Aliasing

Hvis man har prøvet at fotografere, så kender man betydningen af skarphed - at de interessante dele af billedet står med klare kanter og overgange. Michael Freeman nævner endda i sin bog "The Photographers Eye", at vi har vænnet os til at søge efter de skarpe dele af et billede, når vi skal afkode, hvad der er vigtigt. Skarphed er mao. ikke bare pedanteri - det er en grundlæggende del af billedet.

Derfor er det vel heller ikke unaturligt, at de af os, som fotograferer digitalt med passion, nok alle har prøvet at tage den helt store digitale lup frem og "pixel-peepe" - eller med andre ord, forstørre billederne op i en så urimelig stor størrelse, at man tydeligt kan se de enkelte billedpunkter - og vi er nok alle blevet skuffet over, at vores nye dyre kamera med det nye og måske endnu dyrere objektiv foran, faktisk er synligt uskarpt. Hvorfor kan det dog ikke gøres bedre, når man nu engang er lykkedes med flyve folk til månen og tilbage igen?

Det korte svar er, at det kan det, men det vil vi ikke ønske os!

Det lange svar er til gengæld temmeligt kompliceret, ja faktisk så kompliceret, at jeg ikke skal prøve at foregive at have forstået det - alligevel vil jeg godt vove det ene øje, og prøve at redegøre for elementerne i det:

Uskarpheden i billedet er nemlig lavet med vilje - man har simpelthen sat en "dugget rude" foran sensoren, nemlig det såkalde anti-alias-filter. Den kan fjernes, og så bliver billedet faktisk helt knivskarpt - se f.eks. MaxMax's (LPD LLC) side om "Hot Rod Visible", hvor de tilbyder at fjerne AA-filteret, og erstatte det med noget optisk neutralt. Effekten er ganske tydelig og meget mærkbar.

Der er dog en pris, og det er Moiré-mønstre (følg linket til Wikipedia for en række glimrende illustrationer). To steder, som alle vel har oplevet, er dels til afslutningsdebatten i TV, hvor en uheldig politiker har fået et jakkesæt med et fint mønster på, som så på TV ender med at give masser af falske farver og meget tydelige striber som flytter sig - og dels på film, hvor hjul på transportmidler der bevæger sig fremad (f.eks. diligencer) tilsyneladende kan rotere baglængs.

MaxMax-folkene viser også et par eksempler på Moiré-mønstre, men nedtoner betydningen af dem - og dette er nok lige lovligt modigt, for dels forekommer Moiré-mønstre meget ofte i virkeligheden (f.eks. vil en murstensvæg digitalt fotograferet på nogen afstand kunne give meget kraftig Morié), og dels så er det vanskeligt at fjerne effekten i efterbehandlingen - der er simpelthen gået for megen information tabt.

Men hvad kommer Morié-mønstre af? Jo, det kommer af en effekt kaldet aliasing: hvis vi bruger nogle begreber fra signalbehandling, så vil frekvenser (faktisk "frekvenskomponenter") i et signal, der ligger over Nyquist-frekvensen (=½ samplefrekvens), fremstå på samme måde som frekvenser, som ligger under (en frekvens f vil fremstå på samme måde, som en frekvens Nf_N+f hhv. Nf_N-f, hvor f_N er Nyquist-frekvensen, og N er et positivt heltal).

Modtrækket vil typisk være at fjerne de frekvenser, som ligger over Nyquist-frekvensen, i en proces kaldet "anti-aliasing" - i billedbehandling vil det svare til at gøre billedet lige præcist uskarpt nok til, at man kan sample det præcist - og det lige netop det, som anti-alias-filteret før sensoren i kameraet gør. Bemærk, at sløringen inden sampling sker i det analoge domæne, og dermed i praksis med en langt højere opløsning en sensoren - man kan derfor ikke opnå samme resultat efter at man har samplet signalet; de høje frekvenser er da gået tabt.

Så derfor, kære med-digital-foto-entusiaster, skal billederne fra et godt kamera faktisk være en lille smule uskarpe; de er meget pænere på den måde!