Kantenglättung: Verbesserung der visuellen Klarheit in der Computer Vision

Von Fouad Sabry

Was ist Anti-Aliasing?

Anti-Aliasing kann sich auf eine Reihe von Techniken zur Bekämpfung der Aliasing-Probleme in einem abgetasteten Signal wie einem digitalen Bild oder einer digitalen Audioaufnahme beziehen

Wie Sie davon profitieren

(I) Erkenntnisse und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Anti-Aliasing

Kapitel 2: Räumliches Anti-Aliasing

Kapitel 3: Mipmap

Kapitel 4: Subpixel-Rendering

Kapitel 5: Texturfilterung

Kapitel 6: Supersampling

Kapitel 7: Multisample-Anti-Aliasing

Kapitel 8: Morphologisches Antialiasing

Kapitel 9: Schnelles ungefähres Anti-Aliasing

Kapitel 10: Deep Learning Super Sampling

(II) Beantwortung der häufigsten öffentlichen Fragen zum Thema Anti-Aliasing.

(III) Beispiele aus der Praxis für den Einsatz von Anti-Aliasing in vielen Bereichen.

Für wen dieses Buch ist

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Hobbyisten und diejenigen, die über grundlegende Kenntnisse oder Informationen für jede Art von Anti-Aliasing hinausgehen möchten.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 5. Mai 2024

Buchvorschau

Kapitel 1: Anti-Aliasing

Anti-Aliasing kann sich auf eine Vielzahl von Ansätzen beziehen, die verwendet werden, um Aliasing in abgetasteten Signalen, wie z. B. digitalen Bildern und digitalen Audioaufnahmen, zu verhindern.

Zu den spezifischen Themen des Anti-Aliasing gehören die folgenden:

Anti-Aliasing-Filter, ein Filter, der vor einem Signal-Sampler verwendet wird, um die Bandbreite des Signals in Audioanwendungen zu begrenzen.

Manuelles Anti-Aliasing ist eine ästhetische Methode, die in der Pixelkunst verwendet wird, um Formübergänge zu glätten, Linien weicher zu machen und Kanten zu verwischen.

Räumliches Anti-Aliasing ist eine Technik, die Aliasing minimiert, wenn ein qualitativ hochwertiges Bild mit einer niedrigeren Auflösung dargestellt wird.

Fast Approximation Anti-Aliasing ist eine Anti-Aliasing-Methode, die von Timothy Lottes von Nvidia entwickelt wurde. Wird auch als Fast Sample Anti-Aliasing (FSAA) bezeichnet.

Multisample-Anti-Aliasing ist eine räumliche Anti-Aliasing-Technik.

Morphologisches Antialiasing ist eine räumliche Antialiasing-Technik.

Die räumliche Anti-Aliasing-Technik, die als konservatives morphologisches Anti-Aliasing bekannt ist.

Supersampling ist eine räumliche Anti-Aliasing-Technik.

Temporales Anti-Aliasing, Techniken, die verwendet werden, um zeitliches Aliasing in bewegten Bildern zu verringern oder zu eliminieren.

Deep-Learning-Anti-Aliasing ist eine Art räumliches und zeitliches Anti-Aliasing-Verfahren, bei dem Tensor-Core-Computer zum Einsatz kommen.

{Ende Kapitel 1}

Kapitel 2: Räumliches Anti-Aliasing

Räumliches Anti-Aliasing ist eine Technik zur Minimierung von Verzerrungsartefakten (Aliasing) bei gleichzeitiger Wiedergabe eines qualitativ hochwertigen Bildes mit reduzierter Auflösung. Anti-Aliasing wird in zahlreichen Bereichen eingesetzt, darunter digitale Fotografie, Computergrafik und digitales Audio.

Anti-Aliasing ist der Prozess der Eliminierung von Signalkomponenten mit einer höheren Frequenz, als vom Aufzeichnungs- (oder Abtast-) Instrument aufgelöst werden kann. Dies geschieht vor dem (Re-)Sampling mit reduzierter Auflösung. Wenn die Abtastung durchgeführt wird, ohne diesen Teil des Signals zu eliminieren, entstehen Artefakte wie schwarz-weißes Rauschen.

Bei der Signalerfassung und beim Audio wird Anti-Aliasing häufig mit einem analogen Anti-Aliasing-Filter durchgeführt, bevor mit einem Analog-Digital-Wandler abgetastet wird, um die Out-of-Band-Komponente des Eingangssignals zu entfernen. In der Digitalfotografie glätten doppelbrechende optische Anti-Aliasing-Filter das Signal im räumlichen optischen Bereich. Der Anti-Aliasing-Filter verwischt das Bild im Wesentlichen etwas, um seine Auflösung auf die des digitalen Sensors oder darunter zu reduzieren (je größer der Pixelabstand, desto geringer die erreichbare Auflösung auf Sensorebene).

Anti-Aliasing in der Computergrafik verbessert das Erscheinungsbild von gezackten Polygonkanten oder Zacken, indem es sie auf dem Bildschirm glättet. Es reduziert jedoch die Leistung der Grafikkarte und erhöht die Auslastung des Videospeichers. Die Anti-Aliasing-Stufe bestimmt die Glätte von Polygonkanten (und wie viel Videospeicher sie verbraucht).

Im oberen Teil eines Bildes mit einem zurückweichenden Schachbrettmuster ist das Bild sowohl schwer zu erkennen als auch unattraktiv. Im Gegensatz dazu wird das Schachbrettmuster am oberen Rand des Bildes beim Anwenden von Anti-Aliasing grau, was das gewünschte Ergebnis ist, wenn die Auflösung nicht ausreicht, um die Details anzuzeigen. Selbst am unteren Rand des Bildes hat das Anti-Aliasing-Bild weitaus glattere Kanten. Zu den bestehenden Techniken gehört der sinc-Filter, der als überlegener Anti-Aliasing-Algorithmus gilt. Da der Raum sowohl von schwarzen als auch von weißen Kacheln besetzt ist, interpoliert Anti-Aliasing die Helligkeit der Pixel an den Rändern, um bei der Vergrößerung graue Pixel zu erzeugen. Diese Elemente tragen dazu bei, dass das Antialiasing-Bild des Sinc-Filters weitaus glatter als das Original gerendert wird.

Beim Anti-Aliasing werden die Begrenzungspixel in einem einfachen Rautenbild gemischt. Dadurch wird der visuell störende Effekt der gezackten, stufenartigen Begrenzungen, die in einer Aliasgrafik angezeigt werden, verringert.

Anti-Aliasing wird häufig bei der Anzeige von Text auf einem Computerbildschirm eingesetzt, um das Erscheinungsbild von Text zu simulieren, der mit herkömmlichem Tinten- und Papierdruck erzeugt wird. In der Regel werden Subpixel-Rendering-Techniken wie ClearType verwendet, wenn Schriftarten auf Standard-LCD-Bildschirmen angezeigt werden. Subpixel-Rendering erfordert farbausgewogene Anti-Aliasing-Filter, um Farbverzerrungen in kaum wahrnehmbare Farbsäume umzuwandeln. Einzelne Subpixel können wie ganze Pixel angesprochen werden, und es kann ein hardwarebasierter Anti-Aliasing-Filter bereitgestellt werden, wie im Display-Controller des OLPC XO-1 Laptops. All dies wird von der Pixelgeometrie beeinflusst, unabhängig davon, ob