• Filtre passe-bas


    LE FILTRE ANTI-ALIASING (A-A) ou FILTRE PASSE-BAS

    Le principe de ce filtre est d’étaler la lumière qui arrive sur un sous-pixel pour qu’elle recouvre un pixel entier.

    Son fonctionnement est basé sur des principes de polarisation de lumière. Le résultat est qu’un faisceau lumineux est divisé en deux faisceaux formant un très léger angle :


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    Si un motif (un trait) présente une épaisseur inférieure à la taille d’un pixel, la position exacte du centre de cette ligne sera indéterminée à l’échelle microscopique (sub-pixel) et le dispositif ne pourra pas l’afficher à son emplacement exact. Le capteur va donc enregistrer cette ligne inclinée mais de manière bien particulière : il va activer alternativement le pixel d’une colonne puis va sauter en quinconce sur le pixel d’une autre colonne située sur une autre ligne, et ainsi de suite. Le résultat ne sera pas une ligne régulière mais un escalier, le phénomène bien connu de la pixelisation.

    La meilleure solution pour lisser cet aspect irrégulier consiste à rendre les détails les plus fins aussi larges que les pixels pour éviter ce saut intempestif entre lignes et colonnes. On peut également ajouter des pixels gris pour accentuer subjectivement l’effet dégradé ce qui donnera l’impression visuelle de lisser la ligne oblique tout en la replaçant approximativement à sa position réelle à l’échelle microscopique. C’est la fonction du filtre anti-aliasing, qu’il soit hardware ou software. A présent, la ligne inclinée donnera le même effet sur le capteur qu’un trait corrigé pour l’effet d’aliasing sur un écran.


    Quand se manifeste l’effet d’aliasing ?

    Cet effet se produit au cours de l’échantillonnage numérique c’est-à-dire, dans le cas d’un APN, au cours de la transformation du signal analogique en signal numérique, donc avant son enregistrement par le capteur et sa transposition sous forme de pixels.

    De manière générale, dans un système digital, qu’il s’agisse d’un APN, une caméra vidéo ou une carte vidéo d’ordinateur, le crénelage apparaît lorsque la fréquence spatiale d’échantillonnage est inférieure aux plus petits détails présents dans le signal. Autrement dit, dans un APN le but de l’anti-aliasing est d’éviter que le capteur n’enregistre des détails inférieurs à ce qu’il peut résoudre.

    Un filtre anti-aliasing ne sert donc pas à corriger un crénelage existant mais c’est au contraire une mesure préventive qui évite l’apparition de cet effet.


    Comment fonctionne un filtre anti-aliasing ?

    Sur le plan théorique c’est un filtre passe-bas, un filtre qui atténue ou coupe les hautes fréquences spatiales. Quelle que soit la méthode de correction, hardware ou software, le filtre anti-aliasing doit être appliqué avant l’étape d’échantillonnage qui convertit le signal analogique en signal numérique. En effet, si l’opération est effectuée après l’échantillonnage numérique, il sera impossible d’isoler les défauts d’aliasing des véritables pixels composant l’image.

    Le filtre est dit passe-bas car il laisse passer les basses fréquences du domaine spatial mais bloque les fréquences spatiales élevées. Les hautes fréquences spatiales représentent tous les petits détails présents dans l’image, par exemple les feuilles d’un arbre, les cils des yeux, les grains de sable, les reflets dans l’eau, un motif complexe, un champ lointain contenant des milliers de plants, une surface rugueuse, etc, tandis que les basses fréquences spatiales représentant à l’inverse toutes les grandes zones uniformes présentant peu de détails ou épaisses, des détails clairement visibles comme par exemple le tronc d’un arbre lisse, une route, le ciel bleu, etc, qui ne sera donc pas affecté par le filtre.

    Le principe du filtre anti-aliasing  est donc de discriminer dans l’image certaines zones présentant une fréquence supérieure à un seuil déterminé et les corriger avant que l’image ne soit enregistrée par le capteur photosensible. Si cette correction n’est pas effectuée, le traitement numérique va générer des artefacts lors de la construction de l’image RGB. Grâce à ce filtre, le résultat donnera une image dans laquelle les hautes fréquences seront lissées et paraîtront légèrement floues et, si la méthode est au point, sans générer d’artefacts.

    D’un point de vue digital, une image analogique non corrigée contient de fausses hautes fréquences (des fréquences « crénelées ») qui ne devraient pas apparaître étant donné la bande passante (résolution) limitée de l’appareil (capteur ou écran). Ces défauts vont notamment générer des effets de moiré coloré sur les photographies.

    Ce filtrage est nécessaire car l’APN comme l’ordinateur ne peuvent traiter que les données correspondant à la bande passante du périphérique, c’est-à-dire de la taille des photodiodes du capteur dans le cas de l’APN.

    Il faut donc faire un choix entre piqué superlatif mais avec des risques de moiré, et image un peu moins piquée mais que l’on peut accentuer en post-traitement sans risque de moiré.

    A noter que suivant les boitiers le filtre passe-bas peut-être de faible ou de forte intensité.


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