Riduzione del rumore: Miglioramento della chiarezza, tecniche avanzate per la riduzione del rumore nella visione artificiale

Di Fouad Sabry

Cos'è la riduzione del rumore

La riduzione del rumore è il processo di rimozione del rumore da un segnale. Esistono tecniche di riduzione del rumore per audio e immagini. Gli algoritmi di riduzione del rumore possono distorcere il segnale in una certa misura. La reiezione del rumore è la capacità di un circuito di isolare una componente di segnale indesiderata dalla componente di segnale desiderata, come nel caso del rapporto di reiezione di modo comune.

Come trarrai vantaggio

(I) Approfondimenti e convalide sui seguenti argomenti:

Capitolo 1: Riduzione del rumore

Capitolo 2: Sistema di riduzione del rumore Dolby

Capitolo 3: Dbx (riduzione del rumore)

Capitolo 4: Elaborazione delle immagini digitali

Capitolo 5: Rumore dell'immagine

Capitolo 6: Wavelet

Capitolo 7: Differenza delle gaussiane

Capitolo 8: Filtro bilaterale

Capitolo 9: Medie non locali

Capitolo 10: Corrispondenza di blocchi e filtraggio 3D

(II) Rispondere alle principali domande del pubblico sulla riduzione del rumore.

(III) Esempi reali dell'utilizzo della riduzione del rumore in molti campi.

A chi è rivolto questo libro

Professionisti, studenti universitari e laureati, appassionati, hobbisti e coloro che desiderano andare oltre le conoscenze o le informazioni di base per qualsiasi tipo di riduzione del rumore.

 

 

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 28 apr 2024

Anteprima del libro

Capitolo 1: Riduzione del rumore

L'eliminazione del rumore di fondo indesiderato da un segnale è nota come riduzione del rumore. Sia il rumore visivo che quello sonoro possono essere ridotti utilizzando vari metodi. Il segnale può essere leggermente distorto dagli algoritmi di riduzione del rumore. Il rapporto di reiezione di modo comune e la reiezione del rumore sono due misure della capacità di un circuito di filtrare i segnali indesiderati.

Ci sono caratteristiche condivise dai processori di segnale analogici e digitali che li rendono vulnerabili al rumore. Il meccanismo di un dispositivo o gli algoritmi di elaborazione del segnale possono introdurre rumore dipendente dalla frequenza, oltre al rumore casuale e uniforme che chiamiamo rumore bianco.

Il sibilo è una forma comune di rumore elettronico causato dal movimento caotico degli elettroni in risposta alle fluttuazioni di temperatura. La rapida addizione e sottrazione da parte di questi elettroni agitati al segnale di uscita si traduce in un rumore udibile.

La struttura granulosa della pellicola fotografica e del nastro magnetico introduce rumore (sia visibile che udibile) nella registrazione. La sensibilità di una pellicola fotografica è determinata dalla dimensione della sua grana; La pellicola più sensibile avrà grani più grandi. Il rumore nel nastro magnetico aumenta in proporzione alle dimensioni delle particelle magnetiche (tipicamente ossido ferrico o magnetite). Il rumore può essere ridotto a un livello più tollerabile utilizzando più pellicola o nastro magnetico.

Al fine di ridurre il rumore, gli algoritmi in genere modificano i segnali in qualche modo. Evitare modifiche ai segnali è possibile con l'aiuto dell'algoritmo di ortogonalizzazione locale del segnale e del rumore.

Per l'imaging sismico, il miglioramento del segnale è particolarmente importante perché il segnale utile sepolto nel rumore di fondo viene spesso trascurato, portando a potenziali discontinuità spurie negli eventi sismici e artefatti nell'immagine finale migrata. La riduzione delle difficoltà di interpretazione e dei rischi di falsi allarmi nel rilevamento di petrolio e gas può essere ottenuta aumentando il segnale utile attenuando al contempo il rumore casuale nei profili sismici.

Esempio di riduzione del rumore

Utilizzando Audacity, ecco un esempio di riduzione del rumore a 0 dB, 5 dB, 12 dB e 30 dB con livellamento della frequenza a 150 Hz e un tempo di attacco/decadimento di 0,15 secondi.

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Nella registrazione analogica su nastro, il fruscio del nastro è un importante collo di bottiglia delle prestazioni. Ciò è associato alla velocità relativa del nastro attraverso le testine del nastro e alla dimensione delle particelle e alla consistenza dell'emulsione magnetica spruzzata sul supporto di registrazione.

La preregistrazione single-ended, la riduzione del fruscio, la riduzione del rumore superficiale e i sistemi codec o dual-ended sono i quattro metodi principali di riduzione del rumore. I sistemi di pre-registrazione single-ended (come Dolby HX Pro) mirano a modificare il supporto stesso durante il processo di registrazione. Graffi, schiocchi e non linearità superficiali possono essere mitigati durante la riproduzione di dischi fonografici con l'aiuto di sistemi di riduzione del fruscio single-ended come DNL. Il sistema di riduzione del rumore e recupero della gamma dinamica dell'autocorrelatore lineare di fase (modelli 1000 e 4000) è un espansore di gamma dinamica a terminazione singola che può essere utilizzato per rimuovere un'ampia varietà di rumore dalle registrazioni vintage. Durante la fase di registrazione dei sistemi dual-ended (come il sistema di riduzione del rumore Dolby o dbx), viene applicato un processo di pre-enfasi e durante la fase di riproduzione, viene applicato un processo di de-enfasi.

Durante la registrazione, i sistemi di riduzione del rumore compander a doppia estremità applicano la pre-enfasi e durante la riproduzione applicano la de-enfasi.

Dolby A e UC, utilizzati dai professionisti nelle registrazioni in vinile, e Dolby FM sono tutti esempi di tali sistemi, High Com FM e FMX utilizzati nelle trasmissioni radiofoniche FM.

Ray Dolby ha creato il primo metodo di successo per ridurre il rumore di fondo nella musica registrata nel 1966. Dolby Type A era un sistema di codifica/decodifica progettato per applicazioni industriali. Durante la registrazione (codifica), l'ampiezza delle frequenze in quattro bande è stata aumentata e, durante la riproduzione, l'ampiezza è diminuita di conseguenza (decodifica). In particolare, al di sopra di 1 kHz un segnale audio verrebbe amplificato durante la registrazione di sezioni più silenziose del segnale. Ciò ha migliorato il rapporto segnale/rumore sul nastro fino a 10 dB, a seconda della potenza del segnale. Il decoder ha funzionato al contrario durante la riproduzione, riducendo efficacemente il rumore di fondo fino a 10 decibel.

Dolby B era un sistema a banda singola focalizzato sul consumatore sviluppato in collaborazione con Henry Kloss. Il Dolby B non era potente come il Dolby A, ma poteva essere riprodotto senza un decoder, il che era un vantaggio.

Il circuito integrato Telefunken High Com U401BR potrebbe essere utilizzato anche per funzionare come compander per lo più compatibile con Dolby B.

In vari registratori High Com di ultima generazione, la funzionalità Dolby-B emulazione D NR Expander funzionava non solo per la riproduzione, ma, poiché non è nel manuale, anche durante la registrazione.

Dbx, creato da David E. Blackmer di Dbx, Inc., era un sistema alternativo di riduzione del rumore analogico. Le frequenze ad alto rumore sono state amplificate e un compander 2:1 è stato applicato all'intero segnale prima che fosse codificato e decodificato utilizzando un algoritmo RMS (root-mean-squared). A differenza del Dolby B, che poteva essere riprodotto senza un decoder, dbx utilizzava l'intero spettro udibile. Tuttavia, con questo metodo è possibile ottenere fino a 30 dB di riduzione del rumore.

Non è necessaria la riduzione del rumore in stile audio nelle registrazioni video analogiche perché la parte di luminanza (segnale video composito nei sistemi a colori diretti) è modulata con la frequenza per mantenere la saturazione.

Philips introdusse il limitatore di rumore dinamico (DNL)