Pptical low pass filter


Fotografie » TechTalk » Fysica » Componenten en funkties » Optical low pass filter

De low pass filter wordt in digitale fototoestellen gebruikt om de kleurfranjes (moiré) die door de bayer kleurmosaiek (color filter array of CFA) veroorzaakt kunnen worden te onderdrukken.

De kleurmatrix die in digitale fototoestellen gebruikt worden kunnen kleurfouten veroorzaken (interferentiepatroon bij scherpe en/of repeterende structuren). Een voorbeeld is rechts zichtbaar: de roosterstruktuur veroorzaakt een interferentiepatroon. Vaak kan dit patroon een kleurzweem veroorzaken, dit was vooral het geval bij televisie als het patroon samenviel met de kleurdraaggolf.

Om dit effekt te vermijden moet de beeldscherpte lichtjes verzwakt worden. Er bestaan verschillende soorten optische low pass filters (ook blurfilter of anti-aliasing filter genaamd).

Goedkope fototoestellen hebben geen blurfilter nodig. De kwaliteit van de optiek is zo laag dat er nooit interferentiepatronen kunnen ontstaan. Ook toestellen die niet met een color filter array werken (3-sensor toestellen) hebben in theorie geen low pass filter nodig. Bepaalde digitale spiegelreflex toestellen (high end) kunnen geleverd worden zonder anti-aliasing filter: de bedoeling is hier dat de bewerking achteraf via software zou gebeuren (en enkel toegepast zou worden op beeldelementen die effektief een storing vertonen).

Videocamera's die een redelijk sterke filtering nodig hebben gebruiken een extreem dun matglas. Deze sterke filtering is nodig bij videocamera's omdat het effect meer storend is bij bewegende beelden. Er is ook geen electronische onderdrukking van het effect (zeker niet bij niet-digitale videocamera's (Video-8, S-VHS, Hi-8, enz)). Daarbij komt nog dat de het patroon interfereert met de kleurelectronika.

Maar het is bij de dure spiegelreflexcamera's dat de ingenieurs alles uit hun kast gehaald hebben om de interferentie te elimineren zonder de beeldscherpte teveel te beperken. Deze blurfilter is een vernuftig ding (zoals nagenoeg alles in een spiegelreflex). Het is pas heel recent dat deze “blurfilter” bestaat (en zeg niet gewoon 'blurfilter' tegen een een dergelijke constructie!)

De bedoeling van de low pass filter is niet zomaar een beeldonscherpte te veroorzaken (dit willen we juist vermijden, daarvoor hebben we al goedkope superzoom kitlenzen), maar kleurinterferentie te onderdrukken omdat er een belichtingsverschil tussen twee opeenvolgende pixels optreedt (twee opeenvolgende pixels hebben altijd verschillende kleurfilters zoals je op de afbeelding kan zien).

Als we het signaal van twee opeenvolgende pixels sommeren (optellen dus, maar we zitten hier in hogere regioenen waar de kennis van een geleerde taal een minimum minimorum is) dan vermijden we dit belichtingsverschil, en dit voor alle pixelcombinaties. De lichtstraal die naar de rood-gevoelige pixel gaat, gaat eveneens naar de nabijgelegen groen-gevoelige pixel, en de lichtstraal die naar de groen-gevoelige pixel gaat bereikt eveneens de volgende rood-gevoelige pixel, en zo verder...

De complete optische low pass filter in luxe-uitvoering bestaat uit birefringent materiaal (een kristal dat een dubbel beeld produceert), eerst hebben we een horizontaal kristal (dat een horizontaal dubbelbeeld veroorzaakt), dan een vertikaal kristal (of omgekeerd, naargelang je je toestel in portrait of landscape mode houdt :). Daartussen zit een fase-filter, omdat een birefringent kristal ook iets doet met de polarisatie, en dit willen we vermijden. Uw fototoestelleke van 850€... eigenlijk zou je die 5725€ moeten betalen. En mij ook trouwens, voor het verschaffen van deze informatie...

De praktische uitvoering is wat complexer en omvat ook twee infra-rode filters. De dichroïde spiegel kaatst de infra-rode straling terug en laat zichtbaar licht door. Deze spiegel wordt gevolgd door een tweede IR-filter om een verdere filtering te bekomen (want de sensoren zijn extreem gevoelig voor infra-rood).

De Nikon 800 bezit een normale low pass filter, terwijl de Nikon 800E een tweede filter gebruikt die het effekt van de eerste filter onderdrukt.

Waarom niet gewoon de filter weglaten op de 800E? Omdat beide toestellen op dezelfde lijn gemaakt worden. De afregelpunten moeten dus identiek zijn om de kosten van een aparte produktierun te vermijden. Daarom gebruikt men een filterplaat met dezelfde optische eigenschappen bij beide toestellen, maar bij de 800E heeft de filterplaat geen low pass werking.

Men merkt heel goed de werking van de low pass filter. Zonder de LPF zijn de beelden duidelijk scherper. Maar moiré kan sneller optreden en die is vaak moeilijk te verwijderen éénmaal aanwezig op de foto (het wordt veroorzaakt door de beeldverwerking zelf). Voor landschapsfotografie is de Nikon 800E (zonder low pass) aangeraden.

Maar de technologie staat niet stil en Nikon heeft een ontwerp waarbij er gebruik wordt gemaakt van een uitschakelbare low pass filter. De beeldverschuiving door de birefringente plaat is gebaseerd op de fase: enkel één lichtpolarisatie wordt verschoven. Een uitschakelbare liquid cristal plane veroorzaakt al dan niet een fasedraaing naargelang of er een spanning aangelegd wordt of niet.

Pentax gebruikt een eigen ontwerp, waarbij de beeldstabilisator (in de body) gebruikt wordt om een minimale beeldonscherpte te veroorzaken. De beeldstabilisator wordt normaal gebruikt om het beeld scherper te maken door de sensor te verplaatsen (sensor shift) om zo het beeld te blijven volgen. Maar als het fototoestel perfect stil staat, kan de stabilisator gebruikt worden om een minimale beeldonscherpte te veroorzaken (juist genoeg om moiré te vermijden). Hier kan de volledige low pass filter vervallen. De mechanische LPF kan naar keuze in- of uitgeschakeld worden.


Interferentiepatroon tussen de het onderwerp en de sensorstruktuur


Nikon: LPF off


Nikon: LPF on

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren