ナイキストリミットとは何ですか？また、写真家にとってその意味は何ですか？

ナイキスト制限は、レンズとセンサーの解像度のコンテキストで頻繁に言及されています。
それは何であり、写真家にとってその意義は何ですか？

以下は、DPReview.com が解像度テストで使用している例です。

以下は、物事が実際にどのように機能するかの単純化であることに注意してください

バックグラウンド：

デジタル写真では、レンズによって光パターンの焦点が画像センサーに合わせられます。イメージセンサーは、数百万の小さな光センサーで構成され、その測定値が組み合わされて2次元のピクセル配列を形成します。各小さなセンサーは、単一の光強度測定を生成します。簡単にするために、1次元のケースを見ていきます。（これは、1行のピクセルのみを見るスライスと考えてください）。

サンプリング：

それぞれが単一の光点を測定する小さなセンサーの列は、連続信号（レンズを通過する光）のサンプリングを実行して、離散信号（各等間隔ピクセルの光強度値）を生成します。

サンプリング定理：

元の信号の情報をすべて含む信号を生成する最小サンプリングレート（1インチあたりのセンサー数）はナイキストレートと呼ばれ、これは元の信号の最大周波数の2倍です。次の図の上のプロットは、ナイキストレートでサンプリングされた1Hzの正弦波を示しています。この正弦波の場合は2Hzです。結果として得られる赤で示された離散信号には、その下にプロットされた10Hzの周波数でサンプリングされた離散信号と同じ情報が含まれています。少し過剰に簡略化されていますが、元のサンプルレートがわかっている場合は情報が失われず、元の信号の最高周波数はサンプルレートの半分未満であることは本質的に事実です。

アンダーサンプリングの影響：

サンプル周波数が信号の最大周波数の2倍未満の場合、信号はアンダーサンプリングされていると言われます。その場合、離散信号から元の連続信号を再構築することはできません。これがなぜそうなのかの説明は、下の図にあります。そこでは、同じレートでサンプリングされた異なる周波数の2つの正弦波が、離散点の同じセットを生成します。これらの2つの正弦波は、互いのエイリアスと呼ばれます。

すべての離散信号およびデジタル信号には、離散信号を生成する可能性のあるすべての正弦波に対応する無数のエイリアスがあります。これらのエイリアスの存在は元の信号を再構築するときに問題を引き起こすように見えるかもしれませんが、解決策は元の信号の最大周波数を超えるすべての信号内容を無視することです。これは、サンプリングされたポイントが可能な限り低い周波数の正弦波から取られたと仮定するのと同等です。エイリアスがオーバーラップすると問題が発生します。これは、信号がサンプリングされていないときに発生する可能性があります。

しかし、写真は正弦波のようには見えません。これはどのように関連していますか？

画像にとってこれがすべて重要である理由は、フーリエ級数を適用することにより、有限長の信号を正弦波の合計として表現できるためです。これは、画像に識別可能な波形パターンがなくても、異なる周波数の正弦波のシーケンスとして表すことができることを意味します。画像で表現できる最高周波数はナイキストレートの半分（サンプリング周波数）です。

類似用語の意味：

ナイキストレート -元の連続信号の完全な再構成の可能性を保証しながら使用できる、可能な限り低いサンプリング周波数。

ナイキスト周波数 -（特定のサンプリング周波数の）離散信号で表すことができる最高周波数の連続信号。

これらの2つの用語は、同じコインの両面です。1つ目は、最大周波数の関数としてサンプリングレートの限界を示します。2番目は、サンプリングレートの関数として可能な最大周波数を提供します。詳細については、Wikipedia：Nyquist frequencyを参照してください。

ナイキスト制限は、ナイキスト周波数の別名です。 wolfram.com：ナイキスト周波数を参照してください

ナイキスト制限は、主にデジタル録音で使用されますが、デジタル写真にも適用されます。

デジタル録音では、おそらく録音できる最高周波数の音はサンプリング周波数の半分です。音声録音av 44100 kHzは、22050 Hzを超える音声周波数を録音できません。

写真では、波が2ピクセルよりも近い波パターンをキャプチャできない可能性があります。

録音では、すべてが周波数であるため、ナイキスト制限は常に関連しています。写真では、多くの場合、影響を受ける波のパターンはありません。そのため、センサーの解像度の理論的な限界として主に使用されます。

この制限の効果は、ブラインドが引っ張られた距離に窓がある場所で写真を撮るなど、写真に水平または垂直の波模様があるいくつかの状況で見ることができます。ブラインドのブレードが2ピクセルより近い場合、別々のブレードを区別できません。ただし、正確に水平または垂直ではない波形パターンが表示される可能性が高くなります。その場合、代わりにナイキスト制限の前に発生するギザギザのエッジまたはモアレパターンの効果が表示されます。

前の答えに追加するだけです...ナイキストの制限を超えるパターンがある場合、エイリアシングが発生する可能性があります。つまり、画像内でより低い周波数のパターンとして表示される場合があります。これは、テレビのチェックジャケットのようなもので非常に明白だった。したがって、このアーティファクトが問題にならないように、サンプリングの前にローパスアンチエイリアシングフィルターが必要です。