數字圖像處理中的混疊


1. 尼奎斯特定律與混疊

      哈里·尼奎斯特(Harry Nyquist,美國物理學家,1889—1976)在1914年發表了一篇著名的論文,論文提出采樣頻率必須大於原始信號最高頻率的兩倍,才能完整地還原原始信號,這就是著名的尼奎斯特定律。尼奎斯特的理論在當時論證的是模擬信號,在數字信號領域也同樣適用。
  這里舉個例子來說明尼奎斯特定律的含義。假設用數字攝影機拍攝水平條紋的測試卡,測試卡上有500條黑色線,條紋的間隔一致、粗細均勻,那么根據尼奎斯特定律,數字攝影機的垂直分辨率必須至少為1000線,才能將測試卡上的500 條水平線完整地表現出來,否則將出現“混疊”現象。
  所謂混疊,即高於采樣頻率一半的高頻信號被映射到信號的低頻部分,與原有低頻信號疊加,對信號的完整性和准確性產生影響。
  圖1-18為混疊效果示意圖,圖中規律分布圓點的黑色矩形代表感光器件,其中的白色圓點代表采樣點,呈一定角度傾斜的黑色條紋代表被采樣的圖像,在兩者的疊加部分,可以清晰地看到數條較粗的條紋,這些條紋稱為摩爾紋,摩爾紋在原始圖像中並不存在,為混疊的產物。

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圖1-18

      經常使用數字攝影機的攝影師大多遇到過此類混疊現象,特別是對於運動畫面,混疊條紋會有規律地移動,在畫面上形成明顯的瑕疵,視覺上非常醒目。所以在拍攝過程中應盡量避免拍攝百葉窗、大面積的樓梯等呈規律變化的物體,如果必須拍攝,則盡量使這些物體的景別大一些,使其頻率低於尼奎斯特頻率。圖1-19為產生了混疊現象的畫面。

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圖 1-19

 

2. 如何消除混疊

      在視頻信號處理過程中,有兩種方法可以消除混疊現象。一是直接提高采樣頻率,以獲得更高的尼奎斯特頻率,但是采樣頻率不能無限提高;二是在采樣頻率固定的情況下,可通過低通濾波器消除大於尼奎斯特頻率的高頻信號,從而消除混疊現象。

3. 參考

摘自《視頻技術基礎》https://book.douban.com/subject/25734011/

ps:由於網上一堆博客都是抄來抄去的,后面估計原文的圖1-19的圖片跪了,所以其他圖片的照片也跪了,查了一下豆瓣,然后再把關鍵部分摘過來。

(完)


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