مرشح مضاد للتشويش

مرشح منع التداخل ( AAF ) هو مرشح يُستخدم قبل مُستقبِل الإشارة لتقييد عرض نطاق الإشارة بما يتوافق مع نظرية نايكويست-شانون لأخذ العينات ضمن النطاق المطلوب . ولأن النظرية تنص على إمكانية إعادة بناء الإشارة بشكل واضح من عيناتِها عندما تكون قدرة الترددات الأعلى من تردد نايكويست صفرًا، فإن مرشح الجدار الصلب يُعدّ مرشح منع تداخل مثاليًا ولكنه غير عملي. [ أ ] يُوازن مرشح منع التداخل العملي بين تقليل عرض النطاق وزيادة التداخل . وعادةً ما يسمح مرشح منع التداخل العملي بحدوث بعض التداخل أو يُخفّف أو يُشوّه بعض الترددات ضمن النطاق القريبة من حد نايكويست. لهذا السبب، تقوم العديد من الأنظمة العملية بأخذ عينات بترددات أعلى مما هو مطلوب نظريًا لمرشح منع تداخل مثالي لضمان إمكانية إعادة بناء جميع الترددات المطلوبة، وهي ممارسة تُسمى أخذ العينات الزائد .

معالجة الصور

صور محاكاة لجدار من الطوب بدون (يسار) ومع (يمين) مرشح تمرير منخفض بصري
Lowpassfilter
مرشح تمرير منخفض بصري (OLPF)

في حالة أخذ عينات الصور البصرية ، كما هو الحال في مستشعرات الصور في الكاميرات الرقمية ، يُعرف مرشح منع التعرج أيضًا باسم مرشح التمرير المنخفض البصري ( OLPF )، أو مرشح التمويه ، أو مرشح AA . تتشابه الرياضيات المستخدمة في أخذ العينات في بُعدين مكانيين مع الرياضيات المستخدمة في أخذ العينات في المجال الزمني ، لكن تقنيات تنفيذ المرشح تختلف.

يُستخدم عادةً في الكاميرات الرقمية طبقتان من مادة ثنائية الانكسار ، مثل نيوبات الليثيوم ، لتوزيع كل نقطة بصرية في مجموعة من أربع نقاط. [ 1 ] يتطلب اختيار المسافة بين النقاط في هذا النوع من المرشحات موازنة بين حدة الصورة، والتشويه، ومعامل التعبئة (نسبة مساحة الانكسار النشطة لمصفوفة العدسات الدقيقة إلى إجمالي المساحة المتصلة التي تشغلها المصفوفة). في الكاميرات أحادية اللون أو ثلاثية CCD أو Foveon X3 ، يمكن لمصفوفة العدسات الدقيقة وحدها، إذا كانت فعّالة بنسبة تقارب 100%، أن توفر وظيفة مضادة للتشويه بشكل ملحوظ ، [ 2 ] بينما في كاميرات مصفوفة مرشحات الألوان (مثل مرشح باير )، يلزم عادةً مرشح إضافي لتقليل التشويه إلى مستوى مقبول. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

وتشمل التطبيقات البديلة مرشح منع التعرجات في كاميرا Pentax K-3 ، والذي يطبق اهتزازات صغيرة على عنصر المستشعر. [ 6 ]

معالجة الصوت

تُستخدم مرشحات منع التداخل عند مدخل محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية . وتُستخدم مرشحات مماثلة كمرشحات إعادة بناء عند مخرج محول الإشارة الرقمية إلى التناظرية . في الحالة الأخيرة، يمنع المرشح حدوث التداخل، وهي العملية العكسية للتداخل حيث تنعكس الترددات داخل النطاق خارجه.

أخذ العينات الزائدة

مع تقنية أخذ العينات الزائدة ، يُستخدم معدل أخذ عينات رقمي وسيط أعلى، بحيث يمكن لمرشح رقمي مثالي تقريبًا أن يقطع التشويه بشكل حاد بالقرب من تردد نايكويست المنخفض الأصلي، مما يُحسّن استجابة الطور ، بينما يمكن لمرشح تناظري أبسط بكثير أن يوقف الترددات الأعلى من تردد نايكويست الجديد الأعلى. ولأن المرشحات التناظرية ذات تكلفة عالية نسبيًا وأداء محدود، فإن تخفيف متطلباتها يُمكن أن يُقلل بشكل كبير من التشويه والتكلفة. علاوة على ذلك، ولأن بعض الضوضاء يتم التخلص منها عن طريق المتوسط، فإن معدل أخذ العينات الأعلى يُمكن أن يُحسّن نسبة الإشارة إلى الضوضاء بشكل معتدل .

قد تُؤخذ عينات الإشارة عمدًا بمعدل أعلى لتقليل متطلبات مرشح منع التداخل وتشويهه. على سبيل المثال، قارن بين صوت القرص المضغوط والصوت عالي الدقة . يقوم صوت القرص المضغوط بتصفية الإشارة حتى حافة نطاق تمرير تبلغ 20  كيلوهرتز، مع تردد نايكويست لنطاق الإيقاف يبلغ 22.05  كيلوهرتز ومعدل أخذ عينات يبلغ 44.1  كيلوهرتز. يتطلب نطاق الانتقال الضيق البالغ 2.05  كيلوهرتز حلاً وسطًا بين تعقيد المرشح وأدائه. يستخدم الصوت عالي الدقة معدل أخذ عينات أعلى، مما يوفر حافة نطاق تمرير أعلى ونطاق انتقال أوسع، وهو ما يسمح بأداء أفضل للمرشح مع تقليل التداخل، وتقليل توهين الترددات الصوتية العالية، وتقليل تشويه الإشارة في المجالين الزمني والطور. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]

إشارات تمرير النطاق

غالباً ما يكون مرشح منع التداخل مرشح تمرير منخفض ، ولكن هذا ليس شرطاً. تسمح تعميمات نظرية نايكويست-شانون لأخذ العينات بأخذ عينات من إشارات نطاق تمرير أخرى محدودة النطاق بدلاً من إشارات النطاق الأساسي .

بالنسبة للإشارات ذات النطاق الترددي المحدود، ولكن ليس مركزها الصفر، يمكن استخدام مرشح تمرير النطاق كمرشح مضاد للتشويه. على سبيل المثال، يمكن القيام بذلك مع إشارة معدلة أحادية النطاق الجانبي أو إشارة معدلة التردد . إذا رغبنا في أخذ عينات من بث إذاعي FM مركزه 87.9  ميجاهرتز ونطاقه الترددي محدود إلى 200  كيلوهرتز، فسيكون مرشح مضاد التشويه المناسب مركزه 87.9  ميجاهرتز  بنطاق ترددي 200 كيلوهرتز (أو نطاق تمرير من 87.8  ميجاهرتز إلى 88.0  ميجاهرتز)، ولن يقل معدل أخذ العينات عن 400  كيلوهرتز، ولكن يجب أن يستوفي أيضًا قيودًا أخرى لمنع التشويه .

تداخل الإشارات

من المهم جدًا تجنب زيادة تحميل إشارة الدخل عند استخدام مرشح منع التداخل. فإذا كانت الإشارة قوية بما يكفي، فقد تتسبب في حدوث تشويه عند محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية ، حتى بعد الترشيح. وعندما يحدث التشوه الناتج عن التشويه بعد مرشح منع التداخل، فإنه قد يُنشئ مكونات خارج نطاق تمرير مرشح منع التداخل؛ وهذه المكونات قد تتداخل لاحقًا، مما يؤدي إلى إعادة إنتاج ترددات أخرى غير متوافقة توافقيًا . [ 11 ]

ملحوظات

  1. مرشحات الجدار الطوبي التي تعمل في الوقت الحقيقي غير قابلة للتحقيق فعليًا لأنها تتمتع بزمن استجابة لا نهائي وترتيب لا نهائي .

مراجع

  1. أدريان ديفيز وفيل فيننسي (2001). التصوير الرقمي للمصورين (  الطبعة الرابعة). دار فوكال للنشر. رقم ISBN 0-240-51590-0.
  2. إس بي كامبانا ودي إف باربي (1974). "المفاضلات بين التشويه ووظيفة نقل التباين". وقائع مؤتمر تصميم الأنظمة الكهروضوئية - المعرض الدولي لليزر 1974 - سان فرانسيسكو، كاليفورنيا، 5-7 نوفمبر 1974. شيكاغو: إدارة المؤتمرات الصناعية والعلمية، ص 1-9 . رمز Bibcode : 1974eosd.conf....1C . {{cite book}}تم |journal=تجاهله ( مساعدة )
  3. برايان دبليو. كيلان (2004). دليل جودة الصورة: التوصيف والتنبؤ . مارسيل-ديكر. ISBN 0-8247-0770-2.
  4. سيدني ف. راي (1999). التصوير العلمي والتصوير التطبيقي . دار فوكال للنشر. ص 61. ISBN  978-0-240-51323-2.
  5. مايكل غوسيل (2004). تقنيات جديدة لاكتساب الأجسام الحقيقية ومصادر الضوء في رسومات الحاسوب . كتب حسب الطلب. ص 34. ISBN  978-3-8334-1489-3.
  6. "Pentax K-3" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 نوفمبر 2013 .
  7. كيستر، والت. "محولات رقمية تناظرية ذات استيفاء مع أخذ عينات زائدة" (ملف PDF) . شركة Analog Devices . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 يناير 2015 .
  8. نعمان أوبال (30 أغسطس 2004). "المقارنة بين رفع تردد العينة وزيادة معدل أخذ العينات في الصوت الرقمي" . موقع Audioholics . تم الاطلاع عليه في 6 أكتوبر 2012 .
  9. ستوري، مايك (سبتمبر 1997). "تفسير مقترح لبعض الاختلافات المسموعة بين المواد الصوتية ذات معدل العينة العالي والمواد الصوتية ذات معدل العينة التقليدي" (ملف PDF) . شركة dCS المحدودة. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 28 نوفمبر 2009.
  10. لافري، دان (1997). "أخذ العينات، وأخذ العينات الزائدة، والتصوير، والتشويه - دليل أساسي" (ملف PDF) . لافري للهندسة. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 21 يونيو 2015.
  11. مستوى التشويش والتشويه في البث الرقمي (ملف PDF) ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 مايو 2021