Що таке муар? Як ми можемо цього уникнути?

Який дефект зображення називають "муаре"? Що це викликає, і як ми можемо його уникнути чи зменшити? Це пов’язано з "помилковим кольором"?

Moiré - це форма випромінювання, завдяки якій на зображенні можна спостерігати помилкові візерунки.

Уявіть собі маяк, який кожні 5 секунд посилає імпульс світла, і камеру (або іншого спостерігача), який бачить маяк протягом трьох секунд, а потім блокується його бачити протягом трьох секунд:

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

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

Що насправді є регулярним пульсуванням, спостерігається як сильно нерівномірний малюнок через тимчасове згладжування, спричинене тим, що частота вибірки близька до частоти явища, що спостерігається, але відрізняється від частоти. Ось чому колеса вагонів можуть здаватися крутитися назад, якщо спостерігатись із відеокамерою із фіксованим кадром.

Муаре - це саме те саме явище, але є прикладом просторового, а не часового згладжування. Коли звичайний візерунок світлого і темного, подібного до штучної тканини з волокон, зображується датчиком з фіксованим малюнком пікселів, рівномірність волокон поступається місцем штучному малюнку з значно нижчою частотою (більш широко розташованою):

Зображення Fir0002 / Flagstaffotos. Ліцензія

Згладжування найгірше, коли частота картини близька до частоти вибірки (щільність пікселів у датчику). Шаблони низької частоти не є проблемою. Фільтр проти згладжування розмиває зображення, таким чином зменшуючи частоту введення та можливість згладжування. Мінус полягає в тому, що це також розмиває неповторювані візерунки, які не спричинили б помітного згладжування.

Замість зменшення частоти зображення за допомогою розмивання, згладжування також може бути пом’якшувальним шляхом збільшення частоти вибірки, тобто, збільшення мегапікселів (без збільшення розміру датчика або різкості об'єктива). Цифрові камери середнього формату мають багато мегапікселів, але все ще страждають від зчеплення через більш чіткі об'єктиви.

Фільтри, що запобігають згладжуванню, стандартно встановлені майже для всіх 35-мм датчиків DSLR. Їх можна видалити; Я знаю одну компанію, яка робить це:

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

Перевага - більша різкість, але більше муару. Якщо ви знімаєте лише випадкові природні текстури, то це, мабуть, хороша ідея. У деяких цифрових MF-камерах та задній панелі відсутні фільтри AA. Думка ділиться на те, чому, зважаючи на те, наскільки погане збиття може бути на тканинах, і те, що MF часто використовується для моди. На мою думку, ці зображення, ймовірно, знімаються на f / 32 – f / 45 з гігантськими блоками живлення освітлення, а дифракція виконує роль фільтра AA.

Муар може бути скорочений у програмному забезпеченні, але лише в тій мірі, як правило, набагато краще використовувати фільтр AA. Ви можете отримати гвинтові фільтри проти псевдонімів для лінз, якщо вашому датчику не вистачає фільтра AA.

Муар пов'язаний з помилковим кольором через процес демонстрації. Оскільки (більшість) цифрових датчиків є монохромними пристроями, поперемінні кольорові фільтри розміщуються над кожним пікселем, а кольори інтерполюються для отримання повноцінного кольорового зображення. Під час спостереження за високочастотним монохромним малюнком сусідні пікселі з різними кольоровими фільтрами можуть бачити піки та жолоби відповідно до сигналу, і це може (помилково) інтерпретуватися як різні кольори, що присутні у вході.

У цифровій фотографії ефект муара виникає через перешкоди між тонкою деталлю сцени та сіткою нюхів у датчику. Ви також можете отримати шаблон муара, коли зменшуєте зображення для відображення - в цьому випадку втручання відбувається між тонкою деталлю на зображенні та сіткою пікселів на дисплеї.

У будь-якому випадку, ви можете отримати будь-який (або більше ніж один) з декількох різних ефектів. Одне - це поява вигнутих ліній навіть тоді, коли вихідні дані містять лише прямі. Наприклад, ось синтезований "малюнок", намальований повністю прямими лініями, але з огляду на появу вигнутих ліній майже скрізь:

У цьому випадку поява вигнутих ліній відбувається в першу чергу через "сходові кроки" в лініях, які трапляються через те, що діагональна лінія перетворюється на пікселі, розташовані в горизонтальну / вертикальну сітку. У відображенні це можна запобігти (значною мірою) анти-згладжуванням - антизгладжування згладжує ті переходи за допомогою пікселів, які частково запалюються. Якби ми подивилися на невеликий відрізок рядків вище, один із переходів виглядав би приблизно так:

Це можна виправити за допомогою згладжування рядка, який допомагає заповнити цей різкий перехід деякими проміжними сірими значеннями, приблизно так:

Збільшена, як це, лінія, ймовірно, виглядає не дуже плавною, але в нормальних розмірах (як правило) явне поліпшення. Ось зразок з трьох ліній, намальованих під одним кутом, верхній без відстежування, а середній і нижній анти-псевдонім з двома різними алгоритмами:

Більшість цифрових фотоапаратів роблять приблизно те ж саме, фільтруючи вхідне світло лише миттєво , тому там, де оригінальне зображення містить різкі переходи, подібні до цього, крихітний шматочок світла буде розсіяний на сусідні пікселі, щоб вони могли заповнити "сходові кроки" a мало, і сховати переходи аналогічно.

Розсіяне світло таким чином розмиває зображення (щомісячно), зменшуючи видимі деталі. Незалежно від того, яку кількість АА виробник вирішив використати, хтось із цим буде незадоволений. Сильний фільтр AA гарантує, що ви не бачите деталей, яких не було в оригіналі, але втрачаєте частину, яка булаприсутній в оригіналі. Більш слабкий фільтр AA дозволяє вам бачити більше деталей від оригіналу, за рахунок (можливо) бачити те, що схоже на деталі, але насправді взагалі немає в оригіналі. По суті неможливо створити «ідеальний» фільтр AA, який гарантує проти будь-яких можливих помилкових деталей, не втрачаючи жодної реальної деталі. Більшість компромісів, втрачаючи трохи реальної деталі, але також дозволяючи трохи помилкових деталей. На багатьох форумах в Інтернеті тривалий час дискутують про те, наскільки сильний фільтр AA використовується в певній камері чи іншій системі, як правило, з твердженням (принаймні мається на увазі), що слабкіші фільтри АА краще.

Тривалий час усі камери з датчиками розміру APS-C (або менше) включали фільтр AA. Однак порівняно недавно було представлено досить багато людей, які або взагалі не мають фільтра AA, або містять оптику, щоб зменшити його дію. На даний момент (липень 2017 року) до них належать:

• Nikon D7200, D5500, D5300 та D3300
• Пентакс K3 II, KP, K-S2

Більшість сучасних камер з датчиками розміром 35 мм також містять фільтри АА. Тривалий час єдиними, яких не було, були Kodak DSLR / n та DSLR / c. Потім кілька років тому Nikon вийшов з D800E. У нього не було фільтра AA ¹ і було досить успішним, що він розпочав тенденцію до опускання їх із багатьох інших вищих кінцевих камер, таких як:

• Canon 5DS R
• Nikon D810, D810A
• Пентакс К1
• Sony A7R, A7R II, A99 II

Примітка: кілька камер Pentax (як з APS-C, так і з повнокадровими датчиками) включають режим зсувного датчика, коли (з камерою на штативі) він займає чотири експозиції, коли датчик зміщений на розмір датчика добре, тому він збирає повну кольорову інформацію в кожному місці датчика, знімаючи необхідність у (більшості?) байєрових дезазарзацій.

Цифрові камери більшого формату (наприклад, Leaf, Hasselblad, Pentax 645D тощо) зазвичай не мають фізичного фільтра AA. За допомогою цих камер вся обробка AA здійснюється в програмному забезпеченні. Залежно від використовуваного програмного забезпечення (а іноді і параметрів, що постачаються до програмного забезпечення) багато з них можуть (і будуть) створювати помилкові деталі, які взагалі відсутні в оригінальній тематиці.

Помилковий колір тісно пов'язаний. Розгляньте надзвичайно тонку білу лінію на малюнку - але вона настільки тонка, що запалює лише одне чуття в будь-якій точці дачі уздовж лінії. У типовому датчику компонування для Байєра лунки датчиків розміщуються таким чином, що в будь-якому місці знаходиться лише один колір. Оскільки наша тонка біла лінія засвічує лише один датчик добре в кожній точці, вона в кінцевому підсумку відображається як колір цього датчика, а не відображається як біла (що потребує освітлення щонайменше трьох лунок датчика). Фільтр AA допомагає запобігти цій проблемі, також розсіюючи достатньо світла, щоб гарантувати, що будь-яке надходить світло виробляє приблизно рівномірне освітлення в достатній кількості сусідніх сенсорних колодязів, щоб відображатись як щось близьке до свого початкового кольору.

Однак знову ж таки, програмне забезпечення для дезактивації, яке намагається відновити максимальну деталізацію, може (і іноді) певною мірою це не робити. У процесі пошуку найдрібніших деталей вона може звузити лінію назад до того, що вона діє так, як вона засвітила лише один колодязний колодязь, і коли це зробить, лінія набуде колір цього датчика замість справжній колір самої лінії, який потребував би введення щонайменше трьох сенсорних свердловин. Різні алгоритми в різній мірі створюють помилковий колір, але, як правило, алгоритми, які відновлюють більше деталей, також мають більшу ймовірність отримання помилкового кольору принаймні з деяких зображень.

^{1. Технічно він фактично має фільтр AA, але позаду нього є другий фільтр, який може скасувати ефекти фільтра AA. Цей досить круговий спосіб, мабуть, дещо простіший у виробництві. Дуже кілька інших камер без фільтра AA роблять те саме.}

І це не лише артефакт зображень. Він може виникати, коли тонкі лінії в одній орієнтації перетинають тонкі лінії в іншій орієнтації. Він поширений у тканинах, де проміжки між нитками більше, ніж нитки, тим самим дозволяючи світлу проходити і взаємодіяти з малюнком ниток в інших частинах тканини.

Моар у цій тканині насправді видно оку, а не лише камері.

Муаре - інтерференційний малюнок . На фотографії багато разів її помічають на тонких деталях жіночого одягу, або на повторюваному малюнку в архітектурі.

Муар може бути спричинений сценою, яка містить ділянки з повторюваними деталями, які перевищують роздільну здатність камери.

Фільтри проти псевдоніму зменшують або усувають муар, але також зменшують чіткість зображення.