Что такое отношение сигнал/шум?Как оно влияет на встроенное зрение?

Я не знаю, понимали ли вы когда-нибудь концепцию отношения сигнал/шум (SNR)? Те, кто подвергался воздействиюВстраиваемые системы машинного зренияСледует знать, что эти системы используют передовые камеры и датчики для захвата и обработки изображений и видеоданных, а также для предоставления информации и ответов в режиме реального времени, что делает их популярными в таких отраслях, как здравоохранение и безопасность. Соотношение сигнал/шум является ключевым фактором, который может повлиять на визуальную точность, надежность и производительность этих систем.

Возможно, вы до сих пор ломаете голову над соотношением сигнал/шум. Хотя вы слышали о нем, вы не понимаете, что это значит, как он рассчитывается и почему он важен. Затем в этой статье мы узнаем больше о его важности для встраиваемых систем машинного зрения (например, умные камеры видеонаблюдения, автоматическая переносная фотосъемка и т. д.).

Что такое отношение сигнал/шум?

Что такое коэффициент SN? Отношение сигнал/шум, или сокращенно SNR, является количественной мерой силы полезного сигнала по отношению к фоновому шуму (нежелательному сигналу).SNR важно для сравнения полезных сигналов с мешающими сигналами в системе, различения различных выходных сигналов и реализации эффективного выхода.

Отношение сигнал/шум обычно выражается в децибелах (дБ). Чем выше значение отношения сигнал/шум, тем лучше выход. Во встроенном зрении сигнал — это данные, захваченные устройством, которые могут содержать информацию, которую система должна обработать. Шумом может быть любой внешний фактор, такой как электромагнитные помехи, вибрация и т.д. Чем меньше влияние шума на сигнал, тем выше отношение сигнал/шум, тем больше полезной информации содержится в сигнале, тем самым повышая качество и надежность данных. Например, 90 дБ лучше, чем 50 дБ.

Так как же рассчитать отношение сигнал/шум?Расчет отношения сигнал/шум (SNR) можно использовать по формуле и результат выразить с помощью децибел:

Формула отношения сигнал/шум:  отношение сигнал/шум = 20 * log10 (амплитуда сигнала / амплитуда шума)

Где Амплитуда сигнала — это интенсивность изображения или видеоданных, а Амплитуда шума — это интенсивность шума, влияющего на данные.

Почему соотношение сигнал/шум важно для встраиваемых систем машинного зрения?

Соотношение сигнал/шум имеет важное значение, поскольку оно напрямую влияет на качество изображений и видеоданных, а также на точность и надежность результатов анализа. Когда речь идет о встраиваемых системах машинного зрения, таких как обработка краев, например подсчет голов и распознавание объектов, высокое отношение сигнал/шум полезно для уменьшения количества шумовых частиц в изображении и получения более четких результатов. А в таких алгоритмах, как машинное обучение и искусственный интеллект, высокое отношение сигнал/шум может эффективно повысить точность обработки данных и уменьшить количество ошибок. Между тем, дляМодули камер для съемки при слабом освещении, он может четко отражать влияние шума на качество изображения.

Влияние шума на встроенные данные машинного зрения

Шум в широком смысле относится к нежелательным сигналам, которые появляются в изображениях или видеоданных, таким как искажения, квантовый шум, пикселизация и т. д., которые могут привести к ошибкам в данных. Наличие этих шумов снижает визуализацию данных и затрудняет извлечение и обработку полезной информации из них системой. Это также увеличивает требования к размеру и пропускной способности данных.Что такое шум при встроенном зрении?

Влияние соотношения сигнал/шум на производительность встраиваемых систем машинного зрения

Уровень шума:Низкое отношение сигнал/шум усиливает уровень шума, что затрудняет извлечение полезной информации из этой информации.
Динамический диапазон:Уровень SNR напрямую влияет на динамический диапазон системы, который представляет собой соотношение между самой яркой и самой темной частью. Низкое отношение сигнал/шум затруднит для системы различение различных яркостей и контрастов.
Разрешение и резкость: Низкое отношение сигнал/шум приведет к застреванию при распознавании объектов, в то время как высокое отношение сигнал/шум помогает улучшить разрешение и резкость изображения, делая детали более очевидными и помогая алгоритмам обнаружения краев.

Какова связь между отношением сигнал/шум и характеристиками камеры?

SNR влияет не только на визуализацию, он тесно связан со многими характеристиками камеры. Понимание того, как эти характеристики влияют на отношение сигнал/шум, может привести к лучшим визуальным результатам.

Динамический диапазон:Хороший динамический диапазон может захватывать больше цветовых тонов, что хорошо для получения лучшего отношения сигнал/шум при разных уровнях яркости и лучшего различения деталей в светлых и темных областях.

Чувствительность ISO:Высокое ISO усиливает сигнал при одновременном усилении шума, снижая отношение сигнал/шум. низкое ISO дает лучшее соотношение звука и шума, но требует лучшего света для экспозиции.

Выдержка:более короткие выдержки уменьшают размытие изображения, но требуют большей диафрагмы или ISO, что влияет на отношение сигнал/шум. более длинная выдержка при слабом освещении приводит к более низкому соотношению сигнал/шум из-за увеличенной экспозиции.

Размер сенсора:Чем больше сенсор, тем больше пикселей, тем больше фотонов собирается и тем больше света можно захватить для лучшего соотношения сигнал/шум. Напротив, мелкие пиксели могут создавать шум и влиять на отношение сигнал/шум.

Алгоритмы обработки изображений:Усовершенствованные алгоритмы обработки изображений могут уменьшить нежелательный шум и улучшить отношение сигнал/шум, сохраняя при этом детализацию изображения.

Размер диафрагмы:Чем больше диафрагма, тем больше света, что помогает улучшить соотношение сигнал/шум. Чем меньше диафрагма, тем дольше требуется время экспозиции, что приводит к большему уровню шума.

Почему время воздействия влияет на отношение сигнал/шум?

Время экспозиции также является ключевым фактором отношения сигнал/шум, определяющим, как долго датчик получает свет. Более длительное время экспозиции может увеличить количество захваченных фотонов, теоретически увеличивая мощность сигнала и улучшая соотношение сигнал/шум. Это также может привести к созданию большего количества фотонных и электронных шумов, особенно при высоких температурах или при длительной выдержке, что может ухудшить качество изображения.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что сигнал (сигналы) пропорционален количеству фотонов, собранных за время экспозиции, причем последнее рассчитывается как произведение интенсивности света (I) на время экспозиции (t):

При рассмотрении интенсивности падающих фотонов также возникает шум рассеяния фотонов (шум рассеяния фотонов — это тип шума, присущий любой системе, которая считает свет в дискретных единицах (т.е. фотонах)). Отношение сигнал/шум из-за шума рассеяния фотонов (SNR_Shot) определяется следующим уравнением:

Чем дольше время экспозиции, тем больше количество собранных фотонов (N), а вместе с ним и сигнал (S). Квадратный корень из сигнала (√S) также увеличивается. Это означает, что в случае рассеянного зернового шума отношение звук/шум увеличивается с квадратным корнем из времени экспозиции.

Некоторые актуальные предложения по улучшению отношения сигнал/шум во встраиваемых системах машинного зрения

Из вышесказанного я могу сказать, что снижение шума или улучшение качества сигнала может быть эффективным для улучшения отношения сигнал/шум. Для этого мы можем предложить следующие актуальные предложения по оптимизации:

• для оптимизации уровня сигнала. Но избегайте чрезмерной оптимизации, чтобы предотвратить усиление шума, которое не приведет к существенному улучшению изображения.
• Оптимизируйте архитектуру камеры при покупке или настройке камеры. Использование хорошего архитектурного дизайна позволяет улучшить качество изображения.
• Используйте высококачественный датчик. Высококачественные датчики изображения с низким уровнем шума считывания могут снизить шум и улучшить отношение сигнал/шум.
• Эффективная система охлаждения снижает температуру датчика и уменьшает другие формы шума, такие как тепловой шум.
• Оптимизирует настройки камеры, такие как время экспозиции и выдержка, чтобы уменьшить шум при съемке лучших изображений.

Подведем итоги

Отношение сигнал/шум является важным фактором, влияющим на встраиваемые системы машинного зрения, который напрямую влияет на качество изображений и видеоданных, а также на точность и надежность результатов анализа. Мы надеемся, что с помощью этой статьи мы сможем лучше понять значение отношения сигнал/шум, факторы, влияющие на него, и способы его улучшения, чтобы оптимизировать наши встраиваемые приложения машинного зрения и достичь лучших результатов.

Если вам нужна помощь или вы настраиваете камеру с низким уровнем шума и интегрируете ее в встраиваемое приложение машинного зрения, пожалуйста, не стесняйтесьСвяжитесь с нами.