¿Qué es el moiré? ¿Cómo podemos evitarlo?


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¿Cuál es el defecto de la imagen llamado "muaré"? ¿Qué lo causa y cómo podemos evitarlo o reducirlo? ¿Está relacionado con el "color falso"?


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Cuando la luna golpea tu ojo como una gran tarta de pizza, eso es un muaré
Kyle Cronin

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@Kyle, tengo la tentación de decir "Cuando un chico deja de jugar un juego de palabras y piensa que es muy divertido, es un imbécil". Pero luego me llamaría un imbécil, así que no lo haré.
LarsH

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Recientemente compré una Nikon D7100 con 24.3 mp y han eliminado el filtro aa por completo para agudizar la imagen, he tomado unas 200 fotos y hasta ahora no he encontrado evidencia de muaré, sin embargo, no puedo ver ninguna mejora en la nitidez sobre mi ¡Nikon D90 viejo cuando los visualizo en mi PC! ¡Quizás solo notas el aumento de nitidez cuando los explotas o todo es una conspiración! Pero bueno, estoy contento con la cámara y sus imágenes resultantes y de eso se trata la fotografía, ¿no es así? ?

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@KyleCronin ve la tira cómica xkcd xkcd.com/1814 Patrón de color: "Cuando una cuadrícula está desalineada / con otra detrás / Eso es un moiré ..."
b_jonas

Respuestas:


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Moiré es una forma de alias mediante el cual se pueden observar patrones falsos en una imagen.

Imagine un faro que envía un pulso de luz cada 5 segundos, y una cámara (u otro observador) que ve el faro durante tres segundos y luego se le impide verlo durante tres segundos:

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

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

Lo que en realidad es un pulso regular se observa como un patrón muy desigual debido al alias temporal, causado por la frecuencia de muestreo cercana pero diferente de la frecuencia del fenómeno observado. Esta es la razón por la cual las ruedas de carreta pueden parecer girar hacia atrás cuando se observan con una cámara de cine con una velocidad de fotogramas fija.

Moiré es exactamente el mismo fenómeno, pero es un ejemplo de alias espacial en lugar de temporal. Cuando un sensor con un patrón fijo de píxeles crea imágenes de un patrón regular de luz y oscuridad como una tela de fibra artificial, la uniformidad de las fibras da paso a un patrón artificial a una frecuencia mucho más baja (más espaciado):

Moiré sobre plumas de loro

Imagen de Fir0002 / Flagstaffotos. Licencia

El alias es peor cuando la frecuencia del patrón está cerca de la frecuencia de muestreo (la densidad de píxeles en el sensor). Los patrones de baja frecuencia no son un problema. Un filtro anti-aliasing difumina la imagen, por lo tanto, reduce la frecuencia de la entrada y la posibilidad de aliasing. La desventaja es que esto también difumina los patrones no repetitivos que no causarían un alias notable.

En lugar de reducir la frecuencia de la imagen mediante el desenfoque, el alias también puede mitigarse al aumentar la frecuencia de muestreo, es decir, tener más megapíxeles (sin aumentar el tamaño del sensor o la nitidez de la lente). Las cámaras digitales de formato medio tienen muchos megapíxeles, pero aún sufren de alias debido a lentes más nítidos.

Los filtros antisolapamiento están instalados en casi todos los sensores DSLR de 35 mm de serie. Se pueden quitar; Sé de una compañía que hace esto:

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

La ventaja es una mayor nitidez pero más muaré. Si solo disparas texturas naturales al azar, esta es probablemente una buena idea. Algunas cámaras y respaldos digitales MF carecen de un filtro AA. La opinión está dividida sobre por qué, dado lo malo que puede ser el alias en las telas y el hecho de que el MF se usa con frecuencia para la moda. Mi opinión es que estas imágenes probablemente se tomaron en f / 32 – f / 45 con paquetes de energía de iluminación gigantes, y la difracción actúa como un filtro AA.

Moiré puede reducirse en software, pero solo hasta cierto punto, generalmente es mucho mejor usar un filtro AA. Puede obtener filtros anti-alias atornillados para lentes si su sensor carece de un filtro AA.


Moiré está relacionado con el color falso debido al proceso de demostración. Como la mayoría de los sensores digitales son dispositivos monocromáticos, se colocan filtros de color alternos sobre cada píxel y los colores se interpolan para producir una imagen a todo color. Al observar un patrón monocromo de alta frecuencia, los píxeles adyacentes con diferentes filtros de color pueden ver picos y valles en la señal respectivamente, y esto puede interpretarse (falsamente) como diferentes colores presentes en la entrada.


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Esta es una de las mejores explicaciones que he leído. Concur, +1 para la analogía del faro.
Walt Stoneburner

¿Por qué el patrón observado está "activado" cuando el observador no puede ver el faro?
malditas verdades

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el patrón observado no está en la misma escala de tiempo, tal vez esta es una versión más fácil de entender*...................*....*....*........
Lucas

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En la fotografía digital, el efecto muaré se debe a la interferencia entre los detalles finos de la escena y la cuadrícula de sensores en el sensor. También puede obtener un patrón muaré al reducir la escala de una imagen para mostrarla; en este caso, la interferencia ocurre entre los detalles finos de la imagen y la cuadrícula de píxeles en la pantalla.

De cualquier manera, puede obtener cualquiera (o más de uno) de varios efectos diferentes. Una es la aparición de líneas curvas incluso cuando los datos originales contienen solo líneas rectas. Por ejemplo, aquí hay una "imagen" sintetizada dibujada completamente con líneas rectas, pero dada la apariencia de líneas curvas en casi todas partes:

ingrese la descripción de la imagen aquí

En este caso, la aparición de líneas curvas ocurre principalmente debido a los "escalones" en las líneas que suceden porque una línea diagonal se transforma en píxeles que se organizan en una cuadrícula horizontal / vertical. En la pantalla, puede evitarse (en gran medida) mediante suavizado: el suavizado suaviza esas transiciones utilizando píxeles que están parcialmente iluminados. Si tuviéramos que mirar una pequeña sección de las líneas de arriba, una de las transiciones se vería así:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esto se puede solucionar al suavizar la línea, lo que ayuda a completar esa transición nítida con algunos valores grises intermedios, algo como esto:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Ampliada así, la línea probablemente no se vea mucho más suave, pero a un tamaño normal (generalmente) hay una clara mejora. Aquí hay una muestra de tres líneas dibujadas en el mismo ángulo, la parte superior sin suavizado y la suavizada media y baja con dos algoritmos diferentes:

ingrese la descripción de la imagen aquí

La mayoría de las cámaras digitales hacen más o menos lo mismo, filtrando la luz entrante solo minuciosamente , por lo que donde la imagen original contiene transiciones nítidas como esta, una pequeña cantidad de luz se dispersará a los píxeles vecinos, para que puedan completar los "escalones" poco, y cubrir las transiciones de manera similar.

La luz dispersante de esta manera difumina la imagen (minuciosamente), reduciendo los detalles visibles. No importa qué cantidad de AA decida usar el fabricante, alguien estará descontento con él. Un fuerte filtro AA asegura que no ve detalles que no estaban presentes en el original, pero pierde parte del detalle que estabapresente en el original. Un filtro AA más débil le permite ver más detalles del original, a expensas de (posiblemente) ver lo que parece un detalle, pero en realidad no está presente en el original. Es esencialmente imposible producir un filtro AA "perfecto" que garantice cualquier posible falso detalle sin perder ningún detalle real. La mayoría se compromete, pierde un poco de detalle real, pero también permite un pequeño detalle falso. Muchos foros en línea tienen largas discusiones sobre qué tan fuerte se usa el filtro AA en una cámara en particular u otra, generalmente con una afirmación (al menos implícita) de que los filtros AA más débiles son mejores.

Durante mucho tiempo, todas las cámaras con sensores de tamaño APS-C (o más pequeños) incluyeron un filtro AA. Sin embargo, recientemente se han introducido bastantes que no tienen un filtro AA o incluyen ópticas para negar su efecto. En este momento (julio de 2017), estos incluyen:

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

La mayoría de las cámaras actuales con sensores de 35 mm también incluyen filtros AA. Durante mucho tiempo, los únicos que no lo fueron fueron las DSLR / ny DSLR / c de Kodak. Luego, hace unos años, Nikon salió con la D800E. Esto no tenía un filtro AA 1 y fue lo suficientemente exitoso como para comenzar una tendencia a omitirlos de algunas de las cámaras de gama alta, como:

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

Nota: varias de las cámaras Pentax (con sensores APS-C y de fotograma completo) incluyen un modo de imagen de cambio de sensor, donde (con la cámara en un trípode) toma cuatro exposiciones con el sensor cambiado por el tamaño de un sensor bueno, así que recopila información a todo color en cada ubicación del sensor, eliminando la necesidad de (¿la mayoría?) Des-mosaico relacionado con Bayer.

Las cámaras digitales de formato más grande (por ejemplo, Leaf, Hasselblad, Pentax 645D, etc.) normalmente no tienen un filtro AA físico. Con estas cámaras, todo el procesamiento AA se realiza en software. Dependiendo del software utilizado (y a veces los parámetros suministrados al software), muchos de estos pueden (y lo harán) producir detalles falsos que no están presentes en el tema original.

El color falso está estrechamente relacionado. Considere una línea blanca extremadamente delgada en la imagen, pero es tan delgada que solo ilumina un sensor en cualquier punto de la línea. En un sensor de diseño típico de Bayer, los pocillos del sensor se disponen de modo que solo se detecte un color en una ubicación determinada. Dado que nuestra delgada línea blanca ilumina solo un sensor bien en cada punto, termina mostrándose como el color de ese sensor en lugar de mostrarse como blanco (lo que requeriría encender al menos tres sensores). El filtro AA también ayuda a prevenir este problema al dispersar la luz lo suficiente como para asegurar que cualquier luz entrante produzca una iluminación aproximadamente uniforme a través de suficientes pozos de sensores adyacentes para mostrarse como algo cercano a su color original.

Una vez más, sin embargo, el software de eliminación de mosaicos que intenta recuperar el máximo detalle puede (y a veces lo hará) deshacer esto hasta cierto punto. En el proceso de encontrar los detalles más finos, puede reducir una línea hasta el punto en que actúa como si solo iluminara un solo sensor, y cuando lo haga, la línea tomará el color de ese sensor en lugar del color verdadero de la línea en sí, lo que requeriría la entrada de al menos tres pozos sensores. Los diferentes algoritmos producen colores falsos en diversos grados, pero como regla general, los algoritmos que recuperan más detalles también tienen más probabilidades de producir colores falsos de al menos algunas imágenes.


1. Técnicamente, en realidad tiene un filtro AA, pero detrás tiene un segundo filtro para deshacer los efectos del filtro AA. Este método bastante indirecto es aparentemente algo más fácil de fabricar. Muchas de las otras cámaras sin filtro AA hacen lo mismo.


El primero parece algo de la aplicación Apple II "Brian's Theme". :-)
poco

@kindall: Debe ser una cuestión de tiempo: lo vi por primera vez en un mainframe de Control Data en un terminal de gráficos Tektronix, que salió al mercado en marzo de 1976, casi al mismo tiempo que el Apple II. No estoy seguro acerca de "Tema de Brian", aunque - no creo que he visto que uno en particular ...
Jerry Ataúd

Solía ​​dibujar patrones similares en mi Atari 400. El modo de video de mayor resolución era nominalmente un modo monocromo, pero si usaba una pantalla de TV, los píxeles eran lo suficientemente pequeños como para que pudiera golpear solo uno o dos de los tres (RGB ) fósforos, que conducen básicamente al mismo efecto de "falso color" que obtenemos de los sensores de Bayer.
coneslayer

Aquí hay un video del tema de Brian: youtube.com/watch?v=2SQGNY_shZw
poco

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Y no es solo un artefacto de imagen. Puede ocurrir siempre que líneas finas en una orientación se crucen con líneas finas en otra orientación. Es común en telas donde los espacios entre los hilos son más grandes que los hilos, permitiendo así que la luz pase e interactúe con el patrón de hilos en otras partes de la tela.

El muaré en esta tela es realmente visible para el ojo y no solo una cámara.

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Moiré es un patrón de interferencia . En fotografía muchas veces se nota en los detalles finos de la ropa de una mujer, o en un patrón repetitivo en la arquitectura.

Moiré puede ser causado por una escena que contiene áreas con detalles repetitivos que exceden la resolución de la cámara.

Los filtros anti-alias reducen o eliminan el moiré, pero también reducen la nitidez de la imagen.

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