Che cos'è il rapporto segnale/rumore?In che modo influisce sulla visione incorporata?

Non so se hai mai capito il concetto di rapporto segnale/rumore (SNR)? Coloro che sono stati esposti asistemi di visione integratiBisogna sapere che questi sistemi si basano su telecamere e sensori avanzati per acquisire ed elaborare dati di immagini e video e fornire informazioni e risposte in tempo reale, rendendoli popolari in settori come la sanità e la sicurezza. Il rapporto segnale/rumore è un fattore chiave che può influenzare l'accuratezza visiva, l'affidabilità e le prestazioni di questi sistemi.

Forse sei ancora perplesso sul rapporto segnale/rumore. Anche se ne hai sentito parlare, non capisci cosa significa, come viene calcolato e perché è importante. In questo articolo, approfondiremo la sua importanza nella visione integrata (ad esempio, telecamere di sorveglianza intelligenti, fotografia automatica di riporto, ecc.).

Che cos'è il rapporto segnale/rumore?

Cos'è il rapporto SN? Il rapporto segnale/rumore, o SNR in breve, è una misura quantitativa della potenza di un segnale desiderato rispetto al rumore di fondo (segnale indesiderato).

Il rapporto segnale/rumore è solitamente espresso in decibel (dB). Maggiore è il valore del rapporto segnale/rumore, migliore è l'uscita. Nella visione incorporata, il segnale è costituito dai dati acquisiti dal dispositivo, che possono contenere informazioni che il sistema deve elaborare. Il rumore può essere qualsiasi fattore esterno come interferenze elettromagnetiche, vibrazioni, ecc. Minore è l'effetto del rumore sul segnale, maggiore è l'SNR, più informazioni utili sono nel segnale, migliorando così la qualità e l'affidabilità dei dati. Ad esempio, 90 dB è meglio di 50 dB.

quindi come calcolare l'SNR?il calcolo del rapporto segnale/rumore (SNR) può essere utilizzato la formula e il risultato è espresso utilizzando i decibel:

Formula del rapporto s/n:  SNR = 20 * log10 (Ampiezza del segnale / Ampiezza del rumore)

Dove Ampiezza segnale è l'intensità dell'immagine o dei dati video e Ampiezza rumore è l'intensità del rumore che influisce sui dati.

Perché il rapporto segnale/rumore è importante nella visione embedded?

Il rapporto segnale/rumore è importante perché influisce direttamente sulla qualità dei dati di immagini e video e sull'accuratezza e l'affidabilità dei risultati dell'analisi. Quando si tratta di applicazioni di visione integrate come l'elaborazione edge, come il conteggio delle teste e il riconoscimento di oggetti, un SNR elevato è utile per ridurre le particelle di rumore nell'immagine e fornire risultati più chiari. E in algoritmi come l'apprendimento automatico e l'intelligenza artificiale, un SNR elevato può migliorare efficacemente l'accuratezza dell'elaborazione dei dati e ridurre gli errori. Nel frattempo, permoduli telecamera in condizioni di scarsa illuminazione, può riflettere chiaramente l'impatto del rumore sulla qualità dell'immagine.

Impatto del rumore sui dati visivi integrati

Il rumore si riferisce in generale a segnali indesiderati che appaiono nei dati di immagini o video, come distorsione, rumore quantistico, pixelizzazione, ecc., che possono portare a errori nei dati. La presenza di questi rumori riduce la visualizzazione dei dati e rende più difficile per il sistema estrarre ed elaborare informazioni utili da essi. Aumenta anche le dimensioni e i requisiti di larghezza di banda dei dati.Che cos'è il rumore nella visione incorporata?

Impatto del rapporto segnale/rumore sulle prestazioni del sistema di visione integrato

Livello di rumore:Un SNR basso amplifica il livello di rumore, rendendo più difficile per il sistema estrarre informazioni utili dalle informazioni.
Gamma dinamica:Il livello di SNR influisce direttamente sulla gamma dinamica del sistema, che è il rapporto tra la parte più luminosa e quella più scura. Un SNR basso renderà più difficile per il sistema distinguere tra diverse luminosità e contrasti.
Risoluzione e nitidezza: un SNR basso farà bloccare il riconoscimento degli oggetti, il che, mentre un SNR elevato aiuta a migliorare la risoluzione e la nitidezza dell'immagine, rendendo i dettagli più evidenti e aiutando gli algoritmi di rilevamento dei bordi.

Qual è la relazione tra SNR e caratteristiche della fotocamera?

L'SNR non influisce solo sulla visualizzazione, ma è strettamente correlato a molte caratteristiche della fotocamera. Capire come queste caratteristiche influenzano l'SNR può portare a risultati visivi migliori.

Gamma dinamica:Una buona gamma dinamica può catturare più tonalità di colore, il che è utile per ottenere un migliore SNR a diversi livelli di luminosità e distinguere meglio i dettagli nelle aree chiare e scure.

Sensibilità ISO:ISO elevati amplificano il segnale amplificando il rumore, abbassando l'SNR. ISO bassi offrono un migliore rapporto suono/rumore, ma richiedono una luce migliore per l'esposizione.

Velocità dell'otturatore:velocità dell'otturatore più elevate riducono la sfocatura del movimento, ma richiedono un'apertura o un ISO più ampio, che influisce sull'SNR. velocità dell'otturatore più lente in condizioni di scarsa illuminazione si traducono in un SNR inferiore a causa dell'aumento dell'esposizione.

Dimensione del sensore:Più grande è il sensore, più grandi sono i pixel, più fotoni vengono raccolti e più luce può essere catturata per un migliore rapporto segnale/rumore. Al contrario, pixel piccoli possono generare rumore e influenzare l'SNR.

Algoritmi di elaborazione delle immagini:Gli algoritmi avanzati di elaborazione delle immagini possono ridurre il rumore indesiderato e migliorare l'SNR mantenendo i dettagli dell'immagine.

Dimensione dell'apertura:Maggiore è l'apertura, maggiore è la luce, contribuendo a migliorare il rapporto SNR. Più piccola è l'apertura, maggiore è il tempo di esposizione richiesto, il che introduce più rumore.

Perché il tempo di esposizione influisce sull'SNR?

Anche il tempo di esposizione è un fattore chiave nell'SNR, in quanto determina per quanto tempo il sensore riceve la luce. Tempi di esposizione più lunghi possono aumentare il numero di fotoni catturati, aumentando teoricamente la potenza del segnale e migliorando il rapporto segnale/rumore. Questo può anche portare alla creazione di più rumore fotonico ed elettronico, soprattutto ad alte temperature o durante lunghe esposizioni, che può degradare la qualità dell'immagine.

Da quanto sopra possiamo concludere che il/i segnale/i è proporzionale al numero di fotoni raccolti durante il tempo di esposizione, quest'ultimo essendo calcolato come il prodotto dell'intensità della luce (I) e del tempo di esposizione (t):

Quando si considera l'intensità dei fotoni incidenti, appare anche il rumore di dispersione dei fotoni (il rumore di diffusione dei fotoni è un tipo di rumore inerente a qualsiasi sistema che conta la luce in unità discrete (cioè fotoni)). Il rapporto segnale/rumore dovuto al rumore di diffusione dei fotoni (SNR_Shot) è dato dalla seguente equazione:

Quando il tempo di esposizione è più lungo, aumenta anche il numero di fotoni raccolti (N), così come il segnale (S). Anche la radice quadrata del segnale (√S) aumenta. Ciò significa che nel caso di rumore a grana sparsa, il rapporto suono/rumore aumenta con la radice quadrata del tempo di esposizione.

Alcuni suggerimenti rilevanti per migliorare l'SNR nella visione incorporata

Da quanto sopra posso dire che ridurre il rumore o migliorare la qualità del segnale può essere efficace nel migliorare l'SNR. Per questo possiamo elaborare i seguenti suggerimenti di ottimizzazione pertinenti:

• per l'ottimizzazione della potenza del segnale. Ma evita un'eccessiva ottimizzazione per evitare di amplificare il rumore, con conseguente non miglioramento sostanziale dell'immagine.
• Ottimizza l'architettura della fotocamera durante l'acquisto o la personalizzazione della fotocamera. L'utilizzo di un buon design architettonico consente di ottenere migliori prestazioni di imaging.
• Utilizzare un sensore di alta qualità. I sensori di immagine di alta qualità con basso rumore di lettura possono ridurre il rumore e migliorare l'SNR.
• L'efficace design termico abbassa la temperatura del sensore e riduce altre forme di rumore come il rumore termico.
• Ottimizza le impostazioni della fotocamera, come il tempo di esposizione e la velocità dell'otturatore, per ridurre il rumore e catturare le immagini migliori.

Riassumendo

Il rapporto segnale/rumore è un fattore importante che influenza i sistemi di visione embedded, che influisce direttamente sulla qualità dei dati di immagini e video e sull'accuratezza e l'affidabilità dei risultati dell'analisi. Ci auguriamo che attraverso questo articolo possiamo comprendere meglio il significato del rapporto segnale/rumore, i fattori che lo influenzano e come migliorarlo in modo da poter ottimizzare le nostre applicazioni di visione integrata e ottenere risultati migliori.

Se hai bisogno di aiuto o di personalizzare una telecamera a basso rumore e integrarla nella tua applicazione di visione integrata, non esitare a farlocontattaci.