Co to jest mora? Jak możemy tego uniknąć?

Jaka jest wada obrazu zwana „mory”? Co go powoduje i jak możemy go uniknąć lub ograniczyć? Czy ma to związek z „fałszywym kolorem”?

Mora jest formą aliasingu, w której na obrazie można zaobserwować fałszywe wzory.

Wyobraź sobie latarnię morską, która wysyła impuls światła co 5 sekund, oraz kamerę (lub innego obserwatora), która widzi latarnię morską przez trzy sekundy, a następnie jest blokowana przez trzy sekundy:

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

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

To, co w rzeczywistości jest regularnym pulsowaniem, jest obserwowane jako wysoce nierównomierny wzór z powodu czasowego aliasingu, spowodowanego faktem, że częstotliwość próbkowania jest bliska, ale różna od częstotliwości obserwowanego zjawiska. Właśnie dlatego koła wagonu mogą się obracać do tyłu, gdy są obserwowane za pomocą kamery filmowej ze stałą liczbą klatek na sekundę.

Mora jest dokładnie tym samym zjawiskiem, ale jest raczej przykładem aliasingu przestrzennego niż czasowego. Gdy czujnik obrazuje regularny wzór jasności i ciemności jak sztuczna tkanina z włókien, czujnik z ustalonym wzorem pikseli, równomierność włókien ustępuje sztucznemu wzorowi przy znacznie niższej częstotliwości (szerszej odległości):

Zdjęcie: Fir0002 / Flagstaffotos. Licencja

Aliasing jest najgorszy, gdy częstotliwość wzoru jest bliska częstotliwości próbkowania (gęstości pikseli w czujniku). Wzorce niskiej częstotliwości nie stanowią problemu. Filtr antyaliasingu rozmywa obraz, zmniejszając w ten sposób częstotliwość wejściową i szansę na aliasing. Minusem jest to, że powoduje to rozmycie powtarzających się wzorów, które nie spowodowałyby zauważalnego aliasingu.

Zamiast zmniejszania częstotliwości obrazu poprzez rozmycie, aliasing może być również łagodzony poprzez zwiększenie częstotliwości próbkowania, tj. Posiadanie większej liczby megapikseli (bez zwiększania rozmiaru czujnika lub ostrości obiektywu). Cyfrowe aparaty średnioformatowe mają wiele megapikseli, ale nadal cierpią na aliasing z powodu ostrzejszych obiektywów.

Filtry antyaliasingowe są standardowo montowane w prawie wszystkich czujnikach DSLR 35 mm. Można je usunąć; Znam jedną firmę, która to robi:

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

Zaletą jest większa ostrość, ale więcej mory. Jeśli fotografujesz tylko przypadkowe naturalne tekstury, jest to prawdopodobnie dobry pomysł. Niektóre aparaty cyfrowe i tylne aparaty MF nie mają filtra AA. Opinie są podzielone, dlaczego, biorąc pod uwagę, jak złe aliasing może być na tkaninach i fakt, że MF jest często używane do mody. Moim zdaniem te zdjęcia są prawdopodobnie kręcone dla f / 32 – f / 45 z gigantycznymi zasilaczami oświetleniowymi, a dyfrakcja działa jak filtr AA.

Moiré można zredukować w oprogramowaniu, ale tylko do pewnego stopnia zwykle lepiej jest użyć filtra AA. Możesz dostać wkręcane filtry antyaliasingu do obiektywów, jeśli czujnik nie ma filtra AA.

Mora jest związana z fałszywym kolorem z powodu procesu usuwania kości. Ponieważ (większość) czujników cyfrowych to urządzenia monochromatyczne, na każdym pikselu umieszczane są naprzemienne filtry kolorów, a kolory interpolowane w celu uzyskania pełnokolorowego obrazu. Obserwując monochromatyczny wzór o wysokiej częstotliwości, sąsiednie piksele z różnymi filtrami kolorów mogą odpowiednio widzieć szczyty i minima w sygnale, i można to (fałszywie) interpretować jako różne kolory występujące na wejściu.

W fotografii cyfrowej efekt mory wynika z interferencji między drobnymi szczegółami w scenie, a siatką czujników w czujniku. Można również uzyskać efekt mory podczas skalowania obrazu w celu wyświetlenia - w tym przypadku dochodzi do interferencji między drobnymi szczegółami obrazu a siatką pikseli na wyświetlaczu.

Tak czy inaczej, możesz uzyskać dowolny (lub więcej) z wielu różnych efektów. Jednym z nich jest pojawienie się linii zakrzywionych, nawet jeśli oryginalne dane zawierają tylko linie proste. Na przykład, oto zsyntetyzowany „obraz” narysowany w całości prostymi liniami, ale biorąc pod uwagę wygląd zakrzywionych linii prawie wszędzie:

W tym przypadku pojawienie się zakrzywionych linii występuje przede wszystkim ze względu na „stopnie schodowe” w liniach, które się zdarzają, ponieważ linia ukośna zostaje przekształcona w piksele, które są ułożone w poziomą / pionową siatkę. Na wyświetlaczu można temu zapobiec (w dużym stopniu) poprzez wygładzanie krawędzi - wygładzanie wygładza przejścia przy użyciu częściowo podświetlonych pikseli. Gdybyśmy spojrzeli na niewielki fragment linii powyżej, jedna z przejść wyglądałaby mniej więcej tak:

Można to naprawić, wygładzając linię, co pomaga wypełnić to ostre przejście pewnymi pośrednimi wartościami szarości, mniej więcej tak:

Tak powiększona linia prawdopodobnie nie wygląda na gładszą, ale przy normalnym rozmiarze jest (zwykle) wyraźna poprawa. Oto próbka trzech linii narysowanych pod tym samym kątem, górnej bez antyaliasingu, a środkowej i dolnej antyaliasingu za pomocą dwóch różnych algorytmów:

Większość aparatów cyfrowych robi z grubsza to samo, filtrując przychodzące światło tylko drobiazgowo , więc tam, gdzie oryginalny obraz zawiera ostre przejścia takie jak ten, odrobina światła zostanie rozproszona na sąsiednie piksele, aby mogły wypełnić „stopnie schodów” mało i podobnie zatuszuj przejścia.

Rozpraszanie światła w ten sposób rozmywa obraz (nieznacznie), zmniejszając widoczne szczegóły. Bez względu na to, jaką ilość AA producent zdecyduje się użyć, ktoś będzie z tego niezadowolony. Silny filtr AA zapewnia, że ​​nie widzisz szczegółów, których nie było w oryginale, ale traci część szczegółów, które byłyobecny w oryginale. Słabszy filtr AA pozwala zobaczyć więcej szczegółów z oryginału, kosztem (być może) zobaczenia czegoś, co wygląda jak detal, ale tak naprawdę wcale nie jest obecne w oryginale. Zasadniczo niemożliwe jest stworzenie „idealnego” filtra AA, który zapewniłby ochronę przed wszelkimi możliwymi fałszywymi szczegółami bez utraty prawdziwych szczegółów. Najbardziej kompromisowy, tracący trochę prawdziwych szczegółów, ale także pozwalający na trochę fałszywych szczegółów. Kilka forów internetowych prowadzi długie dyskusje na temat tego, jak silny filtr AA jest używany w konkretnym aparacie lub innym, zwykle z zapewnieniem (przynajmniej sugerowanym), że słabsze filtry AA są lepsze.

Przez długi czas wszystkie kamery z czujnikami wielkości APS-C (lub mniejszej) zawierały filtr AA. Dość niedawno wprowadzono jednak całkiem sporo, które albo nie mają w ogóle filtra AA, albo zawierają optykę, która neguje jego działanie. Obecnie (lipiec 2017 r.) Obejmują one:

• Nikon D7200, D5500, D5300 i D3300
• Pentax K3 II, KP, K-S2

Większość obecnych kamer z czujnikami wielkości 35 mm zawiera również filtry AA. Przez długi czas jedynymi, które tego nie zrobiły, były Kodak DSLR / n i DSLR / c. Kilka lat temu Nikon wypuścił aparat D800E. Nie posiadał on filtra AA ¹ i był na tyle skuteczny, że zapoczątkował trend polegający na pomijaniu go w wielu zaawansowanych aparatach, takich jak:

• Canon 5DS R
• Nikon D810, D810A
• Pentax K1
• Sony A7R, A7R II, A99 II

Uwaga: kilka aparatów Pentax (zarówno z czujnikami APS-C, jak i pełnoklatkowymi) ma tryb obrazowania z przesunięciem czujnika, w którym (z aparatem na statywie) wykonuje cztery ekspozycje, przy czym czujnik jest przesunięty o rozmiar czujnika cóż, dlatego zbiera pełne informacje o kolorze w każdym miejscu czujnika, eliminując konieczność (najbardziej?) usuwania mozaikowania związanego z Bayerem.

Aparaty cyfrowe o większym formacie (np. Leaf, Hasselblad, Pentax 645D itp.) Zwykle nie mają fizycznego filtra AA. W przypadku tych kamer wszystkie przetwarzanie AA odbywa się w oprogramowaniu. W zależności od użytego oprogramowania (a czasem parametrów dostarczonych do oprogramowania) wiele z nich może (i będzie) wytwarzać fałszywe szczegóły, których w ogóle nie ma w oryginalnym temacie.

Fałszywy kolor jest ściśle powiązany. Rozważ wyjątkowo cienką białą linię na zdjęciu - ale jest ona tak cienka, że ​​oświetla tylko jednego sensela w dowolnym punkcie wzdłuż linii. W typowym czujniku układu Bayera studzienki czujnikowe są rozmieszczone, dzięki czemu w danym miejscu wykrywany jest tylko jeden kolor. Ponieważ nasza cienka biała linia oświetla tylko jeden czujnik w każdym punkcie, w rezultacie jest pokazywana jako kolor tego czujnika, a nie jako biała (co wymagałoby zapalenia co najmniej trzech dołków czujnika). Filtr AA pomaga również zapobiegać temu problemowi, rozpraszając wystarczająco światło, aby zapewnić, że każde przychodzące światło wytwarza w przybliżeniu równomierne oświetlenie wystarczającej liczby sąsiednich dołków czujnika, aby pokazać się jako coś zbliżonego do pierwotnego koloru.

Ponownie jednak oprogramowanie do usuwania mozaik, które próbuje odzyskać maksimum szczegółów, może (i czasami będzie) do pewnego stopnia tego nie robić. W procesie znajdowania najdrobniejszych szczegółów może zawęzić linię z powrotem do punktu, w którym działa, jakby oświetlił tylko jeden czujnik dobrze, a kiedy to zrobi, linia przyjmie kolor tego czujnika zamiast prawdziwy kolor samej linii, który wymagałby wejścia z co najmniej trzech dołków czujnika. Różne algorytmy wytwarzają fałszywe kolory w różnym stopniu, ale z reguły algorytmy, które odzyskują więcej szczegółów, również częściej wytwarzają fałszywe kolory z co najmniej niektórych obrazów.

^{1. Technicznie rzecz biorąc, ma filtr AA, ale za nim znajduje się drugi filtr do cofania efektów filtra AA. Ta raczej ronda jest najwyraźniej nieco łatwiejsza do wyprodukowania. Sporo innych aparatów bez filtrów AA robi to samo.}

I to nie tylko artefakt obrazowania. Może wystąpić, gdy cienkie linie w jednej orientacji przecinają cienkie linie w innej orientacji. Powszechnie stosuje się w tkaninach, w których odstępy między nitkami są większe niż nitki, co pozwala na przejście światła i interakcję z wzorem nici w innych częściach tkaniny.

Mora w tym materiale jest faktycznie widoczna dla oka, a nie tylko dla aparatu.

Mora jest wzorem interferencyjnym . W fotografii wielokrotnie zauważa się drobny detal kobiecej odzieży lub powtarzalny wzór w architekturze.

Efekt mory może być spowodowany sceną zawierającą obszary z powtarzającymi się szczegółami, które przekraczają rozdzielczość aparatu.

Filtry antyaliasingowe zmniejszają lub eliminują efekt mory, ale także zmniejszają ostrość obrazu.