Uživatel:Novak160

Z HPM wiki
Přejít na: navigace, hledání

Obsah

Aliasing a filtry

Aliasing je tvorba artefaktů při nedodržení vzorkovacího teorému neboli při podvzorkování. AA filtry [1] si nejlépe představíme na zvuku, kdy vše nad hranicí ½ fs odfiltrujeme pryč, aby se nám například ultrazvukové složky nepromítly v důsledku aliasingu do nižších slyšitelných frekvencí, tudíž AA filtry jsou dolní propusti. V obrazu se mluví o „prostorovém aliasingu“. Zde dělají potíže především opakující se vzory s velkou frekvencí, kdy nastává problém při snímání vysokofrekvenčních složek při malém rozlišení, výsledkem je obrazový artefakt, kterému se říká Moiré [/mwɑːrˈeɪ/;]. Dalším artefakt, který můžeme vidět jsou takzvané „jaggies“ [2], kdy diagonální čáry v obraze nejsou hladké, ale v důsledku nízkého rozlišení a čtvercového charakteru pixelů je vnímáme jako čáry, které připomínají schody. Toto se řeší interpolací, která sice sníží kontrast (a tudíž i ostrost). Filtrům pro obraz se říká „OLPF“ neboli optical low pass filter.

Další faktory

Line skipping (CMOS)

[3] rozlišení videa FULL HD 1920x1080, což jsou v podstatě 2Mpx oproti průměrné fotce z DSLR, která mívá 15+ Mpx, se musí takto snížit, poněvadž pro plynulé video musíme natáčet alespoň do 24 fps (často vidíme zvýšení fps na úkor snižování rozlišení), což představuje mnohem větší datový tok než u focení, kde jsou také limity pro sekvenčně zaznamenané fotky a projeví se to tím, že foťák dále přestane fotit, což je ale absolutně nepřípustné u videa, proto se používá tato metoda, kdy se dle algoritmu periodicky vynechávají sloupce či řádky pixelů. Je to vlastně podvzorkování obrazu. Jedno z řešení jak minimalizovat chybu způsobenou LS je použití menšího senzoru jako u (pro video) známého (mirrorless) Panasonic GH4, který je velikosti micro 4/3, čímž omezíme množství pixelů, ale také jejich velikost, což snižuje množství světla, který je každý pixel schopný pojmout a to přináší to další problémy jako zrnění při vyšších citlivostech.

Binning (CCD)

Zvyšování rychlosti čtení ze senzoru na úkor snižování rozlišení [4]. Sčítají se pixely, které jsou nad sebou, než se přesunou do registru. Zlepšuje to SNR, ale pro aliasing to zase znamená snížení vzorkovací frekvence.

Bayerova maska

Má různé vzorkovací frekvence pro různé barvy, jelikož R:G:B odpovídá počtu 1:2:1 pixelů na masce, jejíž element je velikosti 2x2. [5] [6] Jedna z jejích dalších nevýhod je ztráta přibližně 1 EV kvůli filtraci ostatních 2 barevných složek na každém pixelu.
[6] Barevné moiré pro Bayerův filtr na "Siemensově hvězdě". [6] Fotoaparát s vyšším rozlišením (tedy vzorkovací frekvencí).
[6] (vlevo) Barevné moiré pro Bayerův filtr na "Siemensově hvězdě", (vpravo) fotoaparát s vyšším rozlišením.

Látky

[6] Dvojlom

Využívá se tzv. „Birefringent“ materiál, což bývá lithium niobate LiNbO3. Má rozdílný index lomu pro různé polarizace [7], proto se jim říká „birefraktivní“ materiál a je zodpovědný za dvojlom v AA filtru. Jsou to obvykle krystalické látky s ne-kubickou strukturou. To, jak se paprsky chovají je závislé na teplotě a na kvalitě výroby daného krystalu. V ideálním případě rozdělí jeden bod/paprsek do 4 bodů, takže co mělo dopadnout na jeden pixel dopadne v různých polarizacích na 4 sousedící pixely, logicky se snižuje ostrost a tím i snímané vysoké frekvence a tudíž i aliasing. Vyrábí se pomocí Czochralského metody.

Nevýhody

1. Snížení ostrosti
Pro různá rozlišení má různou efektivitu [5] – když senzor, který dokáže 4K a má filtr na 4K obraz, použijeme v rozlišení 2K vynecháváme pixely, které průměrovaly vysokofrekvenční složky, můžeme dostat silnější moiré – řešením je natáčení do 4K, ale již v kameře při ukládání dochází ke konverzi na nižší rozlišení
2. Barevný nádech
3. Ztráta přibližně ¼ EV
4. Nedokonalé potlačení aliasingu, jen takové, jaké je „přijatelné“

Řešení

[14] Rozdíl mezi Bayerovou maskou a X-Trans.

1. Rozmáhající se video s 4K rozlišením (tedy vyšší vzorkovací frekvence).
2. Foveon [9] (ale horší barevná přesnost a SNR)
3. Jiná maska než Bayerova – např. Fujifilm X-Trans sensor (6x6 pixelů s méně pravidelným rozmístěním). Nevýhoda je paradoxně špatné vykreslení množství odstínů zelené, na které jsou potřeba červené a modré složky, takže údajně jsou listy špatně vykresleny [6].

Variace

Externí AA filtry navíc

Výhody:
1. Údajné 75% snížení aliasingu a moiré
2. Montáž je rychlá a není permanentní
Problémy:
1. Zvláštní montáž, kterou si můžete poškodit foťák
2. U některých objektivů (pod 24mm při nízkém clonovém čísle) dochází k rozostření
3. Změna „flange“ (vzdálenost objektivu od senzoru) – tudíž změna chování ostření (vnímání vzdáleností zaostření)
4. Ubírá světlo o -¼ EV
[11]

Možnost jej zapnout či vypnout

[11] Funkce zapínání a vypínání AA filtru od firmy Sony za pomocí Liquid Crystals.

Pomocí LC (liquid crystal) vrstvy je možno měnit polarizaci světla, tudíž i ovládat dvojlom, viz obrázek. Například: Sony Cyber-shot RX1R II, Pentax K-3

[11] Funkce zapínání a vypínání AA filtru od firmy Sony za pomocí Liquid Crystals.

Vyměnitelné OLPF

[12] Montážní bod filtru na kameře RED Dragon.

Značka profesionálních filmových kamer RED v posledních několika letech začala využívat vyměnitelné OLPF, které se vyskytují hned za bajonetem a dají se uvolnit jedním šroubkem. Jeden filtr se pohybuje v cenovém rozmezí 200-600 USD.


Odlišnosti různých filtrů
1. Tonální (především v množství zelené/fialové)
2. Ostrost
3. Údajně v rozsahu tónů v obličeji
4. Propustnost světla – low light verze

Zdroje


[1] Matthews, „Aliasing and Moire patterns,“ [Online]. Available: http://users.wfu.edu/matthews/misc/DigPhotog/alias/.
[2] „Jaggies - Wikipedia,“ [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Jaggies.
[3] „Nino Film,“ [Online]. Available: http://www.ninofilm.net/blog/2010/04/17/536/.
[4] „xdcam user,“ [Online]. Available: http://www.xdcam-user.com/tech-notes/aliasing-and-moire-what-is-it-and-what-can-be-done-about-it/.
[5] „dpreview - Resolution, aliasing and light loss - why we love Bryce Bayer's baby anyway,“ 29 5 2017. [Online]. Available: https://www.dpreview.com/articles/3560214217/resolution-aliasing-and-light-loss-why-we-love-bryce-bayers-baby-anyway.
[6] „Birefringence - Wikipedia,“ [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Birefringence.
[7] „Czochralského metoda - Wikipedia,“ [Online]. Available: https://cs.wikipedia.org/wiki/Czochralsk%C3%A9ho_metoda#/media/File:Czochralski_Process.svg.
[8] „Foveon X3 sensor - Wikipedia,“ [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Foveon_X3_sensor.
[9] „Fujifilm X-Trans sensor - Wikipedia,“ [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Fujifilm_X-Trans_sensor.
[10] MDX49, „YouTube,“ 11 8 2011. [Online]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=QYmL53LzURI.
[11] „Sony Alpha Rumors,“ [Online]. Available: https://www.sonyalpharumors.com/yes-sony-announces-the-new-rx1m2/.
[12] „RED - DSMC Low Light Optimized OLPF,“ [Online]. Available: http://www.red.com/store/products/dsmc-low-light-optimized-olpf.
[13] „The Hurl Blog - Red's game changing OLPF filter | Cinematography,“ [Online]. Available: http://www.thehurlblog.com/reds-game-changing-olpf-filter-cinematography/.
[14] „PetaPixel.com - X-trans vs Bayer Sensors,“ [Online] Available: https://petapixel.com/2017/03/03/x-trans-vs-bayer-sensors-fantastic-claims-test/

Osobní nástroje
Jmenné prostory
Varianty
Akce
Navigace
Nástroje