안티에이리어싱 필터

Anti-aliasing filter

Anti-Aliasing Filter(AAF; 안티에일리어싱 필터)는 신호의 대역폭을 제한하기 위해 신호 썬플라 전에 사용되는 필터로 대상 대역에 걸쳐 Nyquist-Shannon 샘플링 정리를 충족합니다.Nyquist 주파수보다 높은 주파수의 검정력이 0일 때 샘플로부터의 신호의 명확한 재구성이 가능하다는 정리가 있기 때문에 벽돌 벽 필터는 이상적이지만 실용적이지 않은 AAF입니다.[a]실용적인 AAF는 대역폭 감소와 에일리어싱 증가를 균형 있게 합니다.일반적으로 실용적인 안티에이리어싱 필터는 나이키스트 한계에 가까운 대역 내 주파수를 에일리어싱 발생, 감쇠 또는 왜곡할 수 있도록 합니다.이러한 이유로, 많은 실제 시스템은 모든 관심 주파수를 재구성할 수 있도록 하기 위해 이론적으로 완벽한 AAF에 필요한 것보다 더 높은 샘플링을 수행하는데, 이를 오버샘플링이라고 한다.

광학 응용 프로그램

참고 항목: 공간 안티에일리어싱

Ricoh사의 Pentax K-3는 독특한 센서 기반 안티앨리어싱 필터를 도입했습니다.필터는 센서 요소를 미세하게 진동시킴으로써 작동합니다.사용자는 안티에이리어싱 또는 안티에이리어싱 없음을 선택하여 진동을 켜거나 [1]끌 수 있습니다.

(왼쪽) 및 (오른쪽) 광학식 로우패스 필터가 없는 벽돌 벽의 시뮬레이션 사진
Lowpassfilter
Optical Low-Pass Filter(OLPF)

디지털 카메라의 이미지 센서와 같이 광학 이미지 샘플링의 경우 안티 에일리어싱 필터는 광학 로우패스 필터(OLPF), 블러 필터 또는 AA 필터라고도 합니다.2차원 공간에서의 샘플링의 수학은 시간 영역 샘플링의 수학과 비슷하지만 필터 구현 기술은 다릅니다.

디지털 카메라의 일반적인 구현은 니오베이트 리튬과 같은 복굴절 재료의 두 층으로, 각 광점을 4개의 [2]점으로 이루어진 클러스터로 확산시킵니다.이러한 필터의 스폿 분리는 샤프도, 에일리어싱 및 필 팩터(마이크로렌즈 어레이의 활성 굴절 면적에 대한 어레이가 점유하는 총 인접 면적의 비율) 간의 트레이드오프를 수반합니다.흑백, 3-CCD 또는 Foveon X3 카메라에서는 마이크로렌즈 어레이만으로도 100%에 가까운 효과가 있으면 상당한 안티앨리어싱 [3]기능을 제공할 수 있으며, 컬러 필터 어레이(예를 들어 바이어 필터) 카메라에서는 일반적으로 허용 가능한 [4][5][6]수준으로 앨리어싱을 줄이기 위해 추가 필터가 필요합니다.

오디오 응용 프로그램

안티에일리어싱 필터는 아날로그-디지털 변환기 입력에 사용됩니다.유사한 필터가 디지털-아날로그 변환기 출력 시 재구성 필터로 사용됩니다.후자의 경우 필터는 인밴드 주파수가 아웃오브밴드로 미러링되는 에일리어싱의 역프로세스인 이미징을 방지합니다.

오버샘플링

주요 기사:오버샘플링

오버샘플링에서는 거의 이상적인 디지털 필터가 원래 낮은 나이키스트 주파수 근처에서 앨리어싱을 급격히 차단하고 위상 응답을 개선할 수 있도록 더 높은 나이키스트 주파수보다 훨씬 단순한 아날로그 필터가 주파수를 정지할 수 있도록 더 높은 중간 디지털 샘플링 속도를 사용합니다.아날로그 필터는 상대적으로 비용이 높고 성능이 제한적이기 때문에 아날로그 필터에 대한 요구를 완화하면 앨리어싱과 비용을 크게 줄일 수 있습니다.또, 일부 노이즈는 평균화되어 있기 때문에, 샘플링 레이트가 높을수록 신호 대 잡음비를 어느 정도 향상시킬 수 있다.

또는 안티에일리어스 필터의 요건을 줄이기 위해 의도적으로 높은 속도로 신호를 샘플링할 수 있다.예를 들어 CD 오디오는 일반적으로 최대 20kHz까지 확장되지만 22.05kHz 나이키스트 레이트로 샘플링됩니다.Nyquist-Shannon 샘플링 정리 요구보다 2.05kHz 높은 속도로 샘플링함으로써 이상적인 필터보다 낮은 필터에서도 높은 오디오 주파수의 에일리어싱과 감쇠를 모두 방지할 수 있습니다.

밴드 패스 신호

다음 항목도 참조하십시오.언더샘플링

안티에일리어싱 필터는 로우패스필터인 경우가 많지만 이는 필수가 아닙니다.Nyquist-Shannon 샘플링 정리를 일반화하면 베이스밴드 신호 대신 다른 밴드 제한 패스밴드 신호를 샘플링할 수 있습니다.

대역폭이 제한되지만 제로 중심이 아닌 신호의 경우 밴드 패스필터를 안티 에일리어싱 필터로 사용할 수 있습니다.예를 들어, 이것은 싱글 사이드 밴드 변조 또는 주파수 변조 신호를 사용하여 수행할 수 있습니다.만약 하나는 FM라디오 방송 87.9 MHz에서 중심으로 맛 볼 수 있고 200kHz대역으로 bandlimited 원하는, 난 후 적절한 반앨리어스 필터 87.9 MHz에서 200명의kHz 대역 폭(87.8MHz의 88.0 MHz로 또는 통과 대역), 샘플링 레이트 더 400kHz보다 작을 수 있지만, 또한 aliasing 막기 위한 제약 조건을 만족시키어야 합니다. 가질 것이다.[지정하]

신호 과부하

안티에일리어싱 필터를 사용할 때는 입력 신호의 과부하를 피하는 것이 매우 중요합니다.신호가 충분히 강하면 필터링 후에도 아날로그/디지털컨버터에서 클리핑이 발생할 수 있습니다.앤티 에일리어싱 필터 후에 클리핑에 의한 왜곡이 발생하면 앤티 에일리어싱 필터의 패스밴드 외부에 컴포넌트를 작성할 수 있습니다.이 컴포넌트는 에일리어스 처리 후 다른 비조화 관련 [7]주파수의 재생을 일으킬 수 있습니다.

메모들

  1. ^ 실시간으로 실행되는 벽돌벽 필터는 대기 시간이 무한하고 순서가 무한하기 때문에 물리적으로 실현할 수 없습니다.

레퍼런스

  1. ^ "Pentax K-3". Retrieved November 29, 2013.
  2. ^ Adrian Davies and Phil Fennessy (2001). Digital imaging for photographers (Fourth ed.). Focal Press. ISBN 0-240-51590-0.
  3. ^ S. B. Campana and D. F. Barbe (1974). "Tradeoffs between aliasing and MTF". Proceedings of the Electro-Optical Systems Design Conference – 1974 West International Laser Exposition – San Francisco, Calif., November 5-7, 1974. Chicago: Industrial and Scientific Conference Management, Inc. pp. 1–9. Bibcode:1974eosd.conf....1C.
  4. ^ Brian W. Keelan (2004). Handbook of Image Quality: Characterization and Prediction. Marcel–Dekker. ISBN 0-8247-0770-2.
  5. ^ Sidney F. Ray (1999). Scientific photography and applied imaging. Focal Press. p. 61. ISBN 978-0-240-51323-2.
  6. ^ Michael Goesele (2004). New Acquisition Techniques for Real Objects and Light Sources in Computer Graphics. Books on Demand. p. 34. ISBN 978-3-8334-1489-3.
  7. ^ Level and distortion in digital broadcasting (PDF), retrieved May 11, 2021