لماذا تظهر أنماط التموج في الصور؟ تفسير علمي
ما هو تأثير التموج (Moiré)؟
إذا قمت يوماً بتصوير شاشة كمبيوتر، أو قميص مخطط، أو جدار من الطوب، فمن المحتمل أنك واجهت تلك الأنماط المتموجة الغريبة ذات ألوان قوس قزح المعروفة بـ تأثير التموج (Moiré effect). هذه الأنماط غير موجودة في العالم الحقيقي—إنها عيب بصري ناتج عن التفاعل بين الموضوع والكاميرا الخاصة بك. يمكن أن يحول لقطة مثالية إلى فوضى مخدرة مشتتة وغير احترافية.
مصطلح "Moiré" (يُنطق مواز-راي) نشأ من صناعة النسيج الفرنسية، لوصف نسيج بمظهر متموج أو مائي. بينما ابتكر نساجو الحرير هذا التأثير عمداً للجمال الجمالي، فإنه في التصوير الرقمي يعد خطأً غير مرغوب فيه تقريباً دائماً يحارب المصورون لتجنبه.
العلم: أنماط التداخل
في جوهره، نمط التموج هو نمط تداخل. يحدث عندما تتداخل شبكتان من الأنماط ولكن لا تكونان متحالفتين تماماً. في التصوير الفوتوغرافي، هاتان الشبكتان هما:
- نمط الموضوع: التفاصيل الدقيقة في الكائن الذي تقوم بتصويره (مثل البكسلات على الشاشة، الخيوط في القماش، خطوط ناطحة سحاب).
- نمط المستشعر: الشبكة الثابتة من المواقع الضوئية (البكسلات) على المستشعر الرقمي للكاميرا الخاصة بك.
عندما يكون تردد نمط الموضوع قريباً من أو يتجاوز تردد شبكة بكسل المستشعر، تفشل الكاميرا في حل التفاصيل بدقة. تُعرف هذه الظاهرة بـ التشويش المكاني (spatial aliasing). بدلاً من التقاط الخطوط الدقيقة الحقيقية، ينشئ المستشعر نمط موجة جديد منخفض التردد فوق الصورة—هذا هو التموج.
نظرية أخذ العينات لنيكويست شانون
لفهم سبب حدوث ذلك، يجب أن ننظر إلى نظرية معالجة الإشارات. ينص معدل نيكويست على أنه لإعادة إنتاج إشارة بدقة (في هذه الحالة، التفاصيل المرئية)، يجب عليك أخذ عينات منها بمعدل لا يقل عن ضعف تردد أعلى تردد موجود في الإشارة.
بمعنى بسيط: إذا كنت تريد التقاط 100 خط في البوصة من التفاصيل، فإن مستشعر الكاميرا الخاص بك يحتاج إلى دقة قادرة على حل ما لا يقل عن 200 خط في البوصة. عندما تكون التفاصيل أدق مما يمكن للمستشعر التقاطه (انتهاك حد نيكويست)، فإن البيانات "الإضافية" لا تختفي فحسب؛ بل تنطوي مرة أخرى في الطيف المرئي كأنماط زائفة—التموج.
تموج الألوان مقابل تموج الإضاءة
هناك نوعان رئيسيان من التموج قد تراهما، وغالباً ما يظهران معاً:
- تموج الإضاءة (Luminance Moire): يظهر كخطوط متموجة منحنية من الضوء والظلام. يؤثر هذا على تفاصيل وملمس الصورة. يبدو مثل تموجات في بركة وغالباً ما يُرى في التفاصيل المعمارية أو الأقمشة بالأبيض والأسود.
- تموج الألوان (Color Moire): يظهر كنطاقات بألوان قوس قزح (غالباً أرجواني، أخضر، أو أصفر). يحدث هذا بسبب مصفوفة مرشح باير المستخدمة في معظم المستشعرات الرقمية لالتقاط الألوان. يتم ترتيب البكسلات الحمراء والخضراء والزرقاء في شبكة فسيفساء محددة. عندما تتداخل التفاصيل الدقيقة مع شبكة الألوان هذه، "تخمن" الكاميرا اللون الخطأ لبعض البكسلات، مما يولد عيوب ألوان زائفة.
دور المرشحات الضوئية منخفضة التردد (OLPF)
لسنوات عديدة، حاربت الشركات المصنعة للكاميرات التموج من جانب الأجهزة عن طريق تثبيت مرشح ضوئي منخفض التردد (OLPF)، المعروف أيضاً بمرشح مكافحة التشويش، مباشرة أمام المستشعر.
يعمل هذا المرشح عن طريق تعتيم الصورة الواردة عمداً قليلاً—بما يكفي لتخفيف التفاصيل الدقيقة جداً التي قد تسبب التشويش، ولكن (نأمل) ليس بما يكفي لإفساد حدة الصورة. إنه يقطع الترددات العالية بفعالية قبل وصولها إلى المستشعر.
ومع ذلك، في السعي لتحقيق أقصى قدر من الحدة والدقة، غالباً ما تتخطى الكاميرات الحديثة الراقية (مثل سلسلة Nikon Z، وسلسلة Sony Alpha R، وCanon R5) مرشح OLPF. يعتمدون على عدد ميجابكسل مرتفع لحل الأنماط. بينما ينتج هذا صوراً أكثر حدة، فهذا يعني أن التموج يعود للظهور، خاصة في تصوير الأزياء والهندسة المعمارية.
لماذا يصعب إصلاحه
أنماط التموج مخبوزة في البيانات الخام للصورة. لأن المستشعر "رأى" حرفياً النمط الخطأ، تتطلب إزالته إعادة بناء رياضية معقدة لما كان يجب أن تبدو عليه الصورة. الأمر ليس بسيطاً مثل "إزالة عيب". أنت تحاول فصل النمط الزائف عن الملمس الحقيقي.
هذا هو السبب في أن أدوات التحرير التقليدية غالباً ما تكافح—فهي تميل إلى تعتيم الملمس لإخفاء النمط. الحلول المدعومة بالذكاء الاصطناعي مثل Morie أصبحت المعيار لأنها يمكن أن "تتخيل" أو تعيد بناء الملمس الأصلي المحتمل أثناء طرح نمط التداخل الهندسي.