W świecie elektroniki filtry odgrywają bardzo ważne funkcje: ograniczają pasmo częstotliwości, likwidują wyższe harmoniczne itp. W analogowych układach elektronicznych możemy spotkać filtry: dolno-, górno-, środkowo przepustowe, filtry selektywne itp itd. Ich odpowiedniki możemy znaleźć w układach dyskretnych (cyfrowych).
Pojęcie filtracja zapewne nie jest nam obca - filtrować, tj. pewne informacje przepuszczać, inne blokować.
Filtry mamy także w optyce i do najpopularniejszych należą filtry: UV, polaryzacyjne (kołowe, liniowe), neutralne, połówkowe itp. Są jeszcze filtry mniej popularne jak np.: filtr AA, filtr IR.
Jako, że tytuł artykułu jest jednoznaczny, skupię się głównie na filtrze AA. Gotowi? No to zaczynamy...

Filtr AA w aparatach cyfrowych (niezupełnie wszystkich, ale o tym później) przykrywa od strony obiektywu matrycę światłoczułą. Jest to filtr optyczny dolnoprzepustowy, co oznacza ni-mniej, ni-więcej, jak to, że przepuszcza dolny zakres częstotliwości, a blokuje górny. Ale, ale, jak to częstotliwości? Czy znaczy to, że przepuszcza odpowiednie częstotliwości widma światła?

NIE.

Jako, że niedawno udało mi się wydostać z koleiny mojego błędnego rozumowania, powiem, że częstotliwość nie musi być w funkcji czasu. Częstotliwość w dalszej części artykułu będzie zależeć od powierzchni (piksel/mm) - widzimy coś bardzo znajomego: rozdzielczość.
Czyli w najlepszym przypadku filtr AA powinien przepuszczać mniejsze rozdzielczości, a blokować wyższe - powiemy później że nie jest to takie proste i w zasadzie niewykonalne :)
Można by zapytać: po co to wszystko? Czy nie zależy nam, aby nasz aparat rejestrował jak największą liczbę szczegółów, czyli posiadał największą rozdzielczość? I tak, i nie.
Jako, że najlepiej rozumuje się na przykładzie weźmy pod lupę EOS 350D + idealny obiektyw, bez zniekształceń, idealnie wyprofilowany, który przy przysłonie F/2,8 posiada rozdzielczość 266 par linii/mm, czy jak kto woli 532 linie/mm (kryterium Rayleigha dla światła o długości 550 nm - zielonawego).
No, widać, ze rozdzielczość optyczna obiektywu niesamowita - kto z nas nie marzyłby o takim "szkle"? Ech, zejdźmy na ziemię i wracajmy do artykułu.
EOS 350D posiada matrycę CMOS o wymiarach: 22,2 x 14,8 mm, maksymalny wymiar JPG w pikselach wynosi: 3456 x 2304, przetwornik A/D 12 bitowy, czyli "progów" kwantyzacji będzie 4096 - nasz piksel będzie przybierał wartości od 0 do 4096 odcieni szarości. Dopowiem, że rozpiętość jasno-ciemno w okolicach 8,4 EV.

Z wymiarów fizycznych matrycy, a także ilości pikseli możemy wyznaczyć rozdzielczość naszego światłoczułego elementu i będzie ona wynosiła w przybliżeniu 155 pikseli/mm.
Przyjmujemy, że będzie to nasz częstotliwość próbkowania.
Wprowadzimy jeszcze jedno pojęcie, a jest nim częstotliwość Nyquista.

Wikipedia podaje:

Częstotliwość Nyquista jest to największa częstotliwość sygnału ciągłego, przy której możliwa jest zamiana sygnału w postać dyskretną bez straty informacji przy danym okresie próbkowania. Sygnał o częstotliwości mniejszej niż częstotliwość Nyquista może być odtworzony z powrotem do postaci analogowej bez przekłamań.

Częstotliwość Nyquista wyrażona jest wzorem:


gdzie T - okres próbkowania. Częstotliwość Nyquista jest równa połowie częstotliwości próbkowania.

Wynika z tego, że w naszym przypadku częstotliwosć Nyquista wynosi 155/2, czyli 77,5 px/mm. Nasz filtr dolnoprzepustowy zatem powinien być tak zbudowany, aby nie przepuszczał częstotliwości większych niż częstotliwość Nyquista. A dlaczego tak?
Powyżej częstotliwości Nyquista pojawia się bardzo nieporządany efekt w postaci aliasingu. Pojawia się moire, mogą pojawić się różnego rodzaju artefakty. Na zdjęciu wygląda to mniej więcej tak (z Wikipedii) :

Widać, że na zdjęciu mamy coś dziwnego. To właśnie efekt moire spowodowany tym, że częstotliwość (rozdzielczość) kafelków na dachu jest większa od częstotliwości Nyquista. Dlatego ważne jest, aby "wyciąć" przeszkadzające pasmo częstotliwości. Czasami nie wiedzielibyśmy, czy to co widzimy na zdjęciu to efekt moire, czy rzeczywiście tak wyglądał nasz obiekt, więc aby tego uniknąć, stosuje się filtr dolnoprzepustowy, w celu pozbycia się tego nieporządanego efektu. Czy coś na tym tracimy? Tracimy na rozdzielczości naszego aparatu nawet o rząd wielkości. W Kodaku slr-n/c, gdzie tam nie ma filtra AA występuje duży aliansig (artefakty, moire) i ratując sytuacje, Kodak zaproponował, aby robić zdjęcia przy przysłonie F/16, gdzie w naturalny sposób (dyfrakcja) powstaje efekt filtru AA, czyli innymi słowy spada rozdzielczość optyczna obiektywu. Jako, że efektu moire nie da się pozbyć softowo, jest ona bardzo uciążliwa.
Mamy już rozwiązanie naszej "zagadki": do czego jest filtr AA. Dopowiem jeszcze na koniec, iż wykonanie optycznego filtru dolnoprzepustowego jest praktycznie niemożliwe. Jest to raczej filtr rozmywający szczegóły, ale rozmazuje nie tylko duże rozdzielczości, ale wszystko - z tym, że nie widzimy tak bardzo rozmycia, przy dużych szczegółach. Dlatego tam, gdzie występuje filtr AA (jak wiadomo już, nie w każdym aparacie) należy po wywołaniu RAW podostrzyć trochę zdjęcie przed obróbką - aby zniwelować działanie filru zmiękczającego AA. Przykładowo Canon podaje, aby po wywołaniu RAW w Photoshopie podostrzyć zdjęcie używając USM z wartościami: