Qual é a relação sinal/ruído?Como é que isso afecta a visão incorporada?

Eu não sei se você já entendeu o conceito de relação sinal-ruído (SNR)? Aqueles que já foram expostos a sistemas de visão embarcada devem 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 indústrias como saúde e segurança. A relação sinal-ruído é um fator-chave que pode afetar a precisão visual, confiabilidade e desempenho desses sistemas.

Talvez você ainda esteja confuso sobre a relação sinal-ruído. Embora já tenha ouvido falar dela, você não entende o que significa, como é calculada e por que é importante. Então, neste artigo, vamos conhecer mais sobre sua importância na visão embarcada (por exemplo, câmeras de vigilância inteligentes, fotografia automática de transferência, etc.).

O que é Relação Sinal-Ruído?

O que é a razão S/N? A Razão Sinal-Ruído, ou SNR na sigla em inglês, é uma medida quantitativa da força de um sinal desejado em relação ao ruído de fundo (sinal indesejado). O SNR é importante para comparar sinais úteis com sinais interferentes em um sistema, distinguir entre vários sinais de saída e alcançar uma saída eficiente.

A razão sinal-ruído geralmente é expressa em decibéis (dB). Quanto maior o valor da razão sinal-ruído, melhor será a saída. Na visão embarcada, o sinal é 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, maior será o SNR, mais informações úteis estarão presentes no sinal, melhorando assim a qualidade e confiabilidade dos dados. Por exemplo, 90dB é melhor do que 50dB.

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

Figura 2 - Figura 3 - Figura 3 - Figura 3 - Figura 4 - Figura 4 - Figura 4 - Figura 4 - Figura 4 - Figura 4 - Figura 4 - Figura 4 - Figura 4 - Figura 4 - Figura 4 - Figura 4 - Figura 4 - Figura 4 - Figura 4 - Figura

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

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

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 embarcada, como processamento na borda, como contagem de pessoas e reconhecimento de objetos, um alto SNR é benéfico para reduzir partículas de ruído na imagem e fornecer resultados mais nítidos. E em algoritmos como aprendizado de máquina e inteligência artificial, um alto SNR pode melhorar eficazmente a precisão do processamento de dados e reduzir erros. Enquanto isso, para módulos de câmera de baixa luz , ele pode refletir claramente o impacto do ruído na qualidade da imagem.

Impacto do ruído nos dados de visão embarcada

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

Impacto da Relação Sinal-Ruído no Desempenho do Sistema de Visão Embarcada

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 razão entre a parte mais brilhante e a mais escura. Um SNR baixo dificultará ainda mais para o sistema distinguir entre diferentes níveis de brilho e contraste.
Resolução e Nitidez: Um SNR baixo fará com que o reconhecimento de objetos fique travado, enquanto um SNR alto ajuda a melhorar a resolução e nitidez da imagem, tornando os detalhes mais evidentes e ajudando algoritmos de detecção de bordas.

Qual é a relação entre SNR e as características da câmera?

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

Faixa dinâmica: Um bom intervalo dinâmico pode capturar mais tons de cor, o que é bom para obter um 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, reduzindo o SNR. ISO baixo oferece uma melhor relação sinal-ruído, mas exige melhor iluminação para exposição.

velocidade do obturador: velocidades de obturador mais rápidas reduzem o desfoque de movimento, mas exigem uma abertura maior ou ISO, o que afeta a relação sinal-ruído (SNR). Velocidades de obturador mais lentas em baixa luz resultam em uma relação sinal-ruído menor devido ao aumento da exposição.

Tamanho do sensor: quanto maior o sensor, maiores são os pixels e mais fótons são coletados, permitindo capturar mais luz para uma melhor relação sinal-ruído. Por outro lado, pixels pequenos podem gerar ruído e afetar a SNR.

Algoritmos de processamento de imagem: algoritmos avançados de processamento de imagem podem reduzir ruídos indesejados e melhorar a relação sinal-ruído enquanto mantêm os detalhes da imagem.

Tamanho da abertura: quanto maior a abertura, mais luz há, ajudando a melhorar a relação SNR. Quanto menor a abertura, maior será 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 força 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 exposições longas, o que pode degradar a qualidade da imagem.

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

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

Quando o tempo de exposição é mais longo, 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 do ruído de grão disperso, a relação sinal-ruído aumenta com a raiz quadrada do tempo de exposição.

Algumas sugestões relevantes para melhorar o SNR em visão embarcada

A partir do exposto acima, posso concluir que reduzir o ruído ou melhorar a qualidade do sinal pode ser eficaz para melhorar o SNR. Com base nisso, podemos propor as seguintes sugestões de otimização relevantes:

• para otimização da força do sinal. No entanto, evite a super-otimização para evitar amplificar o ruído, resultando em pouca melhoria substancial na imagem.
• Otimizar a arquitetura da câmera ao comprá-la ou personalizá-la. Usar um bom design arquitetônico permite um desempenho de imagem superior.
• 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.
• Um design térmico eficaz reduz a temperatura do sensor e diminui outras formas de ruído, como o ruído térmico.
• otimiza as configurações da câmera, como tempo de exposição e velocidade do obturador, para reduzir o ruído enquanto captura as melhores imagens.

Para Resumir

A relação sinal-ruído é um fator importante que afeta os sistemas de visão embarcada, influenciando diretamente a qualidade dos dados de imagem e vídeo e a precisão e confiabilidade dos resultados de 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 otimizar nossas aplicações de visão embarcada e obter melhores resultados.

Se você precisar de ajuda ou desejar personalizar uma câmera de baixo ruído e integrá-la à sua aplicação de visão embarcada, sinta-se à vontade para Entre em Contato .