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Alias-Effekt


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Alias-Effekte sind durch die Verletzung des Abtasttheorems auftretende Fehler beim Abtasten von Signalen .

Inhaltsverzeichnis

Signalverarbeitung

In der Signalverarbeitung treten Alias-Effekte beim Digitalisieren analoger Signale auf.

Damit das Ursprungssignal korrekt wiederhergestellt werden dürfen im abgetasteten Signal nur Frequenzanteile vorkommen weniger als halb so groß sind wie Abtastfrequenz. Wird dieses Abtasttheorem verletzt werden Frequenzanteile größer sind als die halbe Abtastfrequenz als Frequenzen interpretiert. Die hohen Frequenzen geben sich als jemand anderes aus daher die Bezeichnung Alias . Die halbe Abtastfrequenz wird als Nyquist-Frequenz bezeichnet.

Falls es nicht zu vermeiden ist hohe Frequenzen im Eingangssignal vorhanden sind wird Eingangssignal zur Unterdrückung von Alias-Effekten durch einen Tiefpass gefiltert. Dieses sogenannte Anti-Alias-Filter besitzt große Flankensteilheit und unterdrückt Frequenzanteile der Nyquist-Frequenz.

Bilderfassung

In der Bildverarbeitung treten Alias-Effekte bei Erfassung von Bildern auf. Beispiele für Alias-Effekte

  • Moiré-Muster
  • Treppeneffekte an harten Kanten
  • Verschwinden von Strukturen die dünner sind ein Pixel (z. B. Stromleitung)
  • Farbmuster auf karierten oder gestreiften Hemden nicht auf bei Kameras mit 3 Farbsensoren jedes Pixel welche allerdings sehr selten sind)

Da der Alias-Effekt nicht beim digitalisieren beim Abtasten auftritt können die genannten Beispiele bei analogen Fernsehbildern als auch bei digitalen beobachtet werden.

Bei Kameras ab 3 Megapixel werden meist zuverlässig duch geschicktes Auslegen der Optik Die optische Auflösung bleibt hier absichtlich unter Pixelauflösung. Die Optik bildet also ein wenig ab und dient somit als Tiefpassfilter.

Filme

In Filmen können Alias-Effekte auftreten welche die Zusammensetzung des Films aus Einzelbildern zurückzuführen Als weithin bekanntes Beispiel sei das langsame der Wagenräder in Western genannt. Es tritt wenn das Rad sich von Bild zu gerade um etwas weniger als der Abstand Speichen weiterdreht.

Beobachtet man die Beschleunigung eines Wagens Film dreht sich das Rad zunächst in richtige Richtung. Ab einer bestimmten Geschwindigkeit dreht das Rad rückwärts und wird immer langsamer. scheint es stehenzubleiben um sich gleich danach unnatürlich langsamer Geschwindigkeit wieder in die richtige zu bewegen. Das Vor- und Rückwärtslaufen wiederholt bei weiterer Beschleunigung.

Signaltheoretisch betrachtet stellt jedes Einzelbild stellt Abtastvorgang dar. Die Abtastfrequenz entspricht der Bildwiederholfrequenz (typ. 25 Bilder pro Sekunde). Die entspricht der Frequenz mit der die Speichen gewissen Winkel durchlaufen.

  • Dreht sich das Rad pro Bild um halbe Speiche weiter kann nicht mehr unterschieden ob es sich vorwärts oder rückwärts dreht = Nyquist-Frequenz). Ab dieser Geschwindigkeit beginnt der
  • Liegt die Signalfrequenz zwischen der Nyquist-Frequenz und Abtastfrequenz ist die Phase invertiert das Wagenrad rückwärts zu laufen.
  • Bewegt sich das Rad pro Bild um eine Speiche weiter scheint es stillzustehen (Signalfrequenz Abtastfrequenz).
  • Das Rad scheint auch stillzustehen wenn sich Rad zwischen zwei Bildern um eine beliebige Anzal von Speichen weiterdreht (n * Signalfrequenz Abtastfrequenz).

Darstellung von Grafiken

Mit Aliasing oder Treppeneffekt werden sichtbare Effekte an harten Kanten Farbübergängen in Grafiken bezeichnet hervorgerufen durch Nichterfüllung Abtasttheorems .

Moderne Grafikkarten verwenden Algorithmen die diesen Effekt durch so genannte Anti-Aliasing (Treppeneffektglättung) ausgleichen.



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