Статья
Шумоподавление в Альтрон: усреднение строк и кадров и фильтры шума
В шумоподавлении ничего не даётся бесплатно. Каждый метод снижает шум и что-то забирает взамен: частоту строк, мелкие детали или быструю реакцию на движение. Наша задача — выбрать ту цену, которую может позволить себе ваше применение.
Помните одно базовое правило. Случайный шум уменьшается пропорционально квадратному корню из числа выборок. Усреднение четырёх выборок уменьшает шум вдвое, а усреднение ста — в десять раз. Поэтому большинство инструментов в этой статье — та или иная форма усреднения.
Для усреднения строк и кадров в Альтрон есть узел Smoothing. Его можно использовать как с линейными, так и с матричными камерами. Он содержит три ступени, каждая из которых включается отдельно. Порядок выполнения всегда фиксирован: Bundle Average, затем Box Car, затем Continuous Average. Каждая ступень работает с выходом предыдущей.
Эта ступень предназначена только для линейных камер. Она усредняет каждые N последовательных строк и выдаёт одну строку. N выбирается в пределах от 2 до 10000. Выходная частота строк уменьшается в N раз.
Где это полезно? Когда камера намного быстрее, чем нужно. Вместо того чтобы отбрасывать лишние строки, вы используете их для снижения шума. Только не забывайте о геометрии. Если выход становится в четыре раза медленнее, частота строк камеры должна вырасти во столько же раз. Иначе изображение сожмётся в направлении движения.
Эта ступень тоже только для линейных камер, но работает вдоль самой строки. Каждый пиксель усредняется с N соседями с каждой стороны, что даёт окно шириной 2N+1 пикселей. N — от 1 до 100. Поскольку информация берётся от соседних пикселей, а не во времени, ступень работает и на неподвижной сцене. Цена — потеря детализации вдоль строки, а края становятся мягче.
Эта ступень работает с камерами обоих типов. Каждая выходная строка или кадр — среднее последних N строк или кадров. N выбирается от 2 до 1024. Частота сохраняется, а шум снижается. Взамен всё движущееся оставляет за собой шлейф длиной N строк или кадров. Отлично подходит для неподвижных сцен или лабораторных измерений. Для движущихся объектов выбирайте небольшое N.
TNR-Temporal Noise Reduction: Этот фильтр предназначен для 8- или 16-битных монохромных изображений с матричных камер и в основном применяется для тепловых изображений. Каждый кадр смешивается с предыдущим отфильтрованным кадром. Параметр a — вес нового кадра, от 0 до 1. Меньшее значение даёт меньше шума, но оставляет более длинный шлейф за движущимися объектами. Значение 1 означает отсутствие эффекта.
SNR + DDE: Это направляемый фильтр (guided filter). Он разделяет изображение на два слоя: базовый слой и слой деталей. Затем он снижает шум в слое деталей и усиливает сами детали. Работает с линейными и матричными камерами. Параметр k задаёт силу сглаживания. Df задаёт усиление мелких деталей, а Dm — усиление средних деталей. Для цветных изображений режим Luma работает примерно в три раза быстрее и не добавляет цвет на краях.
- Линейная камера с запасом по частоте строк: Bundle Average.
- Неподвижная сцена или лабораторный образец: Continuous Average.
- Шум вдоль строки, мелкие детали не важны: Box Car с небольшим N.
- Тепловое изображение с медленно движущимися объектами: TNR со средним значением a.
- Нужно видеть детали, но без зернистости: SNR + DDE.
- Программное шумоподавление вместо правильной экспозиции. Если изображение недоэкспонировано, сначала исправьте экспозицию и освещение. Никакой фильтр не вернёт сигнал, который так и не был записан.
- Continuous Average с большим N на движущейся ленте, а затем вопрос, почему края размыты в направлении движения.
- Забытая кнопка Set в панелях TNR и SNR + DDE. В панелях этих двух фильтров изменения не применяются, пока не нажать Set.
Включайте ступени по одной и после каждой проверяйте линейный график или изображение. Когда одновременно включены два-три фильтра, уже невозможно понять, какой из них «съел» детали. Начинайте с минимального значения и повышайте его только до приемлемого уровня шума, не дальше.
Подробнее о шуме изображения см. статью в Википедии (на английском).
Камеры, с которыми работают эти инструменты, представлены на странице Альтрон . Если вы не уверены, какой метод лучше подходит для вашей производственной линии, свяжитесь с нами.