Théorème de Shannon appliqué à la photo et filtre passe bas

Démarré par Powerdoc, Juin 22, 2020, 16:35:49

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Powerdoc

Juin 22, 2020, 16:35:49
On sait tous qu'en photo numérique , que sans filtre passe bas, il peut y avoir des photos de moiré, mais que le filtre passe bas fait perdre du piqué.

En audio , on sait que sur du 44/16 sans filtre passe bas, sans surechantillonage, qu'une partie des fréquences entre 22 et 44 khz se retrouverait présente en miroir en dessous de 20 khz, ce qui polluerait le message dans ces fréquences.
La présence d'un filtre passe bas, est donc obligatoire en audio , et de surcroit a pente raide.

Qu'en est-il en vidéo, mis a part le fameux moiré, est-ce que sans filtre passe bas, il y a des fausses informations contenues dans l'image ?

Sebas_

#1
Juin 22, 2020, 17:47:11
Je ne m'y connais pas du tout en audio ni en video, mais pour la partie photo il me semble que le moiré (et donc la présence ou non d'un filtre pass bas) depends de la résolution du capteur.
Vu les résolutions en video, peut etre n'a t on pas encore atteint cette limite?
(ceci dit, il me semble que de la video 8k équivaut a 30 ou 40Mpix..)

Nikojorj

#2
Juin 22, 2020, 18:27:32
Je ne sais plus où j'ai entendu que les chemises à rayures avaient été interdites pour les présentateurs télé...  Oui, le moiré existe en vidéo.

Après, plus le capteur monte en résolution, plus on a de chances que l'objectif fasse lui-même passe-bas.
Cela dit, le risque de moiré est fortement augmenté si la vidéo est obtenue en prenant un pixel sur N (souvent le cas en vidéo HD ou même 4k d'après un capteur photo >2MPix), plutôt qu'en binning (regrouper l'info de plusieurs pixels) ou crop (le prendre que la partie centrale du capteur).

JCCU

#3
Juin 22, 2020, 19:09:33
Citation de: Powerdoc le Juin 22, 2020, 16:35:49
......
Qu'en est-il en vidéo, mis a part le fameux moiré, est-ce que sans filtre passe bas, il y a des fausses informations contenues dans l'image ?

En vidéo, tu peux avoir du moiré du à l'écran ainsi que des phénomènes assez semblables liés à la chaine de traitement numérique et à la cadence d'affichage (aliasing, crénelage, ...)

Exemple très connu: les roues à rayons qui tournent à l'envers. (on échantillonne à 25 fois par seconde ; si le mouvement filmé est à peu près équivalent, il semble ralentir ou s'inverser) Et impossible à filtrer sinon on voit une roue fixe avec des rayons flous. :D

Verso92

#4
Juin 22, 2020, 19:23:42
Citation de: Powerdoc le Juin 22, 2020, 16:35:49
On sait tous qu'en photo numérique , que sans filtre passe bas, il peut y avoir des photos de moiré, mais que le filtre passe bas fait perdre du piqué.

Le moiré ne ne produit qu'en présence d'un motif répétitif (en gros, la fréquence du motif photographié entre en résonance avec celui du capteur).

C'est quand même un cas relativement rare.


Le problème, sur nos APN, vient surtout de la matrice de Bayer : malgré des algos de dématriçage de plus en plus pointus et intelligents, cela produit dans certains cas des artefacts colorés... c'est ce que j'appelle, faute de mieux, le moiré en chrominance (par rapport au moiré en luminance, évoqué plus haut).

polohc

#5
Juin 22, 2020, 21:16:40
Citation de: Sebas_ le Juin 22, 2020, 17:47:11
Je ne m'y connais pas du tout en audio ni en video, mais pour la partie photo il me semble que le moiré (et donc la présence ou non d'un filtre pass bas) depends de la résolution du capteur.
Vu les résolutions en video, peut etre n'a t on pas encore atteint cette limite?
(ceci dit, il me semble que de la video 8k équivaut a 30 ou 40Mpix..)
Oui, la vidéo 8k, c'est 33Mpx
Il est plus tard que tu penses

polohc

#6
Juin 22, 2020, 22:21:10
Sur nos APN HD la limite de résolution du capteur, supérieure à celle des optiques, permet de se passer de filtre passe-bas.

Un article intéressant à ce sujet :
https://galerie-photo.com/film-contre-silicium-resolution.html
Il est plus tard que tu penses

rsp

#7
Juin 22, 2020, 22:33:28
Citation de: Nikojorj le Juin 22, 2020, 18:27:32
Je ne sais plus où j'ai entendu que les chemises à rayures avaient été interdites pour les présentateurs télé...  Oui, le moiré existe en vidéo.
C'était vrai, le problème étant que le phénomène varie avec la distance entre le vêtement et le capteur. Ça se met à "clignoter", c'est très énervant à regarder.
Il n'y a pas que les rayures, de mémoire les costumes à tissu motif pied de poule étaient redoutables.

astrophoto

#8
Juin 23, 2020, 09:10:04
en astro on utilise des capteurs sans filtre passe-bas depuis plus de 30 ans, et il n'y a pas de "fausses informations" créées, non seulement pour de la "belle image" mais aussi pour des applications scientifiques qui nécessitent des données extrêmement propres. Et cela sur une variété énorme de types de cibles (formes, couleur, luminosité, taille...). Bien sûr, on n'est pas sujet au moiré   :)

Après, comme dit Verso c'est plutôt la matrice de Bayer qui peut faire des effet bizarres (quand les étoiles sont assez fines, elles peuvent tomber sur un seul photosite et ainsi prendre une couleur rouge, verte ou bleue selon là où elles tombent, mais il y a des solutions pour éviter ce problème)
Thierry Legault
astrophoto.fr

Nikojorj

#9
Juin 23, 2020, 09:13:24
Citation de: astrophoto le Juin 23, 2020, 09:10:04
Bien sûr, on n'est pas sujet au moiré   :)
Les étoiles ne mettent pas de chemises à rayures!  ;D

FredEspagne

#10
Juin 23, 2020, 12:26:17
Citation de: Nikojorj le Juin 23, 2020, 09:13:24
Les étoiles ne mettent pas de chemises à rayures!  ;D

Si, au spectrographe de masse pour connaitre leur composition chimique!  ;)
35 ans de film et labo argentique , 21 de numérique

polohc

#11
Juin 23, 2020, 14:12:55
Depuis mes A7RII~III, je n'ai jamais obtenu de moiré même avec mes objectifs les plus piqués FE85 et FE55 en le recherchant sur des fines trames :)
Il est plus tard que tu penses

restoc

#12
Juin 23, 2020, 17:12:37
Citation de: polohc le Juin 22, 2020, 22:21:10
Sur nos APN HD la limite de résolution du capteur, supérieure à celle des optiques, permet de se passer de filtre passe-bas.

Le moiré est le résultat interférences du capteur + de l'optique face à la texture du sujet et non pas d'une dissociation optique-capteur : il est rare qu'on obtienne une image en ayant soit un capteur soit une optique !!

Le sujet fait partie intégrante du moiré : s'il n' y a pas de sujet ( page unie par ex) il n'y a pas de moiré !!

polohc

#13
Juin 23, 2020, 18:22:05
Citation de: restoc le Juin 23, 2020, 17:12:37
Le moiré est le résultat interférences du capteur + de l'optique face à la texture du sujet et non pas d'une dissociation optique-capteur : il est rare qu'on obtienne une image en ayant soit un capteur soit une optique !!

Le sujet fait partie intégrante du moiré : s'il n' y a pas de sujet ( page unie par ex) il n'y a pas de moiré !!
Ai-je dissocié le capteur de l'optique ? ::)

Plonge-toi dans le lien "galerie-photo.com" notamment l'annexe 1 que j'ai mis en lien dans ma réponse #6 pour comprendre le moiré via le repli de spectre, ça t'évitera de montrer que tu ne connais pas le sujet et de tourner en dérision les interventions des autres ! :o
Il est plus tard que tu penses

Verso92

#14
Juin 23, 2020, 19:37:15
Citation de: polohc le Juin 23, 2020, 14:12:55
Depuis mes A7RII~III, je n'ai jamais obtenu de moiré même avec mes objectifs les plus piqués FE85 et FE55 en le recherchant sur des fines trames :)

Sur les fines trames, ça le fait régulièrement (mais, là encore, la plupart du temps, c'est la matrice de Bayer et l'interpolation chromatique qui met le souk).

Voir le truc de protection sur le balcon :

[prodibi]{"id":"2gd5zzm45xxzgz","width":8256,"height":5504,"widthMode":"aspectRatio","heightMode":"90vh","account":"verso"}[/prodibi]

Sinon, un crop 100% d'une image réalisée au D800E + Nikkor f/1.8 50 AF-D (là encore, c'est la matrice de Bayer qui fait le show...) :

polohc

#15
Juin 23, 2020, 21:03:32 Dernière édition: Juin 23, 2020, 21:11:51 par polohc
Citation de: Verso92 le Juin 23, 2020, 19:37:15
Sur les fines trames, ça le fait régulièrement (mais, là encore, la plupart du temps, c'est la matrice de Bayer et l'interpolation chromatique qui met le souk).

Voir le truc de protection sur le balcon :

...
Sinon, un crop 100% d'une image réalisée au D800E + Nikkor f/1.8 50 AF-D (là encore, c'est la matrice de Bayer qui fait le show...) :
En visu sur Prodibi, je n'ai pas trouvé la zone concernée :-[

C'est bizarre que cet artefact en forme classique de labyrinthe ne se produise qu'isolément et d'une façon si bien délimitée.
Est-il reproductible avec d'autres dématriceurs (je suppose que c'est fait avec C1 ;)) ?

Les derniers moirés que j'ai obtenus en cherchant bien, l'ont été avec mon A7R + FE55 sur une toile de fauteuil de jardin...

Avec mes 42Mpx j'ai recherché sur le même sujet en variant les distances, sans succès.

Edit : J'ai relié à tord le crop à l'image Prodibi :-[ J'ai bien retrouvé l'artefact de fausses couleurs sur les protections de balcon ;)
Il est plus tard que tu penses

Powerdoc

#16
Juin 24, 2020, 09:51:49
merci pour vos réponses
Donc le problème est différent que celui rencontré en audio et se limite au moire (si on exclut les problèmes liées à la matrice de Bayer)

Nikojorj

#17
Juin 24, 2020, 12:11:48
Je dirais que le moiré est la traduction, dans le domaine spatial, du repliement de spectre que tu évoques en audio (et que ce moiré est à une fréquence inférieure en chrominance qu'en luminance, comme la chrominance est échantillonnée à une fréquence inférieure).

rsp

#18
Juin 27, 2020, 13:52:59 Dernière édition: Juin 27, 2020, 14:00:03 par rsp
Citation de: Nikojorj le Juin 24, 2020, 12:11:48
Je dirais que le moiré est la traduction, dans le domaine spatial, du repliement de spectre que tu évoques en audio (et que ce moiré est à une fréquence inférieure en chrominance qu'en luminance, comme la chrominance est échantillonnée à une fréquence inférieure).
C'est ça, la différence est juste due au nombre de dimensions - une seule en audio ou RF, deux en imagerie.
Mais le principe est le même : quand on sous échantillonne sans filtrer ça se passe mal.

Verso92

#19
Juin 27, 2020, 14:00:10
Citation de: rsp le Juin 27, 2020, 13:52:59
C'est ça, la différence est juste due au nombre de dimensions - une seule en audio ou RF, deux en imagerie.
Mais le principe est le même : quand on sous échantillonne sans filtrer ça de passe mal.

En fait, non.

Il te suffit de faire l'essai : tu injectes une sinusoïde à ~10 kHz dans un système échantillonné à 10 kHz, et tu verras bien ce qu'il en sort...

Par contre, afficher un motif de 1 pixel de large ne pose pas de problème particulier en imagerie numérique (juste que tu ne peux plus le caractériser vraiment).

Nikojorj

#20
Juin 27, 2020, 19:53:46
Citation de: Verso92 le Juin 27, 2020, 14:00:10
Par contre, afficher un motif de 1 pixel de large ne pose pas de problème particulier en imagerie numérique (juste que tu ne peux plus le caractériser vraiment).
Disons que ça illustre qu'en imagerie, même sans passe-bas on a toujours un (bon) peu de filtrage par l'objectif?

rsp

#21
Juin 27, 2020, 20:39:40
Citation de: Verso92 le Juin 27, 2020, 14:00:10
En fait, non.

Il te suffit de faire l'essai : tu injectes une sinusoïde à ~10 kHz dans un système échantillonné à 10 kHz, et tu verras bien ce qu'il en sort...

Par contre, afficher un motif de 1 pixel de large ne pose pas de problème particulier en imagerie numérique (juste que tu ne peux plus le caractériser vraiment).
???

Verso92

#22
Juin 28, 2020, 11:53:03 Dernière édition: Juin 28, 2020, 12:00:54 par Verso92
Citation de: Nikojorj le Juin 27, 2020, 19:53:46
Disons que ça illustre qu'en imagerie, même sans passe-bas on a toujours un (bon) peu de filtrage par l'objectif?

Les systèmes réels n'étant pas parfaits, par nature, tu as toujours du filtrage, en effet.

Citation de: rsp le Juin 27, 2020, 20:39:40
???

Fais l'essai : si tu injectes une sinusoïde dans un système échantillonné à 8 kHz (par exemple, cf téléphonie), tu entendras un son de plus en plus aigu jusqu'à ~4 kHz. Au-delà, le son deviendra plus grave au fur et à mesure que tu continueras à augmenter la fréquence, puisque le spectre replié viendra se superposer à celui de la bande de base.

De la même façon, si tu essaies de photographier un motif périodique dont la fréquence spatiale est supérieure à la moitié de celle du capteur (Shannon), tu auras toute les chances d'obtenir du moiré (en plus, sur les Bayer, ce sera la catastrophe, à cause de l'interpolation en chrominance, cf exemples postés plus haut).

Par contre, si le motif n'est pas périodique (s'il fait 1 pixel de large, par exemple), tu le verras sans problème (même si on ne pourra plus, dans ce cas, le caractériser avec précision : qu'il fasse 0,5 pixel ou 1,5 pixel, le résultat sur l'image sera peut-être(?) identique).

rsp

#23
Juin 28, 2020, 14:06:48
Citation de: Verso92 le Juin 28, 2020, 11:53:03
Fais l'essai : si tu injectes une sinusoïde dans un système échantillonné à 8 kHz (par exemple, cf téléphonie), tu entendras un son de plus en plus aigu jusqu'à ~4 kHz. Au-delà, le son deviendra plus grave au fur et à mesure que tu continueras à augmenter la fréquence, puisque le spectre replié viendra se superposer à celui de la bande de base.
Ben c'est l'évidence. J'ai pratiqué ça pendant près de 35 ans en radiofréquences.
Il reste que si on ne prend pas la précaution de filtrer une bande plus étroite que Fe/2 on ne maitrise plus ce qu'on échantillonne et on prend le risque de faire n'importe quoi.
Avec une sinusoïde bien propre il est facile de tout retrouver, mais avec un signal aléatoire et large bande en entrée c'est impossible.
On peut faire l'hypothèse que la chaîne d'acquisition filtrera naturellement, mais en l'occurrence ça laisse le résultat au hasard.
Le nouveau filtre du 1DX III donne l'impression, au vu des résultats, qu'il y a mieux à faire que le simple 1 vers 4.

Verso92

#24
Juin 28, 2020, 14:10:24
Citation de: rsp le Juin 28, 2020, 14:06:48
Ben c'est l'évidence. J'ai pratiqué ça pendant près de 35 ans en radiofréquences.

On a donc à peu près le même âge et le même genre d'expérience professionnelle...  ;-)

Citation de: rsp le Juin 28, 2020, 14:06:48
Il reste que si on ne prend pas la précaution de filtrer une bande plus étroite que Fe/2 on ne maitrise plus ce qu'on échantillonne et on prend le risque de faire n'importe quoi.
Avec une sinusoïde bien propre il est facile de tout retrouver, mais avec un signal aléatoire et large bande en entrée c'est impossible.
On peut faire l'hypothèse que la chaîne d'acquisition filtrera naturellement, mais en l'occurrence ça laisse le résultat au hasard.
Le nouveau filtre du 1DX III donne l'impression, au vu des résultats, qu'il y a mieux à faire que le simple 1 vers 4.

Ce que je veux dire (c'est le fruit de mon expérience photographique amateur, cette fois), c'est qu'un détail de 1 pixel de large se voit sans souci : merci aux algos de dématriçage, aussi !
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