Moiré là gì? Làm thế nào chúng ta có thể tránh nó?

Khiếm khuyết hình ảnh được gọi là "moiré" là gì? Điều gì gây ra nó, và làm thế nào chúng ta có thể tránh hoặc giảm nó? Có liên quan đến "màu sai"?

Moiré là một hình thức răng cưa, theo đó các mẫu sai có thể được quan sát trong một hình ảnh.

Hãy tưởng tượng một ngọn hải đăng gửi xung ánh sáng cứ sau 5 giây và một máy ảnh (hoặc người quan sát khác) nhìn thấy ngọn hải đăng trong ba giây và sau đó bị chặn không nhìn thấy nó trong ba giây:

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

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

Những gì thực sự là một xung thông thường được quan sát là một mô hình rất không đồng đều do răng cưa tạm thời, gây ra bởi tần số lấy mẫu gần nhưng khác với tần số của hiện tượng được quan sát. Đây là lý do tại sao bánh xe wagon có thể quay ngược lại khi được quan sát bằng máy quay phim với tốc độ khung hình cố định.

Moiré chính xác là hiện tượng tương tự nhưng là một ví dụ về không gian thay vì răng cưa tạm thời. Khi một mô hình sáng và tối thông thường như vải sợi nhân tạo được chụp bằng cảm biến với một pixel pixel cố định, sự đồng đều của các sợi tạo ra một mô hình nhân tạo ở tần số thấp hơn nhiều (khoảng cách rộng rãi hơn):

Hình ảnh bởi Fir0002 / Flagstaffotos. Giấy phép

Bí danh là tồi tệ nhất khi tần số của mẫu gần với tần số lấy mẫu (mật độ pixel trong cảm biến). Các mẫu tần số thấp không phải là vấn đề. Bộ lọc khử răng cưa làm mờ hình ảnh do đó làm giảm tần suất đầu vào và cơ hội khử răng cưa. Nhược điểm là điều này cũng làm mờ các mẫu không lặp lại mà sẽ không gây ra hiện tượng răng cưa đáng chú ý.

Thay vì giảm tần số hình ảnh bằng cách làm mờ, khử răng cưa cũng có thể được giảm thiểu bằng cách tăng tần số lấy mẫu, tức là có nhiều megapixel hơn (không tăng kích thước cảm biến hoặc độ sắc nét của ống kính). Máy ảnh kỹ thuật số định dạng trung bình có rất nhiều megapixel nhưng vẫn bị răng cưa do ống kính sắc nét hơn.

Bộ lọc khử răng cưa được trang bị cho hầu hết các cảm biến DSLR 35mm theo tiêu chuẩn. Chúng có thể được gỡ bỏ; Tôi biết một công ty làm việc này:

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

Ưu điểm là độ sắc nét lớn hơn nhưng nhiều moiré hơn. Nếu bạn chỉ chụp kết cấu tự nhiên ngẫu nhiên thì đây có lẽ là một ý tưởng tốt. Một số máy ảnh kỹ thuật số và mặt sau thiếu bộ lọc AA. Ý kiến ​​được chia cho lý do tại sao, đưa ra cách khử răng cưa xấu trên vải và thực tế là MF thường được sử dụng cho thời trang. Quan điểm của tôi là những hình ảnh này có thể được chụp ở f / 32, f / 45 với các gói năng lượng ánh sáng khổng lồ và nhiễu xạ hoạt động như một bộ lọc AA.

Moiré có thể được giảm trong phần mềm, nhưng chỉ ở một mức độ nào đó, sử dụng bộ lọc AA thường tốt hơn nhiều. Bạn có thể nhận bộ lọc khử răng cưa cho ống kính nếu cảm biến của bạn thiếu bộ lọc AA.

Moiré có liên quan đến màu sai do quá trình khử màu. Vì (hầu hết) các cảm biến kỹ thuật số là các thiết bị đơn sắc, các bộ lọc màu xen kẽ được đặt trên mỗi pixel và các màu được nội suy để tạo ra một hình ảnh đầy đủ màu sắc. Khi quan sát một mẫu đơn sắc tần số cao, các pixel liền kề với các bộ lọc màu khác nhau có thể thấy các đỉnh và máng trong tín hiệu tương ứng và điều này có thể được hiểu một cách sai lệch là các màu khác nhau có trong đầu vào.

Trong chụp ảnh kỹ thuật số, hiệu ứng moiré bắt nguồn từ sự giao thoa giữa chi tiết đẹp trong cảnh và lưới cảm biến trong cảm biến. Bạn cũng có thể nhận được mẫu moiré khi thu nhỏ hình ảnh để hiển thị - trong trường hợp này, sự giao thoa xảy ra giữa chi tiết đẹp trong ảnh và lưới pixel trong màn hình.

Dù bằng cách nào, bạn có thể nhận được bất kỳ (hoặc nhiều hơn một) một số hiệu ứng khác nhau. Một là sự xuất hiện của các đường cong ngay cả khi dữ liệu gốc chỉ chứa các đường thẳng. Ví dụ: đây là một "bức tranh" tổng hợp được vẽ hoàn toàn bằng các đường thẳng, nhưng có sự xuất hiện của các đường cong gần như ở khắp mọi nơi:

Trong trường hợp này, sự xuất hiện của các đường cong xảy ra chủ yếu do "các bậc thang" trong các đường xảy ra do một đường chéo được chuyển thành các pixel được sắp xếp thành một lưới ngang / dọc. Trong màn hình, nó có thể được ngăn chặn (ở một mức độ lớn) bằng cách khử răng cưa - khử răng cưa làm mịn các chuyển đổi đó bằng các pixel được chiếu sáng một phần. Nếu chúng ta nhìn vào một phần nhỏ của các dòng trên, một trong những hiệu ứng chuyển tiếp sẽ trông giống như thế này:

Điều này có thể được khắc phục bằng cách khử răng cưa, giúp điền vào quá trình chuyển đổi sắc nét đó với một số giá trị xám trung gian, đại loại như sau:

Phóng to như thế này, đường kẻ có thể trông không mượt mà hơn, nhưng ở kích thước bình thường (thường) có một sự cải thiện rõ ràng. Đây là một mẫu gồm ba dòng được vẽ ở cùng một góc, trên cùng không có khử răng cưa, và khử răng cưa giữa và dưới với hai thuật toán khác nhau:

Hầu hết các máy ảnh kỹ thuật số đều làm điều tương tự, chỉ lọc ánh sáng tới một cách tinh tế , do đó, khi hình ảnh gốc chứa các chuyển đổi sắc nét như thế này, một chút ánh sáng sẽ bị phân tán đến các pixel lân cận, vì vậy chúng có thể điền vào "các bậc thang" ít, và che đậy sự chuyển tiếp tương tự.

Phân tán ánh sáng theo cách này làm mờ hình ảnh (một cách tinh tế), làm giảm chi tiết có thể nhìn thấy. Bất kể số lượng AA mà nhà sản xuất quyết định sử dụng là gì, ai đó sẽ không hài lòng với nó. Một bộ lọc AA mạnh mẽ đảm bảo bạn không nhìn thấy chi tiết đó là không có mặt trong bản gốc, nhưng mất một số các chi tiết đó làcó mặt trong bản gốc. Bộ lọc AA yếu hơn cho phép bạn xem chi tiết hơn từ bản gốc, với chi phí (có thể) nhìn thấy những gì trông giống như chi tiết, nhưng hoàn toàn không có trong bản gốc. Về cơ bản, không thể tạo ra bộ lọc AA "hoàn hảo" đảm bảo chống lại mọi chi tiết sai có thể có mà không làm mất bất kỳ chi tiết thực nào. Hầu hết thỏa hiệp, mất một chút chi tiết thực, nhưng cũng cho phép một chút chi tiết sai. Khá nhiều diễn đàn trực tuyến đã thảo luận lâu về mức độ mạnh mẽ của bộ lọc AA được sử dụng trong một số máy ảnh cụ thể hoặc khác, thường với một khẳng định (ít nhất là ngụ ý) rằng bộ lọc AA yếu hơn sẽ tốt hơn.

Trong một thời gian dài, tất cả các máy ảnh có cảm biến cỡ APS-C (hoặc nhỏ hơn) đều có bộ lọc AA. Tuy nhiên, gần đây, khá nhiều người đã được giới thiệu rằng không có bộ lọc AA nào cả, hoặc bao gồm quang học để phủ nhận hiệu ứng của nó. Tại thời điểm này (tháng 7 năm 2017) bao gồm:

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

Hầu hết các máy ảnh hiện tại có cảm biến cỡ 35mm cũng bao gồm các bộ lọc AA. Trong một thời gian dài, những thứ duy nhất không có là Kodak DSLR / n và DSLR / c. Sau đó vài năm, Nikon đã ra mắt với D800E. Điều này không có bộ lọc AA ¹ và đủ thành công để nó bắt đầu xu hướng bỏ qua chúng từ một số máy ảnh cao cấp hơn, chẳng hạn như:

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

Lưu ý: một số máy ảnh Pentax (có cả cảm biến APS-C và cảm biến toàn khung hình) bao gồm chế độ hình ảnh dịch chuyển cảm biến, trong đó (với máy ảnh trên chân máy), phải mất bốn lần phơi sáng với cảm biến được thay đổi theo kích thước của cảm biến tốt, vì vậy, nó thu thập thông tin đầy đủ màu sắc tại mỗi vị trí cảm biến, loại bỏ sự cần thiết cho (hầu hết?) khử ghép liên quan đến Bayer.

Máy ảnh kỹ thuật số định dạng lớn hơn (ví dụ: Leaf, Hasselblad, Pentax 645D, v.v.) thường không có bộ lọc AA vật lý. Với các máy ảnh này, tất cả quá trình xử lý AA được thực hiện trong phần mềm. Tùy thuộc vào phần mềm được sử dụng (và đôi khi các tham số được cung cấp cho phần mềm), nhiều trong số này có thể (và sẽ) tạo ra chi tiết sai không có trong chủ đề ban đầu.

Màu sai có liên quan chặt chẽ. Hãy xem xét một đường trắng cực kỳ mỏng trong ảnh - nhưng nó quá mỏng đến nỗi nó chỉ sáng lên một giác quan ở bất kỳ điểm nào dọc theo đường. Trong một cảm biến bố trí điển hình của Bayer, các giếng cảm biến được bố trí để chỉ có một màu được cảm nhận tại bất kỳ vị trí nào. Vì đường trắng mỏng của chúng tôi chỉ sáng một giếng cảm biến tại mỗi điểm, nên cuối cùng nó được hiển thị là màu của cảm biến đó thay vì hiển thị màu trắng (sẽ yêu cầu chiếu sáng ít nhất ba giếng cảm biến). Bộ lọc AA cũng giúp ngăn chặn vấn đề này bằng cách phân tán ánh sáng đủ để đảm bảo rằng bất kỳ ánh sáng tới nào cũng tạo ra ánh sáng xấp xỉ trên các giếng cảm biến liền kề đủ để hiển thị như một thứ gần với màu gốc của nó.

Tuy nhiên, một lần nữa, phần mềm khử ghép cố gắng khôi phục chi tiết tối đa có thể (và đôi khi sẽ) không thực hiện việc này ở một mức độ nào đó. Trong quá trình tìm kiếm chi tiết tốt nhất, nó có thể thu hẹp một đường trở lại điểm mà nó hoạt động giống như nó chỉ thắp sáng một cảm biến duy nhất, và khi nó làm như vậy, dòng đó sẽ mang màu sắc của cảm biến đó thay vì màu sắc thực của chính dòng, sẽ yêu cầu đầu vào từ ít nhất ba giếng cảm biến. Các thuật toán khác nhau tạo ra màu sai ở các mức độ khác nhau, nhưng theo nguyên tắc chung, các thuật toán phục hồi chi tiết hơn cũng có nhiều khả năng tạo ra màu sai từ ít nhất một số hình ảnh.

^{1. Về mặt kỹ thuật, nó thực sự có bộ lọc AA, nhưng đằng sau nó có bộ lọc thứ hai để hoàn tác các hiệu ứng của bộ lọc AA. Phương pháp đường vòng khá rõ ràng này có phần dễ sản xuất hơn. Khá nhiều máy ảnh không có bộ lọc AA khác cũng làm như vậy.}

Và nó không chỉ là một tạo tác hình ảnh. Nó có thể xảy ra bất cứ khi nào các đường thẳng trong một hướng giao nhau giữa các đường thẳng theo hướng khác. Nó là phổ biến trong các loại vải nơi không gian giữa các sợi lớn hơn các sợi, do đó cho phép ánh sáng xuyên qua và tương tác với mô hình của các sợi trong các phần khác của vải.

Các moire trong loại vải này thực sự có thể nhìn thấy bằng mắt và không chỉ là một máy ảnh.

Moiré là một mô hình giao thoa . Trong nhiếp ảnh nhiều lần người ta chú ý đến chi tiết đẹp của quần áo phụ nữ, hoặc một kiểu lặp đi lặp lại trong kiến ​​trúc.

Moiré có thể được gây ra bởi một cảnh có các khu vực có chi tiết lặp đi lặp lại vượt quá độ phân giải của máy ảnh.

Bộ lọc chống bí danh làm giảm hoặc loại bỏ moiré nhưng cũng làm giảm độ sắc nét của hình ảnh.