Reducción de ruido: Mejora de la claridad, técnicas avanzadas para la reducción del ruido en la visión por computadora

Por Fouad Sabry

Qué es la reducción de ruido

La reducción de ruido es el proceso de eliminar el ruido de una señal. Existen técnicas de reducción de ruido para audio e imágenes. Los algoritmos de reducción de ruido pueden distorsionar la señal hasta cierto punto. El rechazo de ruido es la capacidad de un circuito para aislar un componente de señal no deseado del componente de señal deseado, como ocurre con la relación de rechazo de modo común.

Cómo se beneficiará

(I) Ideas y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Reducción de ruido

Capítulo 2: Sistema de reducción de ruido Dolby

Capítulo 3: Dbx (reducción de ruido)

Capítulo 4: Procesamiento de imágenes digitales

Capítulo 5: Ruido de la imagen

Capítulo 6: Wavelet

Capítulo 7: Diferencia de gaussianas

Capítulo 8: Filtro bilateral

Capítulo 9: Medias no locales

Capítulo 10: Coincidencia de bloques y filtrado 3D

(II) Respondiendo a las principales preguntas del público sobre la reducción de ruido.

(III) Ejemplos del mundo real sobre el uso de la reducción de ruido en muchos campos.

Para quién es este libro

Profesionales, estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quieran ir más allá del conocimiento o la información básica para cualquier tipo de reducción de ruido.

 

 

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 28 abr 2024

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Capítulo 1: Reducción de ruido

La eliminación del ruido de fondo no deseado de una señal se conoce como reducción de ruido. Tanto el ruido visual como el auditivo se pueden reducir utilizando varios métodos. La señal puede verse ligeramente distorsionada por los algoritmos de reducción de ruido. La relación de rechazo de modo común y el rechazo de ruido son dos medidas de la capacidad de un circuito para filtrar señales no deseadas.

Hay características compartidas por los procesadores de señales analógicas y digitales que los hacen vulnerables al ruido. El mecanismo de un dispositivo o los algoritmos de procesamiento de señales pueden introducir ruido dependiente de la frecuencia, además del ruido aleatorio y uniforme que llamamos ruido blanco.

El silbido es una forma común de ruido electrónico causado por el movimiento caótico de los electrones en respuesta a las fluctuaciones de temperatura. La rápida adición y sustracción de estos electrones agitados a la señal de salida da como resultado un ruido audible.

La estructura granulada de la película fotográfica y la cinta magnética introduce ruido (tanto visible como audible) en la grabación. La sensibilidad de una película fotográfica está determinada por el tamaño de su grano; La película más sensible tendrá granos más grandes. El ruido en la cinta magnética aumenta en proporción al tamaño de las partículas magnéticas (normalmente óxido férrico o magnetita). El ruido se puede reducir a un nivel más tolerable utilizando más película o cinta magnética.

Para reducir el ruido, los algoritmos suelen modificar las señales de alguna manera. Es posible evitar modificaciones en las señales con la ayuda del algoritmo de ortogonalización local de señal y ruido.

Para las imágenes sísmicas, la mejora de la señal es especialmente importante porque la señal útil enterrada en el ruido de fondo a menudo se pasa por alto, lo que lleva a la posibilidad de discontinuidades espurias en los eventos sísmicos y artefactos en la imagen migrada final. La reducción de las dificultades de interpretación y los riesgos de falsas alarmas en la detección de petróleo y gas se puede lograr aumentando la señal útil mientras se atenúa el ruido aleatorio en los perfiles sísmicos.

Ejemplo de reducción de ruido

Usando Audacity, aquí hay un ejemplo de reducción de ruido a 0 dB, 5 dB, 12 dB y 30 dB con suavizado de frecuencia a 150 Hz y un tiempo de ataque/decaimiento de 0.15 segundos.

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En la grabación de cintas analógicas, el silbido de la cinta es un importante cuello de botella en el rendimiento. Esto se asocia con la velocidad relativa de la cinta a través de los cabezales de cinta y el tamaño de partícula y la textura de la emulsión magnética rociada sobre el medio de grabación.

La pregrabación de un solo extremo, la reducción de silbidos, la reducción de ruido de superficie y los sistemas de códec o de doble extremo son los cuatro métodos principales de reducción de ruido. Los sistemas de pregrabación de un solo extremo (como Dolby HX Pro) tienen como objetivo modificar el propio medio durante el proceso de grabación. Los arañazos, los estallidos y las no linealidades de la superficie se pueden mitigar durante la reproducción de grabaciones de fonógrafo con la ayuda de sistemas de reducción de silbidos de un solo extremo como DNL. El Sistema de Reducción de Ruido y Recuperación de Rango Dinámico con Autocorrelador Lineal de Fase (Modelos 1000 y 4000) es un expansor de rango dinámico de un solo extremo que se puede utilizar para eliminar una amplia variedad de ruido de grabaciones antiguas. Durante la fase de grabación de los sistemas de doble extremo (como el sistema de reducción de ruido Dolby o dbx), se aplica un proceso de pre-énfasis, y durante la fase de reproducción, se aplica un proceso de des-énfasis.

Durante la grabación, los sistemas de reducción de ruido de doble extremo aplican pre-énfasis, y durante la reproducción, aplican des-énfasis.

Dolby A y UC, utilizados por los profesionales de las grabaciones en vinilo, y Dolby FM son ejemplos de este tipo de sistemas, High Com FM y FMX utilizados en la radiodifusión FM.

Ray Dolby creó el primer método exitoso para reducir el ruido de fondo en la música grabada en 1966. Dolby Tipo A fue un sistema de codificación/decodificación diseñado para aplicaciones industriales. Durante la grabación (codificación), se aumentó la amplitud de las frecuencias en cuatro bandas, y durante la reproducción, la amplitud disminuyó en consecuencia (decodificación). En particular, por encima de 1 kHz de una señal de audio se amplificaría durante la grabación de las secciones más silenciosas de la señal. Esto mejoró la relación señal-ruido en cinta hasta en 10 dB, dependiendo de la intensidad de la señal para empezar. El decodificador funcionó a la inversa durante la reproducción, disminuyendo efectivamente el ruido de fondo hasta en 10 decibelios.

Dolby B fue un sistema de banda única centrado en el consumidor desarrollado en colaboración con Henry Kloss. Dolby B no era tan potente como Dolby A, pero se podía reproducir sin un decodificador, lo cual era una ventaja.

El circuito integrado Telefunken High Com U401BR también podría utilizarse para funcionar como un compander mayoritariamente compatible con Dolby B.

En varias pletinas de cinta High Com de última generación, la funcionalidad Dolby-B que emula el expansor D NR funcionó no solo para la reproducción, sino también, debido a que no está en el manual, durante la grabación.

Dbx, creado por David E. Blackmer de Dbx, Inc., era un sistema alternativo de reducción de ruido analógico. Las frecuencias de alto ruido se amplificaron y se aplicó un compander 2:1 a toda la señal antes de codificarla y decodificarla utilizando un algoritmo de raíz cuadrática media (RMS). A diferencia de Dolby B, que se podía reproducir sin un decodificador, dbx utilizaba todo el espectro audible. Sin embargo, es posible una reducción de ruido de hasta 30 dB con este método.

No hay necesidad de reducción de ruido de estilo de audio en las grabaciones de video analógicas porque la parte de luminancia (señal de video compuesta en sistemas de color directo) se modula con frecuencia para mantener la saturación.

Philips introdujo el limitador de ruido dinámico (DNL) en