Anti-aliasing filtar

Kako bi spriječili degradaciju slike proizvođači ih ugrađuju u digitalne aparate

Low pass filter, filtar niske propusnosti, niskopropusni filtar, anti-aliasing filter odnosno antialiasing filter je optički anizotropan sloj napravljen od specijalnih polimera koji udvostručava dio slike na kojem su prisutne visoke prostorne frekvencije. U aparate se ispred senzora postavljaju čak dva takva filtra tako da se slika učetverostručuje. Tako zapravo nastaje višestruka, neoštra slika koja je degradirani oblik početne slike, pa proizvođači, kako bi spriječili alias kao nasumičnu degradaciju slike zapravo rade kontroliranu degradaciju slike za točno određen pomak, naravno samo u području gdje su detalji previše sitni kako bi ih digitalni senzor zabilježio.

U prirodi, homogena optička sredstva su zapravo iznimke, u atmosferi, u vodi, bilo da je ona slatka ili slana, postoje slojevi različite temperature, gustoće i kemijskog sastava što dovodi do lokalnih promjena indeksa loma, u takvim nehomogenim sredstvima svjetlost se ne širi po pravcu. Za homogena sredstva, za koja vrijedi prvi zakon optike kažemo da su izotropna, jednako propuštaju svjetlost u svim smjerovima, to su nenapregnute, prozirne amorfne tvari kao što su anorganska i organska stakla i čiste tekućine. Amorfne tvari nemaju kristalnu strukturu, atomi i molekule u njima nisu poredani, dok su kod kristala atomi i molekule složeni u neke obrasce, u različite tipove kristalnih rešetki. Neke od tih rešetki u različitim smjerovima različito djeluju na svjetlost, pa za njih kažemo da su anizotropne.

Najpoznatiji prirodni anizotropni kristal je kalcit (islandski dvolomac) koji duplicira sliku odnosno daje dva loma svjetla koje prolazi kroz kristal. Vidljivo je to na priloženoj slici koju smo preuzeli iz časopisa Hrvatski zemljopis izdavačke kuće Meridijani. U broju osam ovog časopisa nalazi se kompletan tekst o karakteristikama kalcita.

Rotira li se takav kristal oko optičke osi jedna slika miruje, zapravo se jedna zraka ponaša kao da prolazi kroz izotropno sredstvo. Takva zraka naziva se redovna ili ordinarna zraka. Druga se pak slika pomiče kako rotiramo kristal, zrake svjetla koje opisuju tu sliku zovu se izvanredne ili ekstraordinarne zrake.

Naravno da bi u fotografskim aparatima bilo nepraktično koristiti ovakve kristale stoga se koristi optički anizotropan sloj napravljen od specijalnih polimera. Prolaskom kroz takav polimer slika se udvostručuje, a pomak slike ovisi o debljini polimera i njegovom indeksu loma. U aparatu postoje dva takva filtra, jedan pomiče sliku u horizontalnom, a drugi u vertikalnom smjeru. Tako se početna zraka svijetla zapravo učetverostruči što je potrebno zbog same konstrukcije senzora koji koristi Bayerovu matricu, odnosno za registraciju jednog piksela slike koristi informacije iz minimalno četiri, a ponekad i više fotodioda.

Ovi su filtri ugrađeni u gotovo sve aparate, samo je nekoliko iznimaka koji ih ne koriste. Filtri su naravno podešeni tako da djeluju samo na signal visoke prostorne frekvencije koji bi mogao uzrokovati pojavu aliasinga. Signal niže frekvencije se propušta bez da filtar na njega utječe, zato se takav filtar i zove niskopropusni filtar, tek kad se pojavi signal frekvencije dovoljno visoke da uzrokuje alias (a ta frekvencija ovisi o razmaku između fotodioda) filtar postaje funkcionalan. To znači da je za svaki senzor, ovisno o pixel pitchu i fill faktoru potrebno konstruirati specifičan anti-aliasing filtar. Kod nekih aparata, kao što je Mamiya ZD niskopropusni filtar se može stavljati prema potrebi. Na taj način slika koju ovaj aparat daje bez filtra postaje još oštrija i detaljnija, no ako se pojavi alias na slici jednostavnim umetanjem low-pass filtra ona se može ukloniti.

Niskopropusni filtar eliminira frekvencijski alias, pojavu novog nepostojećeg signala, no kako on zapravo pomiče sliku izvan prvobitne osi također uklanja i moare visokih frekvencija.