Пространственное сглаживание


В цифровой обработке сигналов пространственное сглаживание — это метод минимизации артефактов искажения ( алиасинга ) при представлении изображения с высоким разрешением в более низком разрешении. Сглаживание используется в цифровой фотографии , компьютерной графике , цифровом аудио и многих других приложениях.

Сглаживание означает удаление компонентов сигнала с более высокой частотой , чем может быть должным образом разрешено записывающим (или дискретизирующим) устройством. Это удаление выполняется перед (повторной) выборкой с более низким разрешением. Когда дискретизация выполняется без удаления этой части сигнала, это вызывает нежелательные артефакты, такие как черно-белый шум.

При сборе сигналов и аудио сглаживание часто выполняется с использованием аналогового фильтра сглаживания для удаления внеполосной составляющей входного сигнала перед дискретизацией с помощью аналого-цифрового преобразователя . В цифровой фотографии оптические сглаживающие фильтры из двулучепреломляющих материалов сглаживают сигнал в пространственной оптической области. Фильтр сглаживания слегка размывает изображение, чтобы уменьшить разрешение до уровня, достижимого цифровым датчиком, или ниже (чем больше шаг пикселя , тем ниже достижимое разрешение на уровне датчика).

В компьютерной графике сглаживание улучшает внешний вид «зазубренных» краев многоугольников, или «зубчатых » , поэтому они сглаживаются на экране. Однако при этом снижается производительность видеокарты и используется больше видеопамяти . Уровень сглаживания определяет, насколько сглажены края полигонов (и сколько видеопамяти они потребляют).

В верхней части изображения с отступающим узором в виде шахматной доски изображение трудно распознать, и оно не эстетично. Напротив, при сглаживании шахматная доска в верхней части смешивается с серым цветом, что обычно является желаемым эффектом, когда разрешение недостаточно для отображения деталей. Даже в нижней части изображения края на сглаженном изображении кажутся более гладкими. Существует несколько методов, в том числе фильтр sinc , который считается лучшим алгоритмом сглаживания. [1] При увеличении видно, как сглаживание интерполирует яркость пикселей на границах для получения серых пикселей .так как пространство занято как черной, так и белой плиткой. Это помогает сделать изображение, сглаженное фильтром sinc, более гладким, чем исходное.

В простом ромбовидном изображении сглаживание смешивает граничные пиксели; это уменьшает эстетически неприятный эффект резких ступенчатых границ, которые появляются на графике с псевдонимом.


сглаживание
Сглаживание с помощью алгоритма фильтра sinc
Увеличенная часть изображения без сглаживания (слева) и сглаживания (справа)
Слева: псевдоним простой формы. Справа: сглаженная версия той же формы.
Функция Sinc с отдельными X и Y
Гауссова плюс дифференциальная функция