлено довольно много устройств, которые либо вообще не имеют АА-фильтра, либо включают оптику, чтобы свести на нет его эффект. На данный момент (июль 2017 г.) к ним относятся:

• Никон Д7200, Д5500, Д5300 и Д3300
• Pentax K3 II, КП, К-С2

Большинство современных камер с датчиками размером 35 мм также включают фильтры AA. Долгое время единственными, кто этого не делал, были Kodak DSLR/n и DSLR/c. Затем несколько лет назад Nikon выпустил D800E. В нем не было фильтра AA ¹ , и он был достаточно успешным, чтобы начать тенденцию к исключению их из довольно многих камер более высокого уровня, таких как:

• Канон 5ДС Р
• Никон Д810, Д810А
• Пентакс К1
• Сони А7Р, А7Р II, А99 II

Примечание: некоторые камеры Pentax (как с датчиками APS-C, так и с полнокадровыми) включают режим изображения со сдвигом датчика, при котором (с камерой на штативе) делается четыре кадра со сдвигом датчика на размер датчика. ну, таким образом, он собирает полную информацию о цвете в каждом местоположении датчика, устраняя необходимость в (большинстве?) Демозаике, связанной с Байером.

Цифровые камеры большего формата (например, Leaf, Hasselblad, Pentax 645D и т. д.) обычно не имеют физического фильтра AA. В этих камерах вся обработка сглаживания выполняется в программном обеспечении. В зависимости от используемого программного обеспечения (а иногда и параметров, предоставляемых программному обеспечению) многие из них могут (и будут) давать ложные детали, которых вообще нет в исходном предмете.

Ложный цвет тесно связан. Рассмотрим чрезвычайно тонкую белую линию на картинке, но она настолько тонкая, что освещает только одно прикосновение в любой заданной точке вдоль линии. В типичном датчике Байера лунки датчика расположены таким образом, что в любом заданном месте воспринимается только один цвет. Поскольку наша тонкая белая линия освещает только один сенсор в каждой точке, она в конечном итоге отображается как цвет этого сенсора, а не как белый (что потребовало бы освещения как минимум трех сенсорных лунок). Фильтр AA также помогает предотвратить эту проблему, рассеивая свет в достаточной степени, чтобы гарантировать, что любой входящий свет создает приблизительно равномерное освещение на достаточном количестве соседних лунок сенсора, чтобы он отображался как нечто близкое к его исходному цвету.

Опять же, однако, программное обеспечение для демозаики, которое пытается восстановить максимальную детализацию, может (а иногда и будет) до некоторой степени отменить это. В процессе нахождения мельчайших деталей он может сузить линию до такой степени, что она действует так, как будто она хорошо освещает только один датчик, и когда это происходит, линия принимает цвет этого датчика, а не цвета. истинный цвет самой линии, что потребует ввода как минимум трех сенсорных лунок. Различные алгоритмы производят ложный цвет в разной степени, но, как правило, алгоритмы, которые восстанавливают больше деталей, также с большей вероятностью будут давать ложный цвет по крайней мере на некоторых изображениях.

^{1. Технически у него действительно есть фильтр AA, но за ним есть второй фильтр, чтобы отменить эффекты фильтра AA. Этот довольно окольный метод, по-видимому, несколько проще в изготовлении. Довольно много других камер без фильтра AA делают то же самое.}

И это не просто артефакт изображения. Это может произойти всякий раз, когда тонкие линии в одной ориентации пересекаются с тонкими линиями в другой ориентации. Это распространено в тканях, где промежутки между нитями больше, чем сами нити, что позволяет свету проходить и взаимодействовать с рисунком нитей в других частях ткани.

Муар в этой ткани действительно виден глазу, а не только фотоаппарату.

Муар — это интерференционная картина . В фотографии много раз его замечают на мельчайших деталях женской одежды или на повторяющемся узоре в архитектуре.

Муар может быть вызван сценой, содержащей области с повторяющимися деталями , которые превышают разрешение камеры.

Фильтры сглаживания уменьшают или устраняют муар, а также снижают резкость изображения.