O que é a relação sinal-ruído?Como isso afeta a visão incorporada?

Não sei se você já entendeu o conceito de relação sinal-ruído (SNR)? Aqueles que foram expostos aSistemas de visão incorporadosdevem saber que esses sistemas dependem de câmeras e sensores avançados para capturar e processar dados de imagem e vídeo e fornecer insights e respostas em tempo real, tornando-os populares em setores como saúde e segurança. A relação sinal-ruído é um fator chave que pode afetar a precisão visual, a confiabilidade e o desempenho desses sistemas.

Talvez você ainda esteja intrigado com a relação sinal-ruído. Embora você já tenha ouvido falar disso, você não entende o que significa, como é calculado e por que é importante. Então, neste artigo, saberemos mais sobre sua importância na visão incorporada (por exemplo, câmeras de vigilância inteligentes, fotografia de transporte automático, etc.).

O que é relação sinal-ruído?

O que é a relação SN? A relação sinal-ruído, ou SNR, é uma medida quantitativa da intensidade de um sinal desejado em relação ao ruído de fundo (sinal indesejado).

A relação sinal-ruído é geralmente expressa em decibéis (dB). Quanto maior o valor da relação sinal-ruído, melhor a saída. Na visão incorporada, o sinal são os dados capturados pelo dispositivo, que podem conter informações que o sistema precisa processar. O ruído pode ser qualquer fator externo, como interferência eletromagnética, vibração, etc. Quanto menor o efeito do ruído no sinal, quanto maior o SNR, mais informações úteis estão no sinal, melhorando assim a qualidade e a confiabilidade dos dados. Por exemplo, 90dB é melhor que 50dB.

então como calcular snr?cálculo da relação sinal-ruído (SNR) pode ser use a fórmula e o resultado é expresso usando decibéis:

fórmula da relação s/n:  SNR = 20 * log10 (Amplitude do Sinal / Amplitude do Ruído)

Onde Amplitude do sinal é a intensidade dos dados de imagem ou vídeo e Amplitude do ruído é a intensidade do ruído que afeta os dados.

Por que a relação sinal-ruído é importante na visão incorporada?

A relação sinal-ruído é importante porque afeta diretamente a qualidade dos dados de imagem e vídeo e a precisão e confiabilidade dos resultados da análise. Quando se trata de aplicações de visão incorporada, como processamento de bordas, como contagem de cabeças e reconhecimento de objetos, um SNR alto é benéfico para reduzir as partículas de ruído na imagem e fornecer resultados mais claros. E em algoritmos como aprendizado de máquina e inteligência artificial, o SNR alto pode efetivamente melhorar a precisão do processamento de dados e reduzir erros. Enquanto isso, paramódulos de câmera para pouca luz, pode refletir claramente o impacto do ruído na qualidade da imagem.

Impacto do ruído nos dados de visão incorporados

O ruído refere-se amplamente a sinais indesejados que aparecem em dados de imagem ou vídeo, como distorção, ruído quântico, pixelização, etc., que podem levar a erros nos dados. A presença desses ruídos reduz a visualização dos dados e torna mais difícil para o sistema extrair e processar informações úteis deles. Também aumenta os requisitos de tamanho e largura de banda dos dados.O que é ruído na visão incorporada?

Impacto da relação sinal-ruído no desempenho do sistema de visão incorporado

Nível de ruído:Um SNR baixo amplifica o nível de ruído, tornando mais difícil para o sistema extrair informações úteis das informações.
Faixa dinâmica:O nível de SNR afeta diretamente a faixa dinâmica do sistema, que é a proporção entre a parte mais clara e a mais escura. Um SNR baixo tornará mais difícil para o sistema distinguir entre diferentes brilhos e contrastes.
Resolução e nitidez: O SNR baixo fará com que o reconhecimento de objetos fique travado, o que, enquanto o SNR alto ajuda a melhorar a resolução e a nitidez da imagem, tornando os detalhes mais óbvios e ajudando os algoritmos de detecção de bordas.

Qual é a relação entre SNR e características da câmera?

O SNR não afeta apenas a visualização, está intimamente relacionado a muitas características da câmera. Entender como essas características afetam a SNR pode levar a melhores resultados visuais.

Faixa dinâmica:Uma boa faixa dinâmica pode capturar mais tons de cores, o que é bom para obter melhor SNR em diferentes níveis de brilho e distinguir melhor os detalhes em áreas claras e escuras.

Sensibilidade ISO:ISO alto amplifica o sinal enquanto amplifica o ruído, diminuindo o SNR. ISO baixo oferece melhor relação som-ruído, mas requer melhor luz para exposição.

Velocidade do obturador:velocidades mais rápidas do obturador reduzem o desfoque de movimento, mas exigem uma abertura maior ou ISO, o que afeta o SNR. velocidades do obturador mais lentas com pouca luz resultam em SNR mais baixo devido ao aumento da exposição.

Tamanho do sensor:Quanto maior o sensor, maiores são os pixels, mais fótons são coletados e mais luz pode ser capturada para uma melhor relação sinal-ruído. Pelo contrário, pixels pequenos podem gerar ruído e afetar o SNR.

Algoritmos de processamento de imagem:Algoritmos avançados de processamento de imagem podem reduzir ruídos indesejados e melhorar o SNR, mantendo os detalhes da imagem.

Tamanho da abertura:Quanto maior a abertura, mais luz existe, ajudando a melhorar a relação snr. Quanto menor a abertura, maior o tempo de exposição necessário, o que introduz mais ruído.

Por que o tempo de exposição afeta a SNR?

O tempo de exposição também é um fator chave no SNR, determinando por quanto tempo o sensor recebe luz. Tempos de exposição mais longos podem aumentar o número de fótons capturados, teoricamente aumentando a intensidade do sinal e melhorando a relação sinal-ruído. Isso também pode levar à criação de mais ruído fotônico e eletrônico, especialmente em altas temperaturas ou durante longas exposições, o que pode degradar a qualidade da imagem.

Do exposto podemos concluir que o(s) sinal(s) é(são) proporcional(is) ao número de fótons coletados durante o tempo de exposição, sendo este último calculado como o produto da intensidade da luz (I) e do tempo de exposição (t):

Ao considerar a intensidade do fóton incidente, o ruído de espalhamento de fótons (o ruído de espalhamento de fótons é um tipo de ruído inerente a qualquer sistema que conta a luz em unidades discretas (ou seja, fótons)) também aparece. A relação sinal-ruído devido ao ruído de dispersão de fótons (SNR_Shot) é dada pela seguinte equação:

Quando o tempo de exposição é maior, o número de fótons coletados (N) também aumenta, assim como o sinal (S). A raiz quadrada do sinal (√S) também aumenta. Isso significa que, no caso de ruído de grãos dispersos, a relação som-ruído aumenta com a raiz quadrada do tempo de exposição.

Algumas sugestões relevantes para melhorar a SNR na visão incorporada

Do exposto, posso dizer que reduzir o ruído ou melhorar a qualidade do sinal pode ser eficaz para melhorar o SNR. Para isso, podemos apresentar as seguintes sugestões de otimização relevantes:

• para otimização da intensidade do sinal. Mas evite a otimização excessiva para evitar amplificar o ruído, resultando em nenhuma melhoria substancial na imagem.
• Otimize a arquitetura da câmera ao comprar ou personalizar a câmera. O uso de um bom projeto arquitetônico permite um melhor desempenho de imagem.
• Use um sensor de alta qualidade. Sensores de imagem de alta qualidade com baixo ruído de leitura podem reduzir o ruído e melhorar o SNR.
• O design térmico eficaz reduz a temperatura do sensor e reduz outras formas de ruído, como ruído térmico.
• Otimiza as configurações da câmera, como tempo de exposição e velocidade do obturador, para reduzir o ruído ao capturar as melhores imagens.

Resumindo

A relação sinal-ruído é um fator importante que afeta os sistemas de visão embarcados, o que afeta diretamente a qualidade dos dados de imagem e vídeo e a precisão e confiabilidade dos resultados da análise. Esperamos que, por meio deste artigo, possamos entender melhor o significado da relação sinal-ruído, os fatores que a afetam e como melhorá-la para que possamos otimizar nossas aplicações de visão embarcada e obter melhores resultados.

Se você precisar de ajuda ou personalizar uma câmera de baixo ruído e integrá-la ao seu aplicativo de visão incorporada, sinta-se à vontade paraContate-nos.