DNR یا Digital Noise Reduction قابلیتی در دوربین های مدار بسته است که به طور دیجیتال نویزهای تصویر را ازبین می‌برد. تکنولوژی 3D DNR نوعی پیشرفته‌تر از این تکنولوژی است که نویزها را بطور خیلی موثرتر حتی در شرایطی که نور محیط کم است، از تصویر فیلتر می‌کند.

اکثر دوربین های رده بالا هر دو فناوری را برای کاهش تداخل بهبود یافته ترکیب می کنند. فناوری 3D-DNR بیشتر در رابطه با نواحی ساکن فضای نظارت شده استفاده می شود، در حالی که فناوری 2D-DNR نتایج بهتری را برای اجسام متحرک به همراه دارد و در مناطقی که نظارت بر سوژه های حرکت است، استفاده می شود. الگوریتمی که ادغامی از این دو فناوری را ارائه می‌کند، بهترین اثرات کاهش نویز را ارائه می‌دهد و تصاویر واضحی را حتی در شرایط نور کم ارائه می‌دهد.

تاثیرات منفی نویز

نویز، جدا از تاثیر منفی بر کیفیت تصویر، فضای دیسک مورد نیاز برای ضبط تصویر را افزایش می دهد، زمان ضبط را کاهش می دهد، اندازه جریان ویدئو را افزایش می دهد و ممکن است آلارم های کاذب را ایجاد کند. بنابراین، برای دوربین های مداربسته ای که در شرایط نوری متغیر و کم کار می کنند بسیار مهم است که عملکرد کاهش نویز را برای حذف تداخل ها داشته باشند.

چگونه نویزها را از بین ببریم؟

کاهش نویز دیجیتال دو بعدی یکی از اساسی ترین روش هایی است که برای حذف نویز استفاده می شود. اگرچه در خلاص شدن از شر نویز در تصاویر موفق است، اما در رزولوشن های بالاتر و زمانی که حرکت زیادی در اطراف وجود دارد، حذف نویز را به خوبی انجام نمی دهد.

اتفاقی که می افتد این است که هر پیکسل در هر فریم با پیکسل های فریم های دیگر مقایسه می شود. با مقایسه مقادیر شدت و رنگ‌های هر یک از این پیکسل‌ها، می‌توان الگوریتم‌هایی را برای تشخیص الگوی ایجاد کرد که می‌تواند به عنوان “نویز” طبقه‌بندی شود.

پس از کشف این الگوهای ناخواسته، سیستم سعی می‌کند با اختصاص سطح/رنگ شدت به پیکسلی که آن را بدون نویز می‌داند، نویز را پاک کند. اگرچه این ممکن است برای یک محیط ثابت که در آن هیچ حرکتی وجود ندارد کار کند، اما می‌تواند باعث تاری حرکت شود زیرا سیستم سعی می‌کند تمام تلاش خود را انجام دهد تا بفهمد کدام رنگ/شدت طبیعی‌ترین رنگ برای یک پیکسل خاص است. همچنین بسته به قابلیت‌های محاسباتی سیستم، نمی‌توان این الگوریتم‌ها را در رزولوشن‌های بزرگ‌تر پردازش کرد و آن‌ها را در زمان واقعی ارائه کرد. (آنها می توانند پردازش کنند، اما زمان زیادی طول می کشد.)

کاهش نویز با 2D DNR

اولین روش تولید شده که هنوز برای حذف نویز وجود دارد، DNR 2D (کاهش نویز دیجیتال ۲ بعدی) است.

این یک تکنولوژی کاهش موقت نویز است. با تجزیه و تحلیل پیکسل ها در یک فریم و مقایسه آنها به عنوان بخشی از توالی کلی کار می کند. سپس به دنبال هر چیزی می گردد که مانند مصنوعات یکدست به نظر نمی رسد و آنها را تعمیر می کند. 2D DNR برای اهداف اساسی موثر است اما دارای معایبی است. در این تکنیک هر فریم با فریم قبلی مقایسه می شود و مشخصات جزئی از هر فریم که با فریم قبلی تطابق ندارد را حذف می کند. با ترکیب فریم ها در این روش، میزان نویز در تصویر کاهش می یابد.

کاهش نویز زمانی (2D DNR) مستعد ایجاد تاری حرکتی بد (مسیرهای تاری) در صورت وجود حرکت است. این بر وضوح و کیفیت ویدیو تأثیر می گذارد و نظارت را دشوار می کند. با افزایش وضوح، اثربخشی بسیار کمتر از DNR سه بعدی است که اکنون در مورد آن صحبت خواهیم کرد. در روش کاهش نویز DNR، نویز و داده های ناخواسته در جلوی تصویر فقط حذف خواهند شد.

به طور کلی، روش کاهش نویز سنتی DNR ، فقط نویز و داده های ناخواسته موجود در “جلوی” یک تصویر را حذف می کند. این بدان معناست که فقط اشیاء موجود در پیش زمینه صحنه برای کاهش نویز تصویر، پردازش می شوند و سوژه های پس زمینه بدون پردازش باقی می ماند.

مثال خوب این روش، مشاهده یک پارکینگ در شب است. اشیاء نزدیک به دوربین، مانند وسایل نقلیه یا افرادی که به دوربین نزدیک می شوند، برای از بین بردن نویز ناخواسته و برفکی “پردازش” می شوند. ولی هر شیء در پس زمینه بدون پردازش دیجیتالی و برفکی به نظر می رسد.

نویز سه بعدی یا 3D DNR چگونه عمل می کند؟

تکنولوژی 3D DNR کاملاً متفاوت است. این به عنوان یک تکنیک “کاهش نویز فضایی” در نظر گرفته می شود، (اگرچه جنبه های زمانی جزئی برای آن دارد) که در آن پیکسل ها را در سه بعدی مقایسه و پردازش می کند. (ابتدا دو بعد در یک تصویر و سپس بعد سوم، زمانی که پیکسل ها را با سایر فریم ها مقایسه می کند.)

با توجه به تفاوت در الگوریتم ها، DNR 3D می تواند بسیار سریعتر از 2D DNR  پردازش شود. بنابراین می توان این الگوریتم را در فریم هایی با وضوح بیشتر انجام داد.

 در طول فرآیند DNR سه بعدی، سیستم پیکسل ها را در یک فریم مقایسه می کند. سعی می‌کند با استفاده از تکنیک‌هایی مانند «فیلترهای متوسط» و «فیلترهای میانگین» نویز را در یک فریم حذف کند تا ماهیت دانه‌دار یک فریم را از بین ببرد. پس از آن، پیکسل ها را فریم به فریم مقایسه می کند تا هر حرکتی را در فیلم تشخیص دهد. (حرکت با در نظر گرفتن تغییرات روشنایی و رنگ در مختصات پیکسلی یکسان در دو یا بیشتر فریم متفاوت انتخاب می‌شود.)

همانطور که قبلاً اشاره کردیم، نویز در تصاویر زمانی که فیلم در محیطی با نور کم گرفته می شود، آشکارتر است. بنابراین، می‌توانیم با خیال راحت نتیجه بگیریم که روشنایی یک صحنه می‌تواند بر نویز ظاهری یک فریم و تصویر تأثیر بگذارد.

دوربین مجهز به سنسور 3D DNR برای حذف یا کاهش نویز

دوربین ها خود نیز یک نوع از سنسور ها هستند و  مانند بسیاری از سنسورهای دیگر، کامل نیستند، آنها در برابر نویز آسیب پذیر هستند و اندازه گیری هایی که آنها انجام می دهند همیشه تقریبی از دنیای واقعی خواهد بود. بنابراین، هر تصویری که توسط یک دوربین گرفته می‌شود، نوعی نویز دارد و نبرد جمع‌آوری اطلاعات بیشتر برای غلبه بر نویز است، یعنی دریافت SNR بالاتر. (نسبت سیگنال به نویز.)

دریافت سیگنال های بیشتر برای غلبه بر نویز، جایی است که روشنایی وارد عمل می شود. هر چه محیط روشن‌تر باشد، دوربین در جمع‌آوری نور برای تولید تصویر واضح‌تر بهتر عمل می‌کند. بنابراین وقتی صحنه ای در نور کم گرفته می شود، دوربین اطلاعات کافی برای ادامه ندارد و این باعث جمع شدن نویز می شود.

 بنابراین حتی اگر تکنیک‌های پس‌پردازش، مانند  2D و 3D DNR می‌توانند نویز را تا حدی کاهش دهند، بهبود شرایط نوری قبل از گرفتن فیلم همیشه گزینه بهتری است.