Cải thiện việc giảm tiếng ồn cho camera quan sát với công nghệ 3D DNR ( Digital Noise Reduction)

Improving Noise Reduction Technology with 3D DNR
Giải thích các tính năng mới của Camera quan sát,phần 3.

Vi mạch hình ảnh của các camera thường bị nhiễu với tiếng ồn từ các hoạt động của thành phần điện tử bên trong vi mạch,và các sản phẩm phụ từ các mạch điện liên quan khác có kết nối. Những tác động liên quan đến tiếng ồn có thể trở thành nhiễu với trạng thái tĩnh của hình ảnh video ví dụ cụ thể như tuyết rơi làm hình ảnh mờ có khi rung nhẹ .

Giảm nhiễu tiếng ồn bằng kỹ thuật số (DNR-Digital Noise Reduction) là một phương pháp loại bỏ tiếng ồn từ hình ảnh trên màn hinh của camera kỹ thuật số . công nghệ 3D DNR là một tiến bộ kỹ thuật mà qua đó cho phép lọc bỏ được tiếng ồn , nâng cao hiệu quả trên hình ảnh, tác động cả trong điều kiện ánh sáng rất thấp.

Các loại  tiếng ồn.

Có hai loại tiếng ồn ảnh hưởng đến camera quan sát , tiếng ồn dạng hạt muối và hạt tiêu (cách gọi theo Anh-ngữ) ,còn lại là  tiếng ồn Gaussian, hiểu đơn giản là tiếng ồn hoặc nhiễu dạng nền trắng. 

Tiếng ồn dạng hạt muối và hạt tiêu xuất hiện khi một vi mạch hình ảnh CCD bị nóng quá hoặc có thể nhìn thấy được bởi các hạt bụi bên trong camera. Các tiếng ồn từ vật thể ngẫu nhiên xảy ra và không có liên quan về màu sắc với các độ phân giải của điểm ảnh xung quanh. Do đó, tiếng ồn này xuất hiện như những chấm đen và trắng trong đoạn video khi ghi-hình lại trên DVR hoặc PC. 

Tiếng ồn Gaussian được sinh ra bởi các nhiễu ngẫu nhiên ,chúng được tạo ra bởi sự chuyển động của điện-thế thông qua các thành phần điện-tử bên trong camera. Các tiếng ồn trắng này làm độ phân giải  điểm ảnh này hơi bị giảm sút so với màu sắc ban đầu của các đối tượng trong toàn cảnh. Tiếng ồn trắng xuất hiện ngẫu nhiên làm cho tất cả mọi chi tiết trong toàn cảnh khi ghi-hình xem lại có vẻ mềm mại hơn và hơi mờ hơn.Do vậy , chất lượng của mạch điện tử là yếu tố phát sinh tiếng ồn Gaussian nhiều hoặc ít , còn lại là môi trường camera làm việc có bị quá nóng hay không.
( gaussian là tên gọi kỹ thuật chuyên dụng-xin miễn giải thích)

Công nghệ DNR truyền thống

Theo truyền thống Công nghệ DNR sử dụng chu kỳ thời gian để làm giảm tiếng ồn. Kỹ thuật này về cơ bản sẽ so sánh một khung hình chính với khung hình kế tiếp và loại bỏ bất kỳ thông số kỹ thuật nhỏ nào có trong mỗi khung hình mà DNR xác định không phù hợp. Ý tưởng này thực hiện bằng cách kết hợp các khung hình , so sánh nội dung tổng thể các khung hình với tiếng ồn có từ mỗi khung hình để cho ra kết quả là khung hình đã được giảm thiểu tiếng ồn nhiều nhất.

Nói chung, công nghệ DNR theo truyền thống chỉ loại bỏ tiếng ồn và các dữ liệu không mong muốn được tìm thấy từ "phía trước mặt" của một hình toàn cảnh. Điều này có nghĩa là : chỉ có các đối tượng ở phía mặt trước của khung hình toàn cảnh được xử lý để làm giảm tiếng ồn một cách trực quan nhất, còn lại thì bất cứ điều gì trong hình nền vẫn giữ y nguyên chưa được xử lý .   

Có thể ví dụ tốt về điều này được xem từ 2 hình ảnh , DNR ON và 3-DNR với ảnh các chú lùn và ảnh một cây xăng vào ban đêm với các trụ trạm . Các đối tượng gần nhất với camera, như các trụ và biển hiệu chữ số được xử lý DNR tốt do nhận biết các hạt tuyết lớn hoặc những đối tượng tĩnh tiếp cận gần nhất như chữ số , so sánh với khung hình kế tiếp sẽ khác biệt rõ nhất là điểm rơi của các hạt tuyết ,từ sự so sánh này hình ảnh được công nghệ DNR "3D" loại bỏ tiếng ồn( gọi chung các dạng nhiễu) không mong muốn.Với camera khộng có DNR xử lý thì các hạt tuyết rơi (chuyển động) xuất hiện trên mỗi khung hình vị trí  khác nhau sẽ làm mờ và rung hình ảnh. 

Công nghệ 3D-DNR xử lý hình ảnh toàn cảnh với chiều sâu-antoanvn.com

Có gì khác nhau  DNR so với 3D-DNR

3D DNR là công nghệ DNR truyền thống với một bước cải tiến xa hơn. 3D DNR Không chỉ xử lý tiếng ồn làm giảm nhiễu kiểu khung hình so sánh khung hình (frame to frame) như  truyền thống, mà thêm vào là sự kết hợp làm giảm tiếng ồn trong không gian xung quanh camera.
 

Kỹ thuật giảm thiểu tiếng ồn trong không gian thực hiện theo cách so sánh độ phân giải của một điểm ảnh với độ phân giải của các điểm ảnh lân cận để phát hiện nhiễu khác biệt và loại bỏ tiếng ồn không mong muốn được tìm thấy trong khung hình. 3D-DNR xử lý toàn bộ hình ảnh để loại bỏ các nhiễu ngẫu nhiên dạng kỹ thuật số và các hạt-nổi xuất hiện trong khi duy trì hình ảnh được rõ nét và có được mức độ sắc nét tốt hơn.
 

Vì vậy, trong ví dụ với hình ảnh cây xăng 3D-DNR hoặc hình ảnh DNR ON/OFF chỉ xử lý phía trước của hình ảnh ,với 3D-DNR toàn bộ khung cảnh với chiều sâu  đều được xử lý để mỗi phần của hình ảnh rõ ràng và giảm tối đa tiếng ồn gần như không còn.

Lợi ích của 3D DNR
 

Công nghệ 3D DNR được xây dựng dựa trên các cải tiến kỹ thuật mới hơn tạo ra thêm những lợi ích toàn cãnh đã được cung cấp theo tiêu chuẩn DNR.
Đầu tiên, 3D DNR cung cấp một tín hiệu sạch-sẽ toàn diện hơn DNR, kết quả cho ra có dung lượng thấp khi dùng sẽ tiết kiệm không gian đĩa cứng lưu trữ tốt hơn .Đồng thời, camera được trang bị với công nghệ 3D DNR sẽ cung cấp hình ảnh có chiều sâu cao ,sắc nét hơn, chính xác hơn, làm cho khi ghi hình xem lại dễ dàng hơn ,hiệu quả cao hơn như yêu cầu về an ninh ,bảo mật để xác định kẻ tình nghi.
 

Cuối cùng, công nghệ 3D DNR làm cho camera dễ dàng phân biệt giữa các chuyển động và tiếng ồn trong một hình ảnh , 3D-DNR cho phép thiết bị ghi hình DVR có hiệu quả hơn trong việc phát hiện chuyển động - đặc biệt là trong điều kiện ánh sáng rất yếu mà không dùng đến kỹ thuật chiếu sáng bằng led hồng ngoại hoặc bằng kỹ thuật Smart IR như đã được áp dụng trước đây.
 

Bài viết kế tiếp : giải thích lợi ích của Smart IR với camera quan sát.

Công nghệ hình ảnh Low Light illumination dùng cho quan sát ở mức ánh sáng thấp

New Imaging Technology for Low Light Surveillance.

Để giải quyết vượt qua các trở ngại khi áp dụng kết quả từ hệ thống quan sát an ninh, loại bỏ tất cả cái bóng của sự nghi ngờ do hình ảnh thu lại không rõ ràng , khả năng cải thiện quan sát trong điều kiện thiếu ánh sáng ( ánh sáng cự thấp) của video là yêu cầu số một trong những yêu cầu về tính năng quan sát từ các khách hàng của tất cả các tầng lớp xã hội, đặc biệt là từ những người chịu trách nhiệm an ninh an toàn công cộng, và các công việc điều tra. 

Camera quan sát chuyên dùng đã được cải thiện đáng kể khả năng để tiến hành giám sát dưới mức ánh sáng rất thấp , mà không cần dùng đến sự chiếu sáng hỗ trợ từ các bảng đèn IR như loại (IR Camera) là Camera có hồng ngoại được biết đến hiện tại.

Ngoài việc cung cấp khả năng cải thiện ánh sáng thấp, các vi mạch ảnh này cũng nắm giữ công nghệ mới nhất để tăng cường giám sát ban ngày nơi quá nhiều ánh sáng thường bị chói có thể coi đây là một thách thức về kỹ thuật . 

Những camera dùng cho ánh sáng thấp mới chắc chắn sẽ làm tăng cao kết quả cũng như  sự dễ dàng thu thập chứng cứ có giá trị ở bất kỳ nơi nào.

Cần phân biệt Camera IR Day/Night low light illumination với Camera dùng vi mạch kỹ thuật Extreme/Ultimate low light đang đề cập đến. Chức năng Day/Night trong Camera có đèn chiếu Hồng ngoại là mạch điện tử kích hoạt theo mức đo ánh sáng lux từ cảm biến CDS, khi toàn cảnh xuống đến 10 lux ( ví dụ) CDS sẽ kích hoạt ON chiếu sáng đèn hồng ngoại để camera thấy rõ trong đêm tối. 

Tuy nhiên ở mức ánh sáng thấp ( từ 10lux trở xuống 01-0lux) thì camera màu sẽ cho ra hình ảnh có màu sắc hơi nhoè nguyên do vi mạch hình ảnh CCD màu nhận biết có màu sắc đúng khi ở mức độ __lux trở lên.

Để tránh sự cố hiển thị hình ảnh với màu "lốm-đốm" khi toàn cảnh quá tối , lúc CDS kích hoạt thì camera sẽ tự động tắt chế độ màu sắc để chỉ hoạt động ở chế độ hình ảnh một tông màu xám (mono-chrome) tương tự camera đen trắng ( B&W Camera), đồng thời không cần có bộ lọc hồng ngoại ( nếu là camera màu phaỉ có bộ lọc IR Filter ) hỗ trợ sử dụng khi camera có ON đèn chiếu IR , kết quả sẽ cho ra hình ảnh thật sự rõ-nét với màu đen-trắng mới đáp ứng được yêu cầu của camera giám sát ( Surveillance hoặc Security Camera ).

Từ những kinh nghiệm trên,việc sản xuất camera chuyên dùng cho giám sát với ánh sáng cực thấp đã rút ra được kinh nghiệm một cách tự nhiên từ camera đen và trắng bởi vì camera đen-trắng (B&W Camera) thường đòi hỏi ít ánh sáng hơn và không yêu cầu các bộ lọc hồng ngoại.

Camera đen và trắng không có bộ lọc hồng ngoại giống như loại được sử dụng trong camera màu. Điều này cho phép camera có được sự nhạy cảm hơn và sử dụng một phạm vi rộng hơn các tần số ánh sáng có sẵn. Ngoài ra, camera đen và trắng có xu hướng thu được những hình ảnh sắc nét hơn do camera có độ phân giải cao hơn so với hầu hết các camera màu và thấp hơn tỷ lệ tín hiệu nhiễu-tiếng.

Các công nghệ kỹ thuật liên quan đến hỗ trợ ánh sáng thấp

ZERO DPC (Defect Pixel Compensation) 

Kỹ thuật nén tín hiệu số DSP "Digital Signal Processing"  đi cùng với tính năng hiệu chỉnh đền bù tối ưu cho hình ảnh "Correction Perfect Defect" thích ứng để cung cấp ra hình ảnh rõ ràng hơn, cho phép nắm-bắt hình ảnh nhanh hơn với độ sáng ánh sáng rất thấp, bằng cách sử dụng hai phương pháp của thuật toán :thực hiện cho việc so-sánh rồi thêm độ phân giải để đền-bù vào các điểm ảnh bị khuyết tật hoặc không thực hiện triệt để xuyên suốt các khiếm khuyết theo hình ảnh.

Sense-Up (x512, Digital Slow Shutter/ sens-up)

Cũng dùng theo kỹ thuật DSP để cung cấp ra hình ảnh chất lượng cao bằng cách hỗ trợ cho phép mỗi khung hình tiếp xúc một thời gian dài hơn 1/50giây hoặc 1/60giây [PAL/NTSC] , tăng cường mức nhạy cảm với độ sáng-tối để cho phép nhận thấy hình dạng và màu sắc của đối tượng bị mất đi trong điều kiện không có ánh sáng hoặc trong trường hợp thời gian khung hình tiếp xúc nhiều hơn 8giây (x512).
Hiểu đơn giản hơn là SENSE-UP cung cấp chế độ tuỳ chỉnh làm chậm màn-trập  nhân X1 ~ 256 hoặc ~ 512 để tăng lượng ánh sáng đi vào cho ảnh sáng hơn.

Để tăng cường khả năng cho camera màu hiện nay ,có thể kể đến các vi mạch mới của Sony ™ EFFIO ™ hoặc một vài loại khác như "EXMOR chipset"...

Minh hoạ một Mini Camera như trong video clip PC165DNR, đáp ứng nhu cầu cho khả năng cải thiện ánh sáng yếu và các chi tiết màu. PC165DNR sử dụng chipset mới nhất của Sony ™ EFFIO ™ , cho phép quan sát tốt trong điều kiện  ánh sáng thấp 0,00001 lux.

 Với mức lux 0,00001, camera này có thể xử lý các hoạt động quan sát tại các khu dân cư và các địa điểm khác với ánh sáng rất thấp xung quanh mà không cần chiếu sáng bổ sung. Camera PC165DNR cũng có khả năng Wide Dynamic có thể quản lý một mảng rộng lớn hơn tần số ánh sáng và mức ánh sáng hơn so với hầu hết các camera an ninh video khác . WDR giúp cho camera hoàn hảo hơn cho các ứng dụng vào thời gian ban đêm hoặc chụp các biển số xe... .

Camera bình thường bị chế ngự bởi ánh sáng trực diện từ các nguồn chiếu sáng bất kỳ,như của đèn pha. Camera có WDR , với kỹ thuật HLC hoặc Eclipse dùng thuật toán kỹ thuật số để giảm thiểu và thậm chí loại bỏ ánh sáng chói từ đèn pha ,từ các nguồn chiếu sáng trực tiếp vào camera.

Xem thêm các bài viết liên quan :

•   xem bài viết về WDR .
•  xem bài viết về Smart IR.
•  bài viết về kt DNR, 3D-DNR.