راهکار های حذف نویز در دوربین مدار بسته

مهم نیست که دوربین های مداربسته شما چقدر عالی و کم نور هستند، به ناچار هنگام فیلم برداری در تاریکی نویزی ایجاد می شود. نویز بخشی اجتناب ناپذیر از هر ارتباط الکترونیکی اعم از تصویری یا صوتی است که اساساً ثابت است و در سیگنال ویدیویی به صورت لکه‌ های سفید و سیاه در کادر ظاهر می ‌شود و ظاهری دانه ‌دار به آن می ‌دهد. اما سوال اینجاست که روش های حذف نویز در دوربین مدار بسته چیست؟ چگونه می توانیم به صورت کامل نویز های موجود در تصاویر دوربین مدار بسته را از بین برد؟ در این مقاله، در مورد مشکل نویز در دوربین مداربسته صحبت خواهیم کرد و راهکار های حذف نویز در دوربین مدار بسته را ارائه خواهیم داد.

عوامل ایجاد نویز در دوربین مدار بسته

ایجاد نویز در دوربین مدار بسته یکی از مشکلات اصلی در دوربین های امنیتی بوده که به منظور حذف این عامل مخرب و جلوگیری از تاثیر منفی در تصاویر دریافتی لازم است با عوامل ایجاد نویز در دوربین مدار بسته آشنا باشیم. عوامل متعددی باعث ایجاد نویز و اختلال در سیستم های امنیتی می شود که در زیر به چند نمونه اصلی آن ها اشاره شده است.

• استفاده از منبع تغذیه نامناسب
• استفاده از کابل های بی کیفیت
• استفاده از دوربین های بی کیفیت
• محل نصب نادرست
• اتصالات ضعیف
• کمبود نور کافی
• درست وصل نشدن فیش های BNC
• طولانی شدن مسیر های کابل کشی
• نشتی برق
• عبور کابل از منابع الکترومغناطیسی

به منظور آشنایی بیشتر با عوامل ایجاد نویز که در بالا به آن ها اشاره شد، می توانید به مقاله دلایل ایجاد نویز در دوربین مدار بسته مراجعه کنید. در بیشتر موارد، تداخل و نویز در تصویر را می توان با از بین بردن عوامل ایجاد نویز از طریق استفاده از کابل های با کیفیت، منابع تغذیه مناسب، نصب تخصصی سیستم نظارتی با طراحی خوب از بین برد.

روش های از بین بردن نویز دوربین مدار بسته

ایجاد نویز و تداخل در تصاویر دریافتی یک مشکل عمده در سیستم های دوربین مداربسته است که از کابل های کواکسیال استفاده می کنند. نور نا کافی و کم، تشخیص رنگ ها و کنتراست را برای دوربین دشوار می کند و در نتیجه پیکسل های تصویر به جای رندر مناسب و با جزئیات، با یک دیگر ترکیب می شوند. نویز تصویر هم چنین زمانی اتفاق می‌افتد که نور ضعیف باعث می‌شود نور تصویر به سطح نویز طبیعی در سنسور نزدیک شود و حسگر تصویر را به سختی دریافت کند.

نویز هم چنین در وضوح‌ های بزرگ‌ تر رایج ‌تر است، زیرا اندازه سنسور به نور بیشتری نیاز دارد و تصویر بزرگ ‌تر آن را آشکار تر می‌کند .برای دوربین های مداربسته، زمانی که نور کم است، آمپلی فایر در دوربین، نور را تقویت می کند تا تصویر شفاف شود. با چنین تقویتی، تصویر دانه دانه می شود و برای حذف نویز به فیلتر نیاز است. به همین دلیل است که فناوری کاهش نویز دیجیتال DNR و روش های فیلترینگ به عنوان یک راه حل متولد شد.

به طور کلی، راهکار های حذف نویز در دوربین مدار بسته به سه گروه اصلی که در زیر آمده تقسیم می شوند:

• استفاده از روش DNR
• استفاده از روش فیلترینگ

در ادامه هر کدام از این روش های از بین بردن نویز دوربین های مدار بسته را به صورت کامل توضیح می دهیم.

1- حذف نویز در دوربین مدار بسته به روش DNR

یکی از روش های حذف نویز و اختلال در تصویر دوربین مدار بسته، استفاده از DNR می باشد. فناوری DNR به دو روش دو بعدی و سه بعدی انجام می شود. هر یک از این روش ها مزایا و کاربرد های مخصوص به خود را داشته که در ادامه با آن ها بیشتر آشنا می شویم. حذف نویز در دوربین مدار بسته به روش DNR به دو دسته زیر تقسیم می شود:

• روش 2D-DNR
• روش 3D-DNR

حذف نویز در دوربین مدار بسته به روش 2D-DNR

اولین روش کاهش نویز در یک تصویر دوربین مدار بسته کاهش نویز دو بعدی است که نوعی کاهش نویز زمانی است. کاهش نویز زمانی با تجزیه و تحلیل هر پیکسل در هر فریم به عنوان بخشی از یک دنباله، مقایسه پیکسل ‌های هر فریم به عنوان بخشی از آن توالی کلی و جستجوی اشیاء و پیکسل‌ هایی که از فریم به فریم به‌ طور ثابت ظاهر نمی ‌شوند، کار می‌ کند. با انجام این کار، می ‌تواند پیکسل ‌هایی را انتخاب کند که به احتمال زیاد نویز را نشان می‌ دهند و این پیکسل ‌ها را ایزوله و بهبود می بخشد.

2D-DNR یک فناوری برای کاهش موقت نویز در تصویر دوربین مدار بسته در شرایط نور کم است. با این حال، از بین بردن نویز به روش DNR دو بعدی کامل نبوده و برای تصاویر و ویدئو های با وضوح بالا از 2K و بالا تر قابل استفاده نیست.

2D-DNR در واقع مخفف 2 Dimension – Digital Noise Reduction بوده که در مواردی که با کاهش شدت نور در فضای نصب دوربین مدار بسته مواجه می شویم، به تقویت سیگنال ویدئویی کمک می کند.

مزیت حذف نویز دوربین مدار بسته به روش 2D-DNR

مزیت کاهش نویز به روش DNR دو بعدی، زمان پردازش سریع، بدون نیاز به دوربین با پردازنده گرافیکی است. این روش به کاهش هزینه دوربین های مداربسته نیز کمک می کند.

با این حال، فناوری 2D-DNR یک روش کاهش نویز موقت است که تمام نقاط نویز را شناسایی نمی ‌کند، بنابراین تصویر هم چنان دارای ذرات ریز زیادی در شرایط کم است. زمانی که صحبت از حذف نویز در تصاویر با وضوح بالا به میان می‌آید، الگوریتم های حذف اختلال در تصویر دوربین های امنیتی به روش DNR دو بعدی، تقریباً بدون قدرت است و برای دوربین‌ های با وضوح بالا تر مانند Full HD، 4MP و 8MP مناسب نیست. به همین دلیل است که فناوری کاهش نویز 3D-DNR مورد تحقیق و توسعه قرار گرفت.

عیب حذف نویز دوربین مدار بسته به روش 2D-DNR

کاهش نویز دو بعدی روشی موثر برای کاهش نویز برای اهداف اساسی است، اما برای استفاده نظارتی چند اشکال دارد. اول این که روی تصاویر با رزولوشن پایین بهترین عملکرد را دارد. هنگامی که ویدیوی شما شروع به بالاتر از 4 تا 8 مگا پیکسل می کند، به اندازه کاهش نویز سه بعدی موثر نخواهد بود. اگر حرکتی در ناحیه در حال اصلاح وجود داشته باشد کاهش موقت نویز، باعث ایجاد تاری می شود که بر وضوح و کیفیت ویدیو تأثیر می گذارد و نظارت را دشوار می کند.

حذف نویز در دوربین مدار بسته به روش 3D-DNR

DNR سه بعدی متفاوت از روش دو بعدی عمل می کند و بر کاهش نویز فضایی به جای زمانی متکی است. کاهش نویز فضایی به جای تجزیه و تحلیل متوالی پیکسل های ویدئویی فریم به فریم و قضاوت در مورد ظاهر آن ها به عنوان بخشی از جدول زمانی خطی ویدئو، از الگوریتمی برای مقایسه پیکسل های هر فریم به صورت جدا گانه استفاده می کند و سپس این فریم ها را با یک دیگر مقایسه می کند تا ببیند چه پیکسل هایی وجود دارد. تغییر یا حرکت این روش به الگوریتم اجازه می دهد تا پیکسل های معرف نویز را متمایز و جدا کرده و آن ها را از تصویر حذف کند.

3D-DNR در واقع مخفف 3 Dimension – Digital Noise Reduction بوده و یک فناوری برای کاهش نویز در شرایط نور کم است. 3D-DNR می ‌تواند نویز را برای ویدیو های با وضوح بالا K2،K4 و بالا تر نیز حذف کند.

DNR سه بعدی در از بین بردن ظاهر دانه دانه ای که ویدیو های در نور کم تمایل به ایجاد آن دارند بهتر است و برای ویدیو های با حرکت زیاد بسیار بهتر است، زیرا روش مقایسه فریم روی فریم به آن امکان می دهد حرکت را با دقت بیشتری تشخیص دهد. در نتیجه حرکت تاری در تصاویر ایجاد نمی کند و اجسام متحرک رد حرکتی را پشت سر خود به جا نمی گذارند. هم چنین در مورد ویدئو های بزرگ تر و با وضوح بالا تر بهتر کار می کند.

مزیت حذف نویز دوربین مدار بسته به روش 3D-DNR

فناوری کاهش نویز دیجیتال 3D-DNR ظاهر تار تصاویر در نور کم را از بین می برد و به پردازش اجسام متحرک بدون ایجاد تاری حرکت حتی در شرایط کم نور کمک می کند. الگوریتم کاهش نویز سه بعدی در تصاویر دوربین مدار بسته برای دوربین های امنیتی با وضوح و کیفیت بالا ارائه شده است.

با این حال، الگوریتم 3D-DNR برای تجزیه و تحلیل عمیق ‌تر و با جزئیات بیشتری نیاز به توان بیشتری داشته و باعث کارکرد بیشتر پردازنده دوربین مدار بسته می شود. بنابراین دوربین های امنیتی سطح بالا برای اجرای الگوریتم ‌های کاهش نویز دیجیتال سه بعدی به یک پردازنده گرافیکی قدرتمند تر نیاز دارند. این مورد می تواند به طور غیر مستقیم هزینه دوربین مدار بسته را افزایش دهد.

چرا از DNR در دوربین های امنیتی استفاده می کنیم؟

DNR برای عکاسی در شب یا در شرایط کم نور ایجاد شده است. آخرین نوع DNR، DNR سه بعدی بوده که به صورت 3DNR نوشته می شود. 3D-DNR جدید ترین نسخه کاهش نویز دیجیتال است. هر پیکسل را با پیکسل های اطراف آن و هم چنین هر فریم را با فریم بعدی مقایسه می کند.

استفاده از DNR در دوربین های امنیتی علاوه بر کمک به حذف نویز و اختلال در تصویر دوربین مدار بسته، وضوح کلی عکس‌ ها را افزایش می ‌دهد در حالی که فضای کمتری روی هارد دیسک اشغال می‌ کند. حسگر تصویر CCD تاثیر دانه ‌دار روی تصاویر را حذف می‌ کند و در نتیجه تصویری غنی ‌تر ایجاد می‌ کند. این مورد برای تشخیص هر گونه حرکت اجسام روی تصاویر دریافتی از دوربین مدار بسته ضروری است. داشتن DNR در دوربین های امنیتی برای محافظت کامل از فضای بیرونی شما مفید است.

2- حذف نویز در دوربین مدار بسته به روش فیلترینگ

یکی دیگر از راهکار های حذف نویز در دوربین مدار بسته مربوط به روش فیلترینگ می باشد. رفع نویز در دوربین مدار بسته به روش فیلترینگ شامل موارد زیر است:

• فیلترینگ فضایی
• فیلترینگ زمانی
• فیلترینگ سازگاری حرکت
• فیلترینگ جبران حرکت

فیلترینگ فضایی

فیلترینگ فضایی که با نام Spatial Filtering شناخته می شود به هماهنگی نور در تصویر دریافتی دوربین های امنیتی برای بالا بردن کیفیت تصاویر گرفاه شده در نور کم اشاره دارد.

فیلترینگ زمانی

روش فیلترینگ زمانی برای حذف نویز و اختلال در دوربین های امنیتی بر روی یک فریک خاص از تصاویر و ویدئو های دریافتی اجرا می شود. این روش که با نام Temporal Filtering شناخته می شود که اطلاعات جامعی از هر فریم خراب را با استفاده از پارامتر های فیتر زمانی به دست آورده و اقدام به کاهش نویز و اختلالات می کند.

فیلترینگ سازگاری حرکت

فیلتر سازگاری حرکت بیشتر در مورد تصاویر متحرک کاربرد داشته و با مقایسه دو فریم پشت سر هم و تشخیص ثابت و متحرک بودن اجسام، اقدام به پیدا کردن تفاوت ها و اعمال الگوریتم های فیلترینگ می کند. در نتیجه تصاویر دریافتی به شکل بهتری دست یافته و جزئیات با وضوح بالایی دیده خواهند شد. این روش با نام Motion Adaptive Filtering شناخته شده است.

فیلترینگ جبران حرکت

فیلترینگ جبران حرکت یا Motion Compensation Filtering را می توان روش پیشرفته برطرف کردن نویز در تصویر دوربین مدار بسته دانست. این روش با ادغام فناوری های فیلتر زمانی و فضایی، روش پیشرفته تری را برای کاهش اختلال نسبت به فیلترینگ سازگاری حرکت ارائه می دهد. این روش سعی دارد کاهش نویز و اعوجاج در تصویر دوربین مدار بسته را با محاسبات از پیش تعیین شده و دقیق تشخیص داده تا با کمترین اثر بر روی جزئیات تصویر، وظیفه خود را تکمیل کند.

نتیجه گیری

با توجه به نقش مهم سیستم های امنیتی به خصوص دوربین مدار بسته در جامعه لازم است از عملکرد صحیح آن ها اطمینان داشت. یکی از مشکلات رایج در دوربین های مدار بسته ایجاد نویز و اختلال در تصاویر دریافتی می باشد. در این مقاله، راهکار هایی برای تضعیف و از بین بردن کامل نویز در دوربین مدار بسته ارائه شده است. از مهم ترین اقدامات برای حذف نویز در دروبین مدار بسته می توان به استفاده از روش های DNR دو بعدی و سه بعدی یا روش های فیلترینگ فضایی، زمانی، سازگاری حرکت و جبران حرکت اشاره کرد.