Jump to content

Сглаживающий фильтр

Фильтр сглаживания ( AAF ) — это фильтр, используемый перед устройством выборки сигнала для ограничения полосы пропускания сигнала , чтобы удовлетворить теореме выборки Найквиста-Шеннона в интересующем диапазоне . Поскольку теорема утверждает, что однозначное восстановление сигнала по его выборкам возможно, когда мощность частот выше частоты Найквиста равна нулю, фильтр с кирпичной стеной представляет собой идеализированный, но непрактичный ААФ. [а] Практический AAF находит компромисс между уменьшенной полосой пропускания и увеличенным количеством псевдонимов . Практический фильтр сглаживания обычно допускает возникновение некоторого наложения спектров, ослабляет или иным образом искажает некоторые внутриполосные частоты, близкие к пределу Найквиста. По этой причине многие практические системы производят выборку выше, чем теоретически требуется для идеального AAF, чтобы гарантировать возможность восстановления всех интересующих частот. Эта практика называется передискретизацией .

Оптические приложения

[ редактировать ]
Имитированные фотографии кирпичной стены без (слева) и с (справа) оптическим фильтром нижних частот.
Фильтр нижних частот
Оптический фильтр нижних частот (OLPF)

В случае оптической выборки изображения, например, с помощью датчиков изображения в цифровых камерах , фильтр сглаживания также известен как оптический фильтр нижних частот ( OLPF ), фильтр размытия или фильтр АА . Математика выборки в двух пространственных измерениях аналогична математике выборки во временной области , но технологии реализации фильтров различны.

Типичная реализация в цифровых камерах — это два слоя двулучепреломляющего материала, такого как ниобат лития , который распределяет каждую оптическую точку в кластер из четырех точек. [1] Выбор разделения пятен для такого фильтра предполагает компромисс между резкостью, сглаживанием и коэффициентом заполнения (отношение активной преломляющей площади массива микролинз к общей прилегающей площади, занимаемой массивом). В монохромной камере , камере с тремя ПЗС-матрицами или камере Foveon X3 сама по себе матрица микролинз, если ее эффективность близка к 100%, может обеспечить значительную функцию сглаживания. [2] в то время как в камерах с массивом цветных фильтров (например, фильтром Байера ) обычно необходим дополнительный фильтр для уменьшения наложения спектров до приемлемого уровня. [3] [4] [5]

Альтернативные реализации включают Pentax K-3 сглаживающий фильтр , который создает небольшие вибрации на сенсорном элементе. [6] [ повышение? ]

Аудио приложения

[ редактировать ]

используются сглаживающие фильтры На входе аналого-цифрового преобразователя . Подобные фильтры используются в качестве фильтров восстановления на выходе цифро-аналогового преобразователя . В последнем случае фильтр предотвращает формирование изображения — обратный процесс наложения спектров, при котором внутриполосные частоты зеркально отражаются за пределами полосы.

Передискретизация

[ редактировать ]

При передискретизации используется более высокая промежуточная цифровая частота дискретизации, так что почти идеальный цифровой фильтр может резко отсекать наложения вблизи исходной низкой частоты Найквиста и обеспечивать лучшую фазовую характеристику , в то время как гораздо более простой аналоговый фильтр может останавливать частоты выше новой более высокой частоты Найквиста. частота. Поскольку аналоговые фильтры имеют относительно высокую стоимость и ограниченную производительность, снижение требований к аналоговому фильтру может значительно снизить как наложение спектров, так и стоимость. Кроме того, поскольку некоторый шум усредняется, более высокая частота дискретизации может умеренно улучшить соотношение сигнал/шум .

Сигнал может намеренно дискретизироваться с более высокой частотой, чтобы уменьшить требования и искажения фильтра защиты от наложений. Например, сравните звук компакт-диска со звуком высокого разрешения . Аудио компакт-диска фильтрует сигнал до края полосы пропускания 20 кГц, с частотой полосы задерживания Найквиста 22,05 кГц и частотой дискретизации 44,1 кГц. Узкая полоса перехода 2,05 кГц требует компромисса между сложностью фильтра и производительностью. Аудио высокого разрешения использует более высокую частоту дискретизации, обеспечивая как более высокий край полосы пропускания, так и большую полосу перехода, что обеспечивает лучшую производительность фильтра с меньшим наложением спектров, уменьшенным затуханием более высоких звуковых частот и меньшим искажением сигнала во временной и фазовой области. [7] [8] [ не удалось пройти проверку ] [9] [10]

Полосовые сигналы

[ редактировать ]

Часто сглаживающий фильтр представляет собой фильтр нижних частот ; Однако это не является обязательным требованием. Обобщения теоремы выборки Найквиста-Шеннона позволяют осуществлять выборку других сигналов полосы пропускания с ограниченной полосой пропускания вместо сигналов основной полосы .

Для сигналов, полоса пропускания которых ограничена, но не сосредоточена на нуле, в качестве фильтра сглаживания можно использовать полосовой фильтр. Например, это можно сделать с помощью однополосного или частотно-модулированного сигнала. Если необходимо выполнить выборку FM- радиовещания с центральной частотой 87,9 МГц и полосой, ограниченной полосой 200 кГц, тогда соответствующий фильтр сглаживания будет сосредоточен на частоте 87,9 МГц с полосой пропускания 200 кГц (или полосой пропускания от 87,8 МГц до 88,0 МГц), и частота дискретизации должна составлять не менее 400 кГц, но также должна удовлетворять другим ограничениям для предотвращения наложения спектров . [ указать ]

Перегрузка сигнала

[ редактировать ]

Очень важно избегать перегрузки входного сигнала при использовании фильтра сглаживания. Если сигнал достаточно сильный, это может вызвать ограничение на аналого-цифровом преобразователе даже после фильтрации. Когда искажение из-за ограничения возникает после фильтра сглаживания, оно может создавать компоненты за пределами полосы пропускания фильтра сглаживания; затем эти компоненты могут накладываться друг на друга, вызывая воспроизведение других негармонически связанных частот. [11]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Фильтры «кирпичной стены», работающие в реальном времени, физически нереализуемы, поскольку они имеют бесконечную задержку и бесконечный порядок .
  1. ^ Адриан Дэвис и Фил Феннесси (2001). Цифровая обработка изображений для фотографов (Четвертое изд.). Фокальная пресса. ISBN  0-240-51590-0 .
  2. ^ С.Б. Кампана и Д.Ф. Барбе (1974). «Компромисс между псевдонимами и MTF». Материалы конференции по проектированию электрооптических систем – Западная международная лазерная выставка 1974 г. – Сан-Франциско, Калифорния, 5–7 ноября 1974 г. Чикаго: Industrial and Scientific Conference Management, Inc., стр. 1–9. Бибкод : 1974eosd.conf....1C . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
  3. ^ Брайан В. Килан (2004). Справочник по качеству изображения: характеристика и прогнозирование . Марсель-Деккер. ISBN  0-8247-0770-2 .
  4. ^ Сидни Ф. Рэй (1999). Научная фотография и прикладная визуализация . Фокальная пресса. п. 61. ИСБН  978-0-240-51323-2 .
  5. ^ Майкл Гезеле (2004). Новые методы получения реальных объектов и источников света в компьютерной графике . Книги по запросу. п. 34. ISBN  978-3-8334-1489-3 .
  6. ^ «Пентакс К-3» . Проверено 29 ноября 2013 г.
  7. ^ Кестер, Уолт. «Интерполирующие ЦАП с передискретизацией» (PDF) . Аналоговые устройства . Проверено 17 января 2015 г.
  8. ^ Науман Уппал (30 августа 2004 г.). «Повышающая дискретизация против передискретизации цифрового аудио» . Аудиоголики . Проверено 6 октября 2012 г.
  9. ^ История, Майк (сентябрь 1997 г.). «Предлагаемое объяснение (некоторых) звуковых различий между аудиоматериалами с высокой частотой дискретизации и обычной частотой дискретизации» (PDF) . dCS Ltd. Архивировано (PDF) оригиналом 28 ноября 2009 г.
  10. ^ Лаври, Дэн (1997). «Сэмплирование, передискретизация, отображение и псевдонимы — базовое руководство» (PDF) . Лаври Инжиниринг. Архивировано (PDF) из оригинала 21 июня 2015 г.
  11. ^ Уровень и искажения в цифровом радиовещании (PDF) , получено 11 мая 2021 г.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: ab8f46d2766d27c792f2efd13f3d3507__1699255980
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/ab/07/ab8f46d2766d27c792f2efd13f3d3507.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Anti-aliasing filter - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)