Kenar yumuşatma filitresi - Anti-aliasing filter

Bir kenar yumuşatma filitresi (AAF) bir filtre önce kullanılmış sinyal örnekleyici kısıtlamak Bant genişliği bir sinyal tatmin etmek Nyquist-Shannon örnekleme teoremi üzerinde ilgi alanı. Teorem, örneklerinden sinyalin kesin olarak yeniden yapılandırılmasının mümkün olduğunu belirttiğinden frekansların gücü yukarıda Nyquist frekansı sıfır, a tuğla duvar filtresi idealleştirilmiş fakat pratik olmayan bir AAF'dir. Pratik bir AAF, Bant genişliği ve takma ad. Pratik bir örtüşme önleme filtresi, tipik olarak bazı kenar yumuşatmaların oluşmasına veya bazı bant içi frekanslar Nyquist sınırına yakın. Bu nedenle, tüm ilgili frekansların yeniden yapılandırılabilmesini sağlamak için mükemmel bir AAF tarafından teorik olarak gerekenden daha yüksek birçok pratik sistem örneği, yüksek hızda örnekleme.

Optik uygulamalar

Optik alçak geçiren filtre olmadan (solda) ve (sağda) bir tuğla duvarın simüle edilmiş fotoğrafları

Bu durumuda optik görüntü örnekleme görüntü sensörleri içinde dijital kameralar kenar yumuşatma filtresi aynı zamanda optik alçak geçiren filtre (OLPF), bulanıklık filtresiveya AA filtresi. Örneklemenin matematiği iki uzamsal boyut matematiğine benzer zaman alanı örnekleme, ancak filtre uygulama teknolojileri farklıdır.

Tipik uygulama dijital kameralar iki katmandır çift ​​kırılmalı gibi malzeme lityum niyobat, her bir optik noktayı dört noktadan oluşan bir kümeye yayan.[1] Böyle bir filtre için nokta ayırma seçimi, keskinlik, örtüşme ve doldurma faktörü (bir nesnenin aktif kırılma alanının oranı) arasında bir ödünleşmeyi içerir. mikrolens dizisi dizi tarafından işgal edilen toplam bitişik alana). İçinde monokrom veya üç CCD veya Foveon X3 kamera, mikrolens dizisi tek başına,% 100'e yakınsa, önemli bir kenar yumuşatma işlevi sağlayabilir,[2]renk filtresi dizisindeyken (ör. Bayer filtresi ) kameralar için, örtüşme adını kabul edilebilir bir düzeye indirmek için genellikle ek bir filtreye ihtiyaç vardır.[3][4][5]

Pentax K-3 Ricoh, benzersiz bir sensör tabanlı örtüşme önleme filtresi sundu. Filtre mikro olarak çalışır titreşimli sensör elemanı. Kullanıcı, kenar yumuşatmayı veya kenar yumuşatmayı seçmeden titreşimi açabilir veya kapatabilir.[6]

Ses uygulamaları

Kenar yumuşatma filtreleri genellikle dijital sinyal işleme sistemin analogtan dijitale dönüştürücü; benzer filtreler kullanılır yeniden yapılandırma filtreleri bu tür sistemlerin çıktısında, örneğin müzik çalarlar. İkinci durumda filtre, bant içi frekansların bant dışına yansıtıldığı durumlarda ters örtüşme işlemi olan görüntülemeyi engeller.

Yüksek hızda örnekleme

Ana makale: Yüksek hızda örnekleme

Olarak bilinen bir teknik yüksek hızda örnekleme yaygın olarak seste kullanılır ADC'ler. Buradaki fikir, daha yüksek bir orta düzey dijital örnekleme hızı kullanmaktır, böylece neredeyse ideal dijital filtre Yapabilmek keskin ayırmak orijinal düşük yakınına takma ad Nyquist frekansı ve daha iyi ver faz cevabı çok daha basitken analog filtre yeni yükseklerin üzerindeki frekansları durdurabilir Nyquist frekansı. Analog filtreler nispeten yüksek maliyete ve sınırlı performansa sahip olduğundan, analog filtre üzerindeki talepleri gevşetmek hem örtüşme hem de maliyeti büyük ölçüde azaltabilir. Dahası, çünkü bazıları gürültü, ses ortalaması alınır, daha yüksek örnekleme oranı orta derecede iyileşebilir SNR.

Alternatif olarak, anti-alias filtresindeki gereksinimleri azaltmak için bir sinyal ara frekans olmadan kasıtlı olarak yüksek hızda örneklenebilir. Örneğin, CD sesi tipik olarak 20 kHz'e kadar uzar, ancak 22.05 kHz Nyquist oranıyla örneklenir. 2,05 kHz yüksek hızda örnekleme ile, ideal filtrelerden daha azıyla bile yüksek ses frekanslarının hem örtüşmesi hem de zayıflaması önlenebilir.

Bant geçiş sinyalleri

Ayrıca bakınız: Az Örnekleme

Genellikle, kenar yumuşatma filtresi bir alçak geçiş filtresi; ancak bu bir gereklilik değildir. Genellemeler Nyquist-Shannon örnekleme teoremi diğer sınırlı bantların örneklenmesine izin ver geçiş bandı yerine sinyaller ana bant sinyaller.

Bant genişliği sınırlı olan ancak sıfırda ortalanmayan sinyaller için, bir bant geçiren filtre kenar yumuşatma filtresi olarak kullanılabilir. Örneğin, bu bir tek yan bant modülasyonlu veya frekans modülasyonlu sinyal. Bir örnek almak istenirse FM radyo 87.9 MHz'de merkezlenmiş ve 200 kHz bandıyla sınırlanmış yayın, ardından uygun bir anti-alias filtresi 87.9'da ortalanacaktır. MHz 200 kHz bant genişliği ile (veya geçiş bandı 87.8 MHz ila 88.0 MHz) ve örnekleme hızı 400 kHz'den az olamaz, ancak aynı zamanda önlemek için diğer kısıtlamaları da karşılamalıdır. takma ad.

Sinyal aşırı yüklenmesi

Ayrıca bakınız: Kırpma (ses)

Örtüşme önleme filtresi kullanırken giriş sinyali aşırı yüklemesinden kaçınmak çok önemlidir. Sinyal yeterince güçlüyse neden olabilir kırpma -de analogtan dijitale dönüştürücü, filtrelemeden sonra bile. Ne zaman çarpıtma kenar yumuşatma filtresinden sonra kırpılma meydana geldiği için, geçiş bandı kenar yumuşatma filtresi; bu bileşenler daha sonra takma ad oluşturarak diğer olmayanların çoğaltılmasına neden olabilir.uyumlu olarak ilgili frekanslar.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Adrian Davies ve Phil Fennessy (2001). Fotoğrafçılar için dijital görüntüleme (Dördüncü baskı). Odak Basın. ISBN  0-240-51590-0.
  2. ^ S. B. Campana ve D.F.Barbe (1974). "Örtüşme ve MTF arasındaki değiş tokuşlar". Elektro-Optik Sistemler Tasarım Konferansı Bildirileri - 1974 Batı Uluslararası Lazer Fuarı - San Francisco, Kaliforniya, 5-7 Kasım 1974. Chicago: Industrial and Scientific Conference Management, Inc. s. 1–9. Bibcode:1974eosd.conf .... 1C.
  3. ^ Brian W. Keelan (2004). Görüntü Kalitesi El Kitabı: Karakterizasyon ve Tahmin. Marcel-Dekker. ISBN  0-8247-0770-2.
  4. ^ Sidney F. Ray (1999). Bilimsel fotoğrafçılık ve uygulamalı görüntüleme. Odak Basın. s. 61. ISBN  978-0-240-51323-2.
  5. ^ Michael Goesele (2004). Bilgisayar Grafiklerinde Gerçek Nesneler ve Işık Kaynakları için Yeni Edinim Teknikleri. Talep Üzerine Kitaplar. s. 34. ISBN  978-3-8334-1489-3.
  6. ^ "Pentax K-3". Alındı 29 Kasım 2013.