مقالة
تقليل الضوضاء في ألترون: متوسط الخطوط والإطارات ومرشحات الضوضاء
لا شيء مجاني في تقليل الضوضاء. فكل طريقة تقلّل الضوضاء وتأخذ شيئًا في المقابل: معدّل الخطوط، أو التفاصيل الدقيقة، أو سرعة الاستجابة للحركة. ومهمتنا أن نختار الكلفة التي يستطيع تطبيقك تحمّلها.
ضع في ذهنك قاعدة أساسية واحدة: تنخفض الضوضاء العشوائية بالجذر التربيعي لعدد العيّنات. فتوسيط أربع عيّنات يخفض الضوضاء إلى النصف، وتوسيط مئة عيّنة يخفضها إلى العُشر. ولهذا فإن معظم الأدوات في هذه المقالة شكل من أشكال التوسيط.
لتوسيط الخطوط والإطارات، يحتوي ألترون على عقدة تُسمّى Smoothing، ويمكنك استخدامها مع كاميرات المسح الخطي والمساحي على حد سواء. تضم ثلاث مراحل تُفعَّل كل منها على حدة. وترتيب التنفيذ ثابت دائمًا: Bundle Average، ثم Box Car، ثم Continuous Average، وتعمل كل مرحلة على خرج المرحلة السابقة.
هذه المرحلة لكاميرات المسح الخطي فقط. تقوم بتوسيط كل N خطًا متتاليًا وتُخرج خطًا واحدًا. تختار N بين 2 و10000، وينخفض معدّل خطوط الخرج بمعامل N.
أين تكون مفيدة؟ عندما تكون الكاميرا أسرع بكثير مما تحتاج. فبدلًا من التخلّص من الخطوط الزائدة، تستخدمها لتقليل الضوضاء. لكن ضع الهندسة في الحسبان: إذا أصبح الخرج أبطأ بأربع مرات، فيجب أن يرتفع معدّل خطوط الكاميرا بالمعامل نفسه، وإلا انضغطت الصورة في اتجاه الحركة.
هذه المرحلة أيضًا لكاميرات المسح الخطي فقط، لكنها تعمل على امتداد الخط نفسه. يُوسَّط كل بكسل مع N من الجيران على كل جانب، فتنتج نافذة بعرض 2N+1 بكسل. تتراوح N بين 1 و100. ولأن المعلومات تأتي من البكسلات المجاورة لا من الزمن، فإنها تعمل على المشهد الثابت أيضًا. والكلفة فقدان التفاصيل على امتداد الخط، وتصبح الحواف أنعم.
تعمل هذه المرحلة مع نوعي الكاميرات. كل خط أو إطار خرج هو متوسط آخر N من الخطوط أو الإطارات. تختار N بين 2 و1024. يبقى المعدّل كما هو وتنخفض الضوضاء، لكن في المقابل يترك كل ما يتحرك أثرًا خلفه بطول N من الخطوط أو الإطارات. وهي ممتازة للمشاهد الثابتة أو القياسات المخبرية، أما للأجسام المتحركة فأبقِ N صغيرة.
TNR-Temporal Noise Reduction: هذا المرشح مخصّص للصور أحادية اللون بعمق 8 أو 16 بت من كاميرات المسح المساحي، ويُستخدم غالبًا للصور الحرارية. يُمزج كل إطار مع الإطار المُرشَّح السابق. والمعامل a هو وزن الإطار الجديد، ويتراوح بين 0 و1. القيمة الأصغر تعطي ضوضاء أقل لكنها تترك أثرًا أطول خلف الأجسام المتحركة، والقيمة 1 تعني عدم وجود أي تأثير.
SNR + DDE: هذا مرشح موجَّه (guided filter). يقسم الصورة إلى طبقتين: طبقة أساس وطبقة تفاصيل، ثم يقلّل الضوضاء في طبقة التفاصيل ويُبرز التفاصيل نفسها. يعمل مع كاميرات المسح الخطي والمساحي. يحدد المعامل k قوة التنعيم، ويحدد Df إبراز التفاصيل الدقيقة، وDm إبراز التفاصيل المتوسطة. وفي الصور الملوّنة، يكون وضع Luma أسرع بنحو ثلاث مرات ولا يضيف لونًا إلى الحواف.
- كاميرا مسح خطي بمعدّل خطوط فائض: Bundle Average.
- مشهد ثابت أو عيّنة مخبرية: Continuous Average.
- ضوضاء على امتداد الخط والتفاصيل الدقيقة غير مهمة: Box Car بقيمة N صغيرة.
- صورة حرارية لأجسام بطيئة الحركة: TNR بقيمة a متوسطة.
- تريد رؤية التفاصيل دون الحُبيبات: SNR + DDE.
- استخدام تقليل الضوضاء البرمجي بدلًا من التعريض الصحيح. فإذا كانت الصورة ناقصة التعريض، فأصلح التعريض والإضاءة أولًا؛ إذ لا يستطيع أي مرشح استعادة إشارة لم تُسجَّل أصلًا.
- استخدام Continuous Average بقيمة N كبيرة على سير متحرك، ثم التساؤل عن سبب ضبابية الحواف في اتجاه الحركة.
- نسيان Set في لوحتي TNR وSNR + DDE. ففي لوحتي هذين المرشحين، لا تُطبَّق التغييرات حتى تضغط Set.
فعّل المراحل واحدة تلو الأخرى وتحقق من مخطط الخط أو الصورة بعد كل منها. فعندما يعمل مرشحان أو ثلاثة معًا، لا يعود بإمكانك معرفة أيّها التهم التفاصيل. ابدأ من أدنى قيمة وارفعها فقط حتى تصبح الضوضاء مقبولة، لا أكثر.
لمعرفة المزيد عن ضوضاء الصورة، راجع مقالة ويكيبيديا (بالإنجليزية).
للاطلاع على الكاميرات التي تعمل معها هذه الأدوات، تفضّل بزيارة صفحة ألترون . وإذا لم تكن متأكدًا من الطريقة الأنسب لخط إنتاجك، فتواصل معنا.