Che cos'è il moiré? Come possiamo evitarlo?


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Qual è il difetto dell'immagine chiamato "moiré"? Cosa lo causa e come possiamo evitarlo o ridurlo? È legato al "falso colore"?


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Quando la luna colpisce i tuoi occhi come una grande torta di pizza, è un moiré
Kyle Cronin,

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@Kyle, sono tentato di dire "Quando un ragazzo lascia cadere un gioco di parole, e pensa che sia molto divertente, è un idiota". Ma poi mi definirei un cretino, quindi non lo farò.
LarsH,

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Di recente ho acquistato una Nikon D7100 con 24,3 mp e hanno eliminato del tutto il filtro aa per rendere più nitida l'immagine, ho scattato circa 200 foto e finora non ho trovato prove di moiré, tuttavia non riesco a vedere alcun miglioramento della nitidezza rispetto al mio la vecchia Nikon D90 quando le visualizzi sul mio pc! Forse noterai solo l'aumento della nitidezza quando le fai esplodere o è tutta cospirazione! ma hey sono contento della fotocamera e delle sue immagini risultanti ed è tutto ciò che riguarda la fotografia non è vero? ?

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@KyleCronin guarda il fumetto di xkcd xkcd.com/1814 Pattern di colore: "Quando una griglia è disallineata / con un'altra dietro / È un moiré ..."
b_jonas,

Risposte:


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Moiré è una forma di aliasing in cui si possono osservare falsi schemi in un'immagine.

Immagina un faro che invia un impulso di luce ogni 5 secondi e una telecamera (o altro osservatore) che vede il faro per tre secondi e quindi viene bloccato dal vederlo per tre secondi:

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

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

Ciò che in realtà è un impulso regolare viene osservato come un modello altamente irregolare a causa dell'alias temporale, causato dalla frequenza di campionamento vicina ma diversa dalla frequenza del fenomeno osservato. Questo è il motivo per cui le ruote del carro possono sembrare ruotare all'indietro se osservate con una cinepresa con framerate fisso.

Moiré è esattamente lo stesso fenomeno ma è un esempio di alias spaziale piuttosto che temporale. Quando un modello regolare di luce e buio come un tessuto in fibra sintetica viene ripreso da un sensore con un motivo fisso di pixel, l'uniformità delle fibre lascia il posto a un motivo artificiale a una frequenza molto più bassa (più ampia):

Moiré su piume di pappagallo

Immagine di Fir0002 / Flagstaffotos. Licenza

L'aliasing è al suo peggio quando la frequenza del pattern è vicina alla frequenza di campionamento (la densità dei pixel nel sensore). I pattern a bassa frequenza non sono un problema. Un filtro anti-aliasing offusca l'immagine riducendo quindi la frequenza dell'input e la possibilità di aliasing. Il rovescio della medaglia è che ciò offusca anche schemi non ripetitivi che non causerebbero un alias evidente.

Invece di ridurre la frequenza dell'immagine mediante la sfocatura, l'aliasing può anche essere mitigato aumentando la frequenza di campionamento, ovvero avendo più megapixel (senza aumentare le dimensioni del sensore o la nitidezza dell'obiettivo). Le fotocamere digitali di medio formato hanno molti megapixel ma soffrono ancora di alias a causa di obiettivi più nitidi.

I filtri antialiasing sono montati di serie su quasi tutti i sensori DSLR da 35 mm. Possono essere rimossi; Conosco un'azienda che lo fa:

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

Il vantaggio è una maggiore nitidezza ma più moiré. Se spari solo trame naturali casuali, questa è probabilmente una buona idea. Alcune fotocamere e dorsi digitali MF non dispongono di un filtro AA. L'opinione è divisa sul perché, dato quanto aliasing può essere negativo sui tessuti e sul fatto che l'MF è spesso usato per la moda. La mia opinione è che queste immagini sono probabilmente scattate a f / 32 – f / 45 con giganteschi alimentatori di illuminazione e la diffrazione funge da filtro AA.

Il moiré può essere ridotto nel software, ma solo fino a un certo punto, di solito è molto meglio usare un filtro AA. Puoi ottenere filtri anti-alias da avvitare per gli obiettivi se il tuo sensore non ha un filtro AA.


Moiré è legato al falso colore a causa del processo di demosiacing. Poiché (la maggior parte) i sensori digitali sono dispositivi monocromatici, filtri a colori alternati vengono posizionati su ciascun pixel e i colori interpolati per produrre un'immagine a colori. Quando si osserva un modello monocromatico ad alta frequenza, i pixel adiacenti con diversi filtri di colore possono vedere rispettivamente picchi e depressioni nel segnale, e questo può essere (falsamente) interpretato come colori diversi presenti nell'input.


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Questa è una delle migliori spiegazioni che abbia mai letto. Concur, +1 per l'analogia del faro.
Walt Stoneburner,

perché lo schema osservato è "acceso" quando l'osservatore non può vedere il faro?
Dannate verità,

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il modello osservato non è sulla stessa scala temporale, forse questa è una versione più facile da capire*...................*....*....*........
Luca

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Nella fotografia digitale, l'effetto moiré deriva dall'interferenza tra i minimi dettagli della scena e la griglia dei sensori nel sensore. Puoi anche ottenere un motivo moiré ridimensionando un'immagine per la visualizzazione: in questo caso, l'interferenza si verifica tra i dettagli precisi nell'immagine e la griglia di pixel nel display.

In entrambi i casi, puoi ottenere uno o più di uno di un numero di effetti diversi. Uno è l'aspetto di linee curve anche quando i dati originali contengono solo linee rette. Ad esempio, ecco una "foto" sintetizzata disegnata interamente con linee rette, ma data la comparsa di linee curve quasi ovunque:

inserisci qui la descrizione dell'immagine

In questo caso, l'aspetto delle linee curve si verifica principalmente a causa dei "gradini" nelle linee che si verificano perché una linea diagonale viene trasformata in pixel disposti in una griglia orizzontale / verticale. Nel display, può essere prevenuto (in larga misura) dall'antialiasing: l'antialiasing uniforma le transizioni utilizzando pixel parzialmente illuminati. Se dovessimo guardare una piccola sezione delle linee sopra, una delle transizioni sarebbe simile a questa:

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Ciò può essere risolto mediante l'antialiasing della linea, che aiuta a riempire quella transizione netta con alcuni valori di grigio intermedi, qualcosa del genere:

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Ingrandita in questo modo, la linea probabilmente non sembra molto più liscia, ma a dimensioni normali c'è (di solito) un netto miglioramento. Ecco un esempio di tre linee disegnate con lo stesso angolo, la parte superiore senza antialiasing e la parte centrale e inferiore antialiasing con due diversi algoritmi:

inserisci qui la descrizione dell'immagine

La maggior parte delle fotocamere digitali fa all'incirca la stessa cosa, filtrando la luce in entrata solo minuziosamente , quindi dove l'immagine originale contiene transizioni nitide come questa, un po 'di luce verrà dispersa nei pixel vicini, in modo da poter riempire i "gradini" a poco e coprire le transizioni in modo simile.

La dispersione della luce in questo modo offusca l'immagine (minuziosamente), riducendo i dettagli visibili. Indipendentemente dalla quantità di AA che il produttore decide di utilizzare, qualcuno non ne sarà soddisfatto. Un filtro AA forte assicura che non vedi i dettagli che non erano presenti nell'originale, ma perde alcuni dei dettagli che eranopresente nell'originale. Un filtro AA più debole ti consente di vedere più dettagli dall'originale, a scapito di (possibilmente) vedere ciò che sembra un dettaglio, ma non è affatto presente nell'originale. È sostanzialmente impossibile produrre un filtro AA "perfetto" che garantisca ogni possibile falso dettaglio senza perdere alcun dettaglio reale. La maggior parte del compromesso, perdendo un po 'di dettagli reali, ma consentendo anche un po' di dettagli falsi. Parecchi forum online hanno lunghe discussioni su quanto sia forte il filtro AA utilizzato in una particolare fotocamera o altro, di solito con un'affermazione (almeno implicita) che i filtri AA più deboli sono migliori.

Per molto tempo, tutte le fotocamere con sensori di dimensioni APS-C (o inferiori) includevano un filtro AA. Abbastanza recentemente, tuttavia, sono stati introdotti molti che non hanno affatto un filtro AA o includono l'ottica per negarne l'effetto. Al momento (luglio 2017) questi includono:

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

La maggior parte delle fotocamere attuali con sensori da 35 mm includono anche filtri AA. Per molto tempo, gli unici che non lo sono stati sono stati Kodak DSLR / n e DSLR / c. Poi qualche anno fa, Nikon uscì con la D800E. Questo non aveva un filtro AA 1 ed ebbe abbastanza successo da iniziare una tendenza a ometterli da alcune delle fotocamere di fascia più alta, come:

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

Nota: diverse fotocamere Pentax (con entrambi i sensori APS-C e full frame) includono una modalità di imaging con spostamento del sensore, in cui (con la fotocamera su un treppiede) scatta quattro esposizioni con il sensore spostato dalle dimensioni di un sensore bene, quindi raccoglie informazioni a colori in corrispondenza di ogni posizione del sensore, eliminando la necessità della (maggior parte?) de-mosaico di Bayer.

Le fotocamere digitali di formato più grande (ad es. Leaf, Hasselblad, Pentax 645D, ecc.) Normalmente non hanno un filtro AA fisico. Con queste fotocamere, tutte le elaborazioni AA vengono eseguite tramite software. A seconda del software utilizzato (e talvolta dei parametri forniti al software) molti di questi possono (e produrranno) falsi dettagli che non sono affatto presenti nell'oggetto originale.

Il falso colore è strettamente correlato. Prendi in considerazione una linea bianca estremamente sottile nell'immagine, ma è così sottile che illumina solo un sensel in qualsiasi punto lungo la linea. In un tipico sensore a layout Bayer, i pozzetti del sensore sono disposti in modo da rilevare un solo colore in una determinata posizione. Poiché la nostra sottile linea bianca illumina solo un pozzetto del sensore in ciascun punto, finisce per essere mostrato come il colore di quel sensore piuttosto che apparire come bianco (che richiederebbe l'accensione di almeno tre pozzetti del sensore). Il filtro AA aiuta anche a prevenire questo problema disperdendo la luce abbastanza da garantire che qualsiasi luce in entrata produca un'illuminazione approssimativamente uniforme su abbastanza pozzi adiacenti del sensore da mostrare come qualcosa di simile al suo colore originale.

Ancora una volta, tuttavia, il software di smantellamento che tenta di recuperare il massimo dettaglio può (e talvolta lo farà) disfarsene in una certa misura. Nel processo di ricerca del dettaglio più fine, può restringere una linea al punto in cui agisce come se illuminasse solo un singolo pozzetto del sensore, e quando lo fa la linea assumerà bene il colore di quel sensore invece del vero colore della linea stessa, che richiederebbe l'ingresso da almeno tre pozzetti del sensore. Diversi algoritmi producono falsi colori a vari livelli, ma come regola generale, gli algoritmi che recuperano più dettagli hanno anche maggiori probabilità di produrre falsi colori da almeno alcune immagini.


1. Tecnicamente, in realtà ha un filtro AA, ma dietro ha un secondo filtro per annullare gli effetti del filtro AA. Questo metodo piuttosto circolare è apparentemente un po 'più facile da fabbricare. Molte altre fotocamere senza filtro AA fanno lo stesso.


Quella prima sembra qualcosa dall'applicazione Apple II "Brian's Theme". :-)
kindall

@kindall: deve essere una questione di tempistica: l'ho visto per la prima volta su un mainframe Control Data che si avvicinava a un terminale grafico Tektronix, che è stato lanciato sul mercato nel marzo 1976, quasi contemporaneamente alla Apple II. Non sono sicuro di "Theme di Brian", anche se - non credo che abbia mai visto quel particolare uno ...
Jerry Coffin

Disegnavo modelli simili sul mio Atari 400. La modalità video ad alta risoluzione era nominalmente una modalità monocromatica, ma se stavi usando uno schermo TV, i pixel erano abbastanza piccoli da poter colpire solo uno o due dei tre (RGB ) fosfori, portando sostanzialmente allo stesso effetto di "falso colore" che otteniamo dai sensori Bayer.
Coneslayer

Ecco un video del tema di Brian: youtube.com/watch?v=2SQGNY_shZw
kindall

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E non è solo un artefatto di imaging. Può verificarsi quando le linee sottili in un orientamento intersecano le linee sottili in un altro orientamento. È comune nei tessuti in cui gli spazi tra i fili sono più grandi dei fili, permettendo così alla luce di passare attraverso e interagire con il motivo dei fili in altre parti del tessuto.

Il moiré in questo tessuto è in realtà visibile agli occhi e non solo una macchina fotografica.

inserisci qui la descrizione dell'immagine


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Moiré è un modello di interferenza . Nella fotografia molte volte si nota nei minimi dettagli dell'abbigliamento di una donna, o in un modello ripetitivo in architettura.

Il moiré può essere causato da una scena che contiene aree con dettagli ripetitivi che superano la risoluzione della fotocamera.

I filtri anti-alias riducono o eliminano il moiré ma riducono anche la nitidezza dell'immagine.

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