¿Cuál es la relación señal-ruido?¿Cómo afecta a la visión integrada?

No sé si alguna vez has entendido el concepto de relación señal-ruido (SNR). Quienes han estado expuestos asistemas de visión integradosDebe saber que estos sistemas dependen de cámaras y sensores avanzados para capturar y procesar datos de imágenes y videos y brindar información y respuestas en tiempo real, lo que los hace populares en industrias como la atención médica y la seguridad. La relación señal-ruido es un factor clave que puede afectar la precisión visual, la confiabilidad y el rendimiento de estos sistemas.

Quizás todavía tenga dudas sobre la relación señal/ruido. Aunque haya oído hablar de ella, no comprende qué significa, cómo se calcula y por qué es importante. En este artículo, aprenderemos más sobre su importancia en la visión integrada (por ejemplo, cámaras de vigilancia inteligentes, fotografía automática con transferencia de datos, etc.).

¿Qué es la relación señal/ruido?

¿Qué es la relación señal-ruido? La relación señal-ruido, o SNR por sus siglas en inglés, es una medida cuantitativa de la intensidad de una señal deseada en relación con el ruido de fondo (señal no deseada). La SNR es importante para comparar señales útiles con señales interferentes en un sistema, distinguir entre varias señales de salida y lograr una salida eficiente.

La relación señal/ruido se expresa normalmente en decibelios (dB). Cuanto mayor sea el valor de la relación señal/ruido, mejor será el resultado. En la visión integrada, la señal son los datos capturados por el dispositivo, que pueden contener información que el sistema necesita procesar. El ruido puede ser cualquier factor externo, como interferencias electromagnéticas, vibraciones, etc. Cuanto menor sea el efecto del ruido en la señal, mayor será la relación señal/ruido y más información útil habrá en la señal, mejorando así la calidad y la fiabilidad de los datos. Por ejemplo, 90 dB es mejor que 50 dB.

Entonces, ¿cómo se calcula la relación señal/ruido (SNR)? El cálculo de la relación señal/ruido (SNR) se puede realizar mediante la fórmula y el resultado se expresa en decibeles:

fórmula de relación s/n: SNR = 20 * log10 (Amplitud de la Señal / Amplitud del Ruido)

Donde la amplitud de la señal es la intensidad de los datos de imagen o vídeo y la amplitud del ruido es la intensidad del ruido que afecta a los datos.

¿Por qué es importante la relación señal-ruido en la visión integrada?

La relación señal-ruido es importante porque afecta directamente la calidad de los datos de imagen y video y la precisión y confiabilidad de los resultados del análisis. Cuando se trata de aplicaciones de visión integrada, como el procesamiento de bordes, como el conteo de cabezas y el reconocimiento de objetos, una relación señal-ruido alta es beneficiosa para reducir las partículas de ruido en la imagen y brindar resultados más claros. Y en algoritmos como el aprendizaje automático y la inteligencia artificial, una relación señal-ruido alta puede mejorar de manera efectiva la precisión del procesamiento de datos y reducir los errores.módulos de cámara con poca luzPuede reflejar claramente el impacto del ruido en la calidad de la imagen.

Impacto del ruido en los datos de visión integrados

El ruido se refiere, en sentido amplio, a señales no deseadas que aparecen en los datos de imágenes o vídeos, como distorsión, ruido cuántico, pixelación, etc., que pueden provocar errores en los datos. La presencia de estos ruidos reduce la visualización de los datos y dificulta que el sistema extraiga y procese información útil de ellos. También aumenta los requisitos de tamaño y ancho de banda de los datos.¿Qué es el ruido en la visión integrada?

Impacto de la relación señal/ruido en el rendimiento del sistema de visión integrado

Nivel de ruido:Una relación señal/ruido baja amplifica el nivel de ruido, lo que hace más difícil que el sistema extraiga información útil de la información.
Rango dinámico:El nivel de SNR afecta directamente el rango dinámico del sistema, que es la relación entre la parte más brillante y la más oscura. Una relación SNR baja hará que sea más difícil para el sistema distinguir entre diferentes brillos y contrastes.
Resolución y nitidez: una relación señal-ruido baja hará que el reconocimiento de objetos se bloquee, mientras que una relación señal-ruido alta ayuda a mejorar la resolución y la nitidez de la imagen, haciendo que los detalles sean más obvios y ayudando a los algoritmos de detección de bordes.

¿Cuál es la relación entre la relación señal/ruido y las características de la cámara?

La relación señal/ruido no solo afecta la visualización, sino que está estrechamente relacionada con muchas características de la cámara. Comprender cómo afectan estas características a la relación señal/ruido puede conducir a mejores resultados visuales.

Rango dinámico:Un buen rango dinámico puede capturar más tonos de color, lo que es bueno para obtener una mejor relación señal/ruido en diferentes niveles de brillo y distinguir mejor los detalles en áreas claras y oscuras.

Sensibilidad ISO:Un ISO alto amplifica la señal mientras amplifica el ruido, reduciendo la SNR. Un ISO bajo brinda una mejor relación sonido-ruido, pero requiere mejor luz para la exposición.

velocidad de obturación:Las velocidades de obturación más rápidas reducen el desenfoque de movimiento, pero requieren una apertura o ISO mayor, lo que afecta la relación señal/ruido. Las velocidades de obturación más lentas con poca luz dan como resultado una relación señal/ruido más baja debido a una mayor exposición.

tamaño del sensor:Cuanto más grande sea el sensor, más grandes serán los píxeles, más fotones se recolectarán y más luz se podrá capturar para lograr una mejor relación señal-ruido. Por el contrario, los píxeles pequeños pueden generar ruido y afectar la relación señal-ruido.

Algoritmos de procesamiento de imágenes:Los algoritmos avanzados de procesamiento de imágenes pueden reducir el ruido no deseado y mejorar la relación señal/ruido manteniendo los detalles de la imagen.

Tamaño de apertura:Cuanto mayor sea la apertura, más luz habrá, lo que ayudará a mejorar la relación señal/ruido. Cuanto menor sea la apertura, mayor será el tiempo de exposición necesario, lo que introduce más ruido.

¿Por qué el tiempo de exposición afecta la relación señal-ruido (SNR)?

El tiempo de exposición también es un factor clave en la relación señal/ruido, ya que determina durante cuánto tiempo recibe luz el sensor. Los tiempos de exposición más prolongados pueden aumentar la cantidad de fotones capturados, lo que teóricamente aumenta la intensidad de la señal y mejora la relación señal/ruido. Esto también puede generar más ruido fotónico y electrónico, especialmente a altas temperaturas o durante exposiciones prolongadas, lo que puede degradar la calidad de la imagen.

De lo anterior podemos concluir que la señal (s) es proporcional al número de fotones recogidos durante el tiempo de exposición, calculándose este último como el producto de la intensidad luminosa (I) por el tiempo de exposición (t):

Al considerar la intensidad de los fotones incidentes, también aparece el ruido de dispersión de fotones (el ruido de dispersión de fotones es un tipo de ruido inherente a cualquier sistema que cuente la luz en unidades discretas (es decir, fotones)). La relación señal-ruido debido al ruido de dispersión de fotones (SNR_Shot) viene dada por la siguiente ecuación:

Cuando el tiempo de exposición es más largo, el número de fotones recogidos (N) también aumenta, y lo mismo ocurre con la señal (S). La raíz cuadrada de la señal (√S) también aumenta. Esto significa que en el caso del ruido de grano disperso, la relación sonido/ruido aumenta con la raíz cuadrada del tiempo de exposición.

Algunas sugerencias relevantes para mejorar la relación señal-ruido en la visión integrada

De lo anterior puedo deducir que reducir el ruido o mejorar la calidad de la señal puede ser eficaz para mejorar la relación señal/ruido. Para ello podemos proponer las siguientes sugerencias de optimización relevantes:

• para optimizar la intensidad de la señal, pero evite la optimización excesiva para evitar amplificar el ruido, lo que no produce una mejora sustancial en la imagen.
• Optimice la arquitectura de la cámara al comprarla o personalizarla. El uso de un buen diseño arquitectónico permite obtener un mejor rendimiento de las imágenes.
• Utilice un sensor de alta calidad. Los sensores de imagen de alta calidad con bajo nivel de ruido de lectura pueden reducir el ruido y mejorar la relación señal/ruido (SNR).
• El diseño térmico eficaz reduce la temperatura del sensor y otras formas de ruido, como el ruido térmico.
• Optimiza la configuración de la cámara, como el tiempo de exposición y la velocidad de obturación, para reducir el ruido mientras captura las mejores imágenes.

Para resumir

La relación señal/ruido es un factor importante que afecta a los sistemas de visión integrados, lo que afecta directamente a la calidad de los datos de imagen y vídeo y a la precisión y fiabilidad de los resultados del análisis. Esperamos que a través de este artículo podamos entender mejor el significado de la relación señal/ruido, los factores que la afectan y cómo mejorarla para que podamos optimizar nuestras aplicaciones de visión integrada y lograr mejores resultados.

Si necesita ayuda o personalizar una cámara de bajo ruido e integrarla en su aplicación de visión integrada, no dude en contactarnos.Contáctenos.