L’illusione ottica delle immagini storpiate: cos’è l’effetto aliasing

Vedete quel motivo simmetrico un po’ floreale al centro dell’immagine di copertina? Ecco quel motivo in realtà in quell’immagine non c’è. Provate a zommare l'immagine e lo vedrete scomparire! Si tratta di un effetto aliasing, quello che in alcuni contesti potremmo chiamare effetto glitch. Visivamente, si tratta di una storpiatura delle immagini dovuta alla difficoltà in alcune immagini di avere la restituzione di un pattern intricato, che genera una serie di artefatti visivi bizzarri, sia nelle foto che nei video, dove vediamo girare le ruote al contrario.

Questo fenomeno che non riguarda solo immagini statiche, ma anche  suoni ed immagini in movimento: a tutti sarà capitato di guardare passare un’automobile e avere l’impressione che le ruote girino al contrario, anche quello è un effetto aliasing.

Cos'è l'effetto aliasing: l'esempio del suono

Per capire bene di cosa si tratta conviene partire dal caso più semplice dal punto di vista matematico ovvero quello del suono: può capitare infatti che in una registrazione, o in una trasmissione audio, si sentano dei rumori o dei suoni estranei all’audio originale. Semplificando molto, un suono può essere rappresentato matematicamente come una sinusoide (o più sinusoidi combinate), ovvero una curva con tante onde (come quella in figura): suoni diversi corrispondono ad onde diverse.

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Di Camilla Ferrario

Questo problema nasce nel momento in cui un suono, per essere riprodotto, viene digitalizzato. I dispositivi di acquisizione, infatti, non catturano tutto il suono in un colpo solo, ma ne prendono dei campioni ad intervalli regolari di tempo. È come se ne registrassero solo alcune parti, a patto che siano abbastanza fitte da sembrare tutto sommato un'ottima riproduzione del suono nel suo complesso.
Nel nostro esempio, quindi, un dispositivo non vedrebbe l’onda rossa della figura come una linea continua ma come tanti puntini, come nella figura sotto.

In questo caso la forma suggerita dai puntini della figura ricorda molto quella dell’onda originale, e il corrispondente suono digitalizzato sarà abbastanza fedele all’originale. Ma le cose possono cambiare drasticamente se gli intervalli di campionamento sono troppo grandi: nell'esempio qui sotto la curva del suono registrato, che asseconda l'andamento dei campioni presi – i punti neri – risulta ben diversa da quella del suono originale.

In questo caso riascoltando il suono registrato sentiremmo un suono diverso dall'originale: un vero e proprio effetto aliasing!

Come evitare l'effetto aliasing nelle immagini

Per l'immagine di copertina la situazione è analoga, l’immagine è stata realizzata per essere ben visibile su uno schermo molto grande, almeno 4 volte più grande di un normale monitor di laptop. Contiene quindi un sacco di dettagli che vanno persi quando la guardiamo tramite lo schermo di un cellulare, o tramite un normale monitor di un computer: se lo schermo è troppo piccolo rispetto all'immagine originale ci viene, infatti, mostrata una sua replica realizzata in base ad un numero ristretto di campioni. Ecco quindi che, per effetto aliasing, possono comparire degli elementi grafici non presenti nell’immagine originale, proprio come accaduto con l'onda vista sopra.

A questo viene da chiedersi se c’è modo di evitare l’effetto aliasing. La risposta è sì, ce lo dice il Teorema del Campionamento di Shannon-Nyquist che, senza andare nel troppo dettaglio, ci dice quanti campioni bisogna prendere, e quanto devono essere ravvicinati, affinché il contenuto digitalizzato possa essere riprodotto nella maniera più fedele possibile all'originale in base all'uso che ne dobbiamo fare.

Perchè le ruote o le eliche sembrano girare al contrario?

Ma cosa c'entra tutto questo con quello che accade quando guardiamo una ruota girare e ci sembra andare al contrario? Noi non riusciamo a percepire proprio tutto il movimento della ruota, è un po’ come se i nostri occhi campionassero quello che vedono istante per istante: se da un’istante al successivo la ruota ha percorso quasi una rotazione completa, ma non l’ha completata, a noi sembra che abbia girato un pochino all’indietro, invece che in avanti, dando l’impressione di una rotazione al contrario, come spiegato nell'immagine sotto.

Lo si può vedere nell’esempio nel video qui sotto in cui una ruota gira prima lentamente e poi sempre più velocemente ma ad un certo punto ci sembra che giri al contrario o che oscilli avanti ed indietro. Questo particolare esempio di effetto alias prende il nome di wagon wheel effect, traducibile in italiano con l’effetto della ruota del carro!