Улучшенная технология понижения шумов изображения

Электронные компоненты камеры постоянно собирают шумы, которые возникают от взаимодействия протекающих в ней токов с другими электромагнитными полями, а также просто как наводки от соседних электронных схем. Эти шумы могут налагаться на сигнал и проявляться на изображении в виде тонкой сеточки, "снега" или размытости. Чем ниже освещенность, тем больше величина шумов относительно полезного сигнала.

Убрать шумы из видеосигнала можно путем его цифровой обработки по методу DNR (Digital Noise Reduction -- цифровое понижение шума). Результатом его дальнейшего развития стала технология 3D DNR. Она позволяет еще эффективнее отфильтровывать шумы, даже в условиях плохой освещенности.

Типы шумов

Среди всех типов шумов, которые мешают камере нормально работать, обычно выделяют несколько основных.

Один из них -- шумы "соль и перец". Они называются так из-за того, что величина, добавляемая к яркости пикселя, принимает в этом случае лишь два значения. Распределение таких шумов по величинам -- две дельта-функции. Следовательно, эти шумы проявляются как белые и серые пятна на изображении, отчего и происходит их название. Такие шумы возникают, когда ПЗС-матрица перегрета, либо из-за появления частиц пыли внутри камеры. Артефакты на изображении носят случайный характер и не связаны по цвету с соседними пикселями -- изображение словно засыпано крупинками.

Если в распределении шумов по величинам -- не две дельта-функции, а одна, то картинка покрывается лишь белыми точками. Эти шумы называют импульсными. Иногда два этих вида шумов рассматривают как один.

Еще один распространенный вид шумов в камере -- гауссовы. Их распределение по величинам описывается кривой Гаусса. Они возникают из-за паразитных токов через электрические компоненты камеры. При этом пиксели слегка меняют окраску, и она отличается от оригинального цвета объектов. Получается случайное распределение артефактов, из-за которого все в кадре кажется нечетким и расплывчатым.

"Традиционная" DNR

В основе традиционной технологии DNR лежит временной анализ видеосигнала. Алгоритм работы DNR состоит в сравнении одного кадра с другим и устранении тех крошечных особенностей отдельного кадра, которые выбиваются из правильного течения видеоряда. Иными словами, данным методом выявляются те пиксели, которые изменяются от кадра к кадру без какой-либо причины.  Смысл этого преобразования состоит в том, что за счет смешивания кадров общий уровень шума в изображении снижается.

В целом традиционная DNR устраняет лишь шумы и нежелательные данные, найденные в ближней части сцены. Обработку с целью устранения видимых шумов проходят только объекты, находящиеся вблизи от камеры, а все, что принадлежит фону, остается необработанным.

Чем отличается 3D DNR

Технология 3D DNR -- это шаг вперед в развитии DNR. При ее использовании не только выполняется традиционное понижение шумов за счет сравнения кадров, но снижаются пространственные шумы.

Пространственное снижение шумов состоит в сравнении пикселей с соседними пикселями и нахождении нежелательных шумов в пределах одного кадра. При этом происходит обработка всего кадра в целом и удаление цифровых артефактов и зернистости, а также увеличивается четкость и резкость картинки. Вся сцена обрабатывается так, что каждая часть изображения становится четкой и свободной от шумов.

Преимущества 3D DNR

Следует отметить, что, очищая изображение от шумов, можно его испортить. Процедура очистки может исказить цветопередачу или привести к размытию изображения. Однако правильное применение технологии 3D DNR дает немалые выгоды.

Во-первых, она обеспечивает более чистый сигнал, что позволяет при его сжатии экономить дисковое пространство. Кроме того, камеры, оснащенные технологией 3D DNR, дают более резкое изображение, что облегчает идентификацию тех, кто попал в кадр. Наконец, технология 3D DNR повышает эффективность обнаружения движения в системе видеонаблюдения -- детектор лучше отличает истинное движение от помех, особенно при низкой освещенности.