Qual è il rapporto segnale/rumore?In che modo influisce sulla visione incorporata?

Non so se avete mai capito il concetto di rapporto segnale/rumore (SNR)? Coloro che sono stati esposti asistemi di visione incorporatidovrebbero sapere che questi sistemi si basano su telecamere e sensori avanzati per catturare ed elaborare dati di immagini e video e fornire informazioni e risposte in tempo reale, rendendoli popolari in settori quali sanità e 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 riguardo al rapporto segnale/rumore. Sebbene ne abbia sentito parlare, non capisci cosa significa, come viene calcolato e perché è importante. Quindi, in questo articolo, ne sapremo di più sulla sua importanza nella visione incorporata (ad esempio, telecamere di sorveglianza intelligenti, fotografia con riporto automatico, ecc.).

Cos'è il rapporto segnale/rumore?

Che cos'è il rapporto sn?Il rapporto segnale/rumore, o SNR in breve, è una misura quantitativa dell'intensità di un segnale desiderato rispetto al rumore di fondo (segnale indesiderato). L'SNR è importante per confrontare segnali utili con segnali interferenti in un sistema, distinguere tra vari segnali di output e realizzare un output efficiente.

Il rapporto segnale/rumore è solitamente espresso in decibel (dB). Maggiore è il valore del rapporto segnale/rumore, migliore è l'output. Nella visione incorporata, il segnale è costituito dai dati catturati 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 presenti nel segnale, migliorando così la qualità e l'affidabilità dei dati. Ad esempio, 90 dB sono meglio di 50 dB.

quindi come calcolare snr?il calcolo del rapporto segnale/rumore (SNR) può essere effettuato utilizzando la formula e il risultato è espresso in decibel:

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

Dove l'ampiezza del segnale è l'intensità dei dati dell'immagine o del video e l'ampiezza del 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 influenza direttamente la qualità dei dati di immagini e video e l'accuratezza e l'affidabilità dei risultati dell'analisi. Quando si tratta di applicazioni di visione embedded come l'elaborazione dei bordi, come il conteggio delle teste e il riconoscimento degli 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 per scarsa illuminazione, può riflettere chiaramente l'impatto del rumore sulla qualità dell'immagine.

Impatto del rumore sui dati di visione incorporati

Il rumore si riferisce in senso lato ai segnali indesiderati che compaiono nei dati di immagini o video, come distorsione, rumore quantistico, pixelazione, ecc., che possono causare 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 i requisiti di dimensione e larghezza di banda dei dati.Cos'è il rumore nella visione incorporata?

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

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 influenza direttamente la gamma dinamica del sistema, che è il rapporto tra la porzione più luminosa e quella più scura. Un basso SNR renderà più difficile per il sistema distinguere tra diverse luminosità e contrasti.
Risoluzione e nitidezza: un SNR basso blocca il riconoscimento degli oggetti, mentre un SNR alto aiuta a migliorare la risoluzione e la nitidezza dell'immagine, rendendo i dettagli più evidenti e facilitando gli algoritmi di rilevamento dei bordi.

Qual è la relazione tra SNR e caratteristiche della telecamera?

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

Gamma dinamica:Una buona gamma dinamica consente di catturare più toni di colore, il che è utile per ottenere un migliore rapporto segnale/rumore a diversi livelli di luminosità e per distinguere meglio i dettagli nelle aree chiare e scure.

Sensibilità ISO:Un ISO elevato amplifica il segnale e al contempo il rumore, riducendo il rapporto segnale/rumore. Un ISO basso offre un rapporto suono/rumore migliore, ma richiede una luce migliore per l'esposizione.

velocità di scatto:Le velocità di otturazione più elevate riducono la sfocatura da movimento, ma richiedono un'apertura o un ISO maggiori, che influiscono sul rapporto segnale/rumore. Le velocità di otturazione più lente in condizioni di scarsa illuminazione comportano un rapporto segnale/rumore inferiore a causa della maggiore 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, i 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 il rapporto segnale/rumore mantenendo inalterati i dettagli dell'immagine.

Dimensioni dell'apertura:Più grande è l'apertura, più luce c'è, contribuendo a migliorare il rapporto snr. Più piccola è l'apertura, più lungo è il tempo di esposizione richiesto, il che introduce più rumore.

Perché il tempo di esposizione influenza il rapporto segnale/rumore?

Il tempo di esposizione è anche un fattore chiave nell'SNR, che determina per quanto tempo il sensore riceve 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. Ciò può anche portare alla creazione di più rumore fotonico ed elettronico, specialmente ad alte temperature o durante lunghe esposizioni, che possono degradare la qualità dell'immagine.

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

Quando si considera l'intensità dei fotoni incidenti, compare anche il rumore di scattering dei fotoni (il rumore di scattering dei fotoni è un tipo di rumore inerente a qualsiasi sistema che conta la luce in unità discrete (ad esempio, fotoni)). Il rapporto segnale/rumore dovuto al rumore di scattering 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), e così anche il segnale (S). Anche la radice quadrata del segnale (√S) aumenta. Ciò significa che nel caso di rumore di grani sparsi, 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 la riduzione del rumore o il miglioramento della qualità del segnale possono essere efficaci nel migliorare l'SNR. Per questo possiamo elaborare i seguenti suggerimenti di ottimizzazione pertinenti:

• per l'ottimizzazione della potenza del segnale. Ma evitate di ottimizzare troppo per evitare di amplificare il rumore, che non porterebbe a nessun miglioramento sostanziale dell'immagine.
• Ottimizza l'architettura della fotocamera quando acquisti o personalizzi la fotocamera. Utilizzare un buon design architettonico consente migliori prestazioni di imaging.
• Utilizzare un sensore di alta qualità. I sensori di immagini di alta qualità con basso rumore di lettura possono ridurre il rumore e migliorare l'SNR.
• Un design termico efficace 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 al contempo immagini di qualità ottimale.

Per riassumere

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 affidabilità dei risultati delle 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 embedded e ottenere risultati migliori.

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