Ψηφιακή μείωση θορύβου

Ανεξάρτητα από το πόσο καλή είναι μία κάμερα χαμηλού φωτισμού, θόρυβος θα υπάρχει πάντα κατά τη λήψη βίντεο στο σκοτάδι. Ο θόρυβος είναι αναπόφευκτο μέρος οποιασδήποτε ηλεκτρονικής επικοινωνίας, είτε πρόκειται για βίντεο, είτε για ήχο. Είναι ουσιαστικά μία παρεμβολή στο σήμα βίντεο που εκδηλώνεται ως λευκό και μαύρο σημείο στο πλαίσιο παράγοντας τελικά…

Ανεξάρτητα από το πόσο καλή είναι μία κάμερα χαμηλού φωτισμού, θόρυβος θα υπάρχει πάντα κατά τη λήψη βίντεο στο σκοτάδι. Ο θόρυβος είναι αναπόφευκτο μέρος οποιασδήποτε ηλεκτρονικής επικοινωνίας, είτε πρόκειται για βίντεο, είτε για ήχο. Είναι ουσιαστικά μία παρεμβολή στο σήμα βίντεο που εκδηλώνεται ως λευκό και μαύρο σημείο στο πλαίσιο παράγοντας τελικά μία κοκκώδη εμφάνιση στο μόνιτορ του χρήστη.

Ο ανεπαρκής, χαμηλός φωτισμός δυσκολεύει την κάμερα από το να διακρίνει τα χρώματα και την αντίθεση, με αποτέλεσμα τα εικονο-στοιχεία στην εικόνα να συνδυάζονται αντί να αποδίδονται σωστά και με λεπτομέρεια. Υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που προκαλούν  θόρυβο, όπως το διάχυτο φως που εμποδίζει τον αισθητήρα από το να «αισθανθεί»  την εικόνα, ο ενδογενής θόρυβος που δημιουργείται από το κύκλωμα επεξεργασίας εικόνας, ο χαμηλός φωτισμός που αναφέραμε, κ.λπ.

Ο θόρυβος είναι επίσης πιο διαδεδομένος (ή τουλάχιστον πιο προφανής) σε μεγαλύτερες αναλύσεις, λόγω του μεγέθους του αισθητήρα που απαιτεί περισσότερο φως. Για την καταπολέμηση αυτού του φαινομένου, οι κάμερες ασφαλείας εξοπλίζονται με διαφορετικά είδη ψηφιακής μείωσης θορύβου ή το λεγόμενο DNR. Υπάρχουν δύο είδη DNR, το 2D και 3D. Ας δούμε πως οι εν λόγω τεχνικές λειτουργούν για τη μείωση του θορύβου στις εικόνες βίντεο.

Η πρώτη μέθοδος μείωσης του θορύβου σε μια εικόνα είναι η 2D μείωση θορύβου, η οποία είναι μια μορφή χρονικής μείωσης θορύβου. Η χρονική μείωση θορύβου λειτουργεί αναλύοντας κάθε pixel σε κάθε πλαίσιο ως μέρος μιας ακολουθίας, συγκρίνοντας τα pixel κάθε πλαισίου ως μέρος αυτής της συνολικής ακολουθίας, και αναζητώντας αντικείμενα και pixel που δεν εμφανίζονται με συνέπεια από πλαίσιο σε πλαίσιο. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να επιλέξει εικονοστοιχεία που είναι πιο πιθανό να αντιπροσωπεύουν θόρυβο και αφού τα απομονώσει, να τα επισκευάσει!

2D-DNR/3D-DNR

Η 2D είναι μια αποτελεσματική μέθοδος για τη μείωση του θορύβου, αλλά υπάρχουν μερικά μειονεκτήματα κατά τη διαδικασία παρακολούθησης. Αρχικά, λειτουργεί καλύτερα σε εικόνες χαμηλής ανάλυσης. Μόλις όμως το βίντεό αρχίσει να υπερβαίνει τα 4 ή τα 8MP, η εν λόγω μέθοδος πάει να είναι αποτελεσματική, ενώ αν υπάρχει κίνηση στην περιοχή, τότε δημιουργούνται και προβλήματα στην ευκρίνεια και την ποιότητα του βίντεο, καθιστώντας δύσκολη την παρακολούθηση. Εκεί έρχεται η μείωση θορύβου 3D.

Το 3D DNR λειτουργεί τελείως διαφορετικά από τη μέθοδο 2D. Αντί να αναλύει διαδοχικά τα pixels του βίντεο χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο για να συγκρίνει τα pixels σε κάθε καρέ ξεχωριστά και στη συνέχεια να συγκρίνει αυτά τα καρέ μεταξύ τους για να δει ποια από αυτά έχουν αλλάξει ή μετακινηθεί. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει στον αλγόριθμο να διακρίνει και να απομονώσει τα pixel που αντιπροσωπεύουν θόρυβο και να τα αφαιρέσει από την εικόνα.

Η τεχνολογία 3D DNR είναι καλύτερη, καθώς αφαιρεί αυτή την κοκκώδη εμφάνιση που συναντάμε σε περιβάλλοντα χαμηλού φωτισμού και είναι προτιμότερη  για βίντεο με πολλή και έντονη κίνηση, καθώς η μέθοδος σύγκρισης καρέ-καρέ, επιτρέπει τον εντοπισμό της κίνησης αυτής με μεγαλύτερη ακρίβεια. Ως αποτέλεσμα, τα κινούμενα αντικείμενα δεν αφήνουν πίσω τους ίχνη κίνησης.

Ορισμένες κάμερες υψηλής ανάλυσης και τεχνολογίας, συνδυάζουν τώρα τις μεθόδους 2D και 3D DNR σε έναν μοναδικό δυναμικό αλγόριθμο, ο οποίος μπορεί να δημιουργήσει εξαιρετικά καθαρές εικόνες με τις χαμηλότερες δυνατές ποσότητες θορύβου σε μία εικόνα. Το 3D DNR λειτουργεί καλύτερα σε περιοχές με έντονη κίνηση, ενώ αντίστοιχα το 2D είναι ιδανικό για το καθαρισμό στατικών τμημάτων μίας εικόνας. Μαζί, δημιουργούν ευκρινείς, καθαρές και δυναμικές εικόνες σε περιβάλλοντα με χαμηλό φωτισμό!

Μείωση θορύβου μέσω hardware

Πέρα από τη μείωση του θορύβου με τη βοήθεια του λογισμικού, η μείωση αυτή μπορεί να πραγματοποιηθεί και με τη βοήθεια hardware. Η Hikvision για παράδειγμα, εφαρμόζει μία τεχνολογία καταστολής πλήρους συχνότητας, μέσω hardware, για την περαιτέρω μείωση του θορύβου. Κατά πρώτον, η τεχνολογία καταστολής πλήρους συχνότητας εμποδίζει τον “θόρυβο της τροφοδοσίας” να επηρεάζει τον αισθητήρα, εξασφαλίζοντας έτσι ένα πιο αθόρυβο σήμα εικόνας σε περιβάλλον χαμηλού φωτισμού. Δεύτερον, το chip τροφοδοσίας εκπέμπει στατικό θόρυβο σε διαφορετικές θερμοκρασίες για να μειώσει την επίδραση του τυχαίου θορύβου με τη χρήση ενός γραμμικού τροφοδοτικού με παχύτερη επίστρωση χαλκού, που περιορίζει την ένταση του στατικού θορύβου εντός εύρους 20μV. Τέλος, για να αποφευχθούν οι παρεμβολές που προκαλούνται από την αλληλο-παρεμβολή μεταξύ του θορύβου του αναλογικού και ψηφιακού σήματος, η μικτή καλωδίωση και η ψηφιακή-αναλογική απομόνωση της Hikvision, μειώνουν περαιτέρω την παρεμβολή θορύβου και βελτιώνουν την ποιότητα του βίντεο.

{gallery}9966{/gallery}