کاهش نویز دیجیتال DNR

یکی از دغدغه‌های پروژه کاران بعد از اجرا، تصویر شب دوربین است. هرچقدر تصویر روز می‌تواند مطلوب کارفرما باشد، نویز تصویر شب آزار دهنده است. در این مقاله به توضیح اثرات کاهش نویز دیجیتال بر کیفیت تصویر و همچنین روش‌های کاهش نویز مورد استفاده در سیستم‌های نظارت تصویری می‌پردازیم.

کاهش نویز دیجیتال DNR چیست و چگونه فعال می‌شود؟ ویدیو

نکات کلیدی در کاهش نویز دیجیتال DNR

پنج نکته کلیدی در این مقاله وجود دارد:

•  دو روش کلیدی کاهش نویز دیجیتال (DNR)، فضایی (تک فریم) و زمانی (چند فریم) وجود دارد. اغلب با هم ترکیب شده و به عنوان "DNR سه بعدی" شناخته می‌شوند.
•  DNR می‌تواند کیفیت تصویر را بهبود ببخشد، اما استفاده بیش ازحد از آن ممکن است باعث تاری حرکت تصاویر شود.
•  بر اساس تست‌های صورت گرفته، تنظیمات پیش‌فرض اکثر دوربین‌ها بهترین کنترل نویز، کیفیت تصویر، و تاری حرکت را دارد. اما تاری تصویر در اکثر دوربین‌های آزمایش‌شده وجود دارد. 
•  کاهش میزان سطح DNR تاری را کاهش می‌دهد، اما نویز افزایش یافته اغلب باعث کاهش کیفیت تصویر در اشیاء متحرک می شود.

در زیر اصول اولیه DNR و هر یک از این عوامل را به تفصیل بررسی می کنیم.

اصول اولیه کاهش نویز دیجیتال DNR

با کاهش سطح نور، دوربین‌ها سعی می‌کنند با استفاده از AGC، روشنایی تصاویر را به صورت برنامه ریزی شده افزایش دهند.

با این حال، یک اثر جانبی مهم وجود دارد:

نویز قابل مشاهده روی تصویر جزئیات دقیق را پنهان می‌کند.

هدف کاهش نویز دیجیتال، همانطور که از نام آن مشخص است، کاهش نویز دیجیتال موجود در تصاویر نظارتی در نور کم است. برای مثال در تصویر زیر سوژه سمت چپ با DNR غیرفعال نشان داده شده است. نویز، چهره او را که به سختی قابل مشاهده است را پنهان می کند. با این حال، با فعال کردن DNR، می توان چهره او را تشخیص داد، جزئیات لباس را می‌توان دید و چندین خط از نمودار کنار او خوانده می‌شود.

روشهای کاهش نویز

دو نوع اساسی DNR وجود دارد که معمولاً به عنوان فضایی و زمانی نامیده می‌‌شوند. برخی از آنها به عنوان "2D" و "3D" یاد می‌کنند.

کاهش نویز فضایی

کاهش نویز فضایی جزئیات پیکسل‌های مجاور را در همان قاب تجزیه و تحلیل می‌کند. تا مشخص کند نویز چیست و مقادیر آن‌ها را برای بهبود کیفیت تصویر به طور میانگین محاسبه می‌کند. این تکنیک می‌تواند وضوح تصویر را در سطوح بالا کاهش دهد، اما به قدرت محاسباتی کمتری نیاز دارد و تاخیر کمتری نسبت به الگوریتم‌های زمانی ارائه می‌کند. با این حال، به طور کلی DNR زمانی کاهش نویز بهتری را در تصاویر کم حرکت نسبت به DNR فضایی ارائه می‌دهد.

کاهش نویز زمانی 

روش DNR زمانی، پیکسل‌های یکسانی را بین فریم‌ها تجزیه و تحلیل می‌کند. تا به دنبال پیکسل‌هایی باشند که از فریمی به فریم دیگر ظاهر نمی‌شوند. سپس مقادیر آن پیکسل‌ها برای بهبود تصویر به طور میانگین محاسبه می‌کند.  با این حال، حرکت زیاد ممکن است به عنوان نویز ظاهر شود و الگوریتم‌های زمانی را تغییر دهد. زیرا تغییرات زیادی در مقادیر پیکسل از هر فریم به فریم دیگر وجود دارد. به همین دلیل، کاهش نویز زمانی، اغلب باعث تاری حرکت شده که در ادامه این گزارش مورد بحث قرار می‌گیرد.

کاهش نویز سه بعدی

در نهایت، الگوریتم‌های سه‌بعدی روش‌های فضایی و زمانی را با هم ترکیب می‌کنند. که تصویر واضح‌تر با تاری حرکتی کمتری ارائه ‌کنند که بیشتر در سیستم های نظارت تصویری استفاده می‌شوند. تأثیر بر کیفیت تصویر و نرخ بیت با DNR سه بعدی از سازنده‌ای به سازنده دیگر متفاوت است و به ترکیب الگوریتم‌های مورد استفاده بستگی دارد.

توجه داشته باشید که عبارات سه بعدی و DNR زمانی اغلب به جای یکدیگر در نظارت تصویری استفاده می‌شوند، حتی اگر از نظر فنی صحیح نباشد. علاوه بر این، DNR فضایی اغلب DNR 2D نامیده می شود، اگرچه DNR 2D می‌تواند از الگوریتم‌های کاهش نویز فضایی یا زمانی استفاده کند.

کنترل DNR در دوربین های مختلف

اکثر تولیدکنندگان در سال 2022 از ترکیبی از الگوریتم‌های فضایی و زمانی استفاده می‌کنند، اگرچه کنترل هر یک به ندرت به کاربران ارائه می‌شود. اغلب، DNR به سادگی از طریق "روشن/خاموش" و/یا یک نوار، کنترل می شود. مانند مدل زیر که هیچ نشانه روشنی مبنی بر اینکه روش‌های فضایی، زمانی یا هر دو در اینجا تنظیم می‌شوند وجود ندارد:

با این حال، برخی از سازندگان اجازه کنترل بخشی از DNR فضایی و زمانی را می‌دهند. به کاربران اجازه می‌دهد کنترل بیشتری بر تنظیمات صفحه نمایش خاص خود داشته باشند، مانند این دوربین:

و به ندرت، برخی از آن‌ها فقط فیلتر زمانی را تنظیم می‌کنند، زیرا به احتمال زیاد اثرات منفی کیفیت تصویر ایجاد می‌کند. مانند این دوربین که در زیر نشان داده شده است:

مشکلات تارشدن تصویر و DNR

در حالی که DNR در بسیاری از موارد، مزایای واضحی را ارائه می دهد، در سطوح بالا ممکن است باعث تاری اشیاء متحرک، ناشی از کاهش نویز زمانی شود، که در اینجا نشان داده شده است:

کاهش تاری درحرکت باعث افزایش نویز می شود

در حالی که تقریباً همه دوربین‌ها هنگام استفاده از کاهش نویز زمانی مقداری تاری ایجاد می‌کنند. کاهش DNR به منظور کاهش تاری حرکت، معمولاً منجر به افزایش نویز دیجیتال می‌شود.

به عنوان مثال، در تصویر سمت چپ، صورت و بدن سوژه توسط آثار ناشی از کاهش نویز زمانی تار شده و جزئیات محدودی ایجاد می‌کند. با کاهش نویز زمانی، لباس‌ها نسبتاً شفاف‌تر می‌شوند، اما چهره او با نویز دیجیتال پوشیده می‌ماند و جزئیات قابل تشخیص نیستند.

نحوه تغییر تنظیمات DNR دوربین های برایتون

بر اساس تکنولوژی روز دنیا، در دوربین‌های مداربسته برایتون نیز از ویژگی DNR یا کاهش نویز دیجیتال استفاده شده است. شما می‌توانید این ویژگی را در OSD منو دوربین‌های خود مشاهده کنید. 

در تصویر مشاهده می‌کنید که می‌توانید تنظیمات را روی حالت خودکار (Auto) و یا روی حالت دستی (Manual) قرار دهید. در حالت دستی شما می‌توانید مقدار آن را تغییر دهید.

خلاصه‌ی کلام 

بدون شک با فعال شدن 3DNR، از مشکلات ناشی از نویز تصویر تا حدودی کاسته می‌شود. دقت داشته باشید که اگر میزان این کاهش زیاد باشد، امکان تاری تصویر نیز وجود دارد. پس در هر پروژه و به نسبت نور آن، باید این تنظیمات انجام شود.