25/09/11Nan nenpòt sistèm mezi — soti nan kominikasyon san fil rive nan fotografi dijital — rapò siyal-bri a (SNR) se yon referans fondamantal pou kalite. Kit w ap analize imaj teleskòp, amelyore anrejistreman mikwofòn, oswa depanaj yon lyen san fil, SNR di w konbyen enfòmasyon itil ki detache ak bri anbyen endezirab.
Men, kalkile rapò signal-bruit (SNR) kòrèkteman pa toujou fasil. Tou depan de sistèm nan, ou ka bezwen konsidere lòt faktè tankou kouran nwa, bri lekti, oswa gwoupman pixel. Gid sa a ap gide w nan teyori a, fòmil debaz yo, erè komen yo, aplikasyon yo, ak fason pratik pou amelyore SNR, pou asire w ke ou ka aplike li avèk presizyon nan yon pakèt kontèks.
Ki sa ki rapò siyal-bri (SNR)?
Nan nwayo li, rapò siyal-bri a mezire relasyon ki genyen ant fòs yon siyal vle ak bri anbyen ki bouche li.
● Siyal = enfòmasyon ki gen sans (pa egzanp, yon vwa nan yon apèl, yon zetwal nan yon imaj teleskòp).
● Bri = fluktuasyon o aza, endezirab ki defòme oswa kache siyal la (pa egzanp, estatik, bri detèktè, entèferans elektrik).
Matematikman, SNR defini kòm:
Paske rapò sa yo ka varye sou plizyè lòd mayitid, SNR anjeneral eksprime an desibèl (dB):
● Segondè rapò signal/bruit (SNR) (pa egzanp, 40 dB): siyal la domine, sa ki bay enfòmasyon klè e fyab.
● Rapò signal/bruit ki ba (pa egzanp, 5 dB): bri a depase siyal la, sa ki fè entèpretasyon an difisil.
Kijan pou kalkile SNR
Kalkil rapò siyal-bri a ka fèt avèk diferan nivo presizyon selon sous bri ki enkli yo. Nan seksyon sa a, nou pral prezante de fòm: youn ki pran an kont kouran nwa a epi youn ki sipoze ke nou ka neglije li.
Nòt: Pou ajoute valè bri endepandan, ou bezwen ajoute yo an kwadrati. Chak sous bri okre, adisyone, epi pran rasin kare total la.
Rapò siyal-bri ak kouran fènwa
Men ekwasyon pou itilize nan sitiyasyon kote bri kouran nwa a ase gwo pou mande enklizyon:
Men definisyon tèm yo:
Siyal (e-): Sa a se siyal ki enteresan nan fotoelektwon yo, avèk siyal kouran fènwa a soustrè.
Siyal Total la (e-) pral kantite fotoelektwon nan pixel ki enterese a – li pa pral valè pixel la an inite nivo gri. Dezyèm egzanp Siyal la (e-), anba ekwasyon an, se bri foton an.
Kouran fènwa (DC):Valè kouran fènwa a pou pixel sa a.
t: Tan ekspozisyon an segonn
σr:Li bri nan mòd kamera.
Rapò siyal-bri pou kouran fènwa neglijab
Nan ka kout yo (< 1 segonn) tan ekspozisyon, plis kamera refwadi ak pèfòmans wo, bri kouran nwa a jeneralman byen anba bri lekti a, epi yo pral neglije li san danje.
Kote tèm yo ankò jan yo defini pi wo a, eksepte ke siyal kouran fènwa a pa bezwen kalkile epi soustrè nan siyal la paske li ta dwe egal zewo.
Limit fòmil sa yo ak tèm ki manke yo
Fòmil opoze yo ap sèlman bay repons kòrèk pou CCD akKamera CMOSAparèy EMCCD ak entansifye yo entwodui sous bri adisyonèl, kidonk ekwasyon sa yo pa ka itilize. Pou yon ekwasyon rapò siyal-bri ki pi konplè ki pran an kont kontribisyon sa yo ak lòt kontribisyon yo.
Yon lòt tèm bri ki souvan enkli (oswa ki te konn enkli) nan ekwasyon SNR se non-inifòmite foto-repons lan (PRNU), pafwa yo rele li tou 'bri modèl fiks' (FPN). Sa reprezante inegalite nan genyen ak nan repons siyal atravè detèktè a, ki ka vin dominan nan siyal ki wo si li ase gwo, sa ki diminye SNR.
Pandan ke premye kamera yo te gen ase PRNU siyifikatif pou mande enklizyon li, pifò kamera modèn yokamera syantifikgen yon PRNU ki ase ba pou fè kontribisyon li byen anba bri foton yo, sitou apre yo fin aplike koreksyon entegre yo. Kounye a, li anjeneral neglije nan kalkil SNR yo. Sepandan, PRNU toujou enpòtan pou kèk kamera ak aplikasyon, epi li enkli nan ekwasyon SNR ki pi avanse a pou konplete. Sa vle di ekwasyon yo bay yo itil pou pifò sistèm CCD/CMOS men yo pa ta dwe trete kòm aplikab inivèsèlman.
Kalite Bri nan Kalkil SNR
Kalkile rapò signal/bruit (SNR) a pa sèlman vle di konpare yon siyal ak yon sèl valè bri. An pratik, plizyè sous bri endepandan kontribye, epi konprann yo esansyèl.
Bri kout bal
● Orijin: arive estatistik foton oswa elektwon.
● Echèl ak rasin kare siyal la.
● Dominan nan imaj limite pa foton (astwonomi, mikwoskopi fliyoresans).
Bri tèmik
● Yo rele l tou bri Johnson-Nyquist, ki pwodui pa mouvman elektwon nan rezistans yo.
● Ogmante avèk tanperati ak Pleasant.
● Enpòtan nan elektwonik ak kominikasyon san fil.
Bri Kouran Nwa
● Varyasyon o aza nan kouran fènwa nan detèktè yo.
● Pi enpòtan nan ekspozisyon long oswa detektè cho.
● Redwi lè yo refwadi detèktè a.
Li Bri
● Bri ki soti nan anplifikatè ak konvèsyon analòg-a-dijital.
● Fiks pou chak lekti, kidonk li enpòtan nan rejim siyal ki ba.
Bri Kantifikasyon
● Entwodwi pa dijitalizasyon (awondi nan nivo diskrè).
● Enpòtan nan sistèm ki gen pwofondè bit ki ba (pa egzanp, odyo 8-bit).
Bri Anviwònman/Sistèm
● EMI, diafoni, ondilasyon ekipman pou pouvwa.
● Ka domine si pwoteksyon/koneksyon a tè a pa bon.
Konprann kilès nan sa yo ki dominan ede nan chwazi bon fòmil la ak metòd mitigasyon an.
Erè komen nan kalkil SNR
Li fasil pou jwenn anpil metòd "rakoursi" pou estime yon rapò siyal-bri nan imajri. Sa yo gen tandans swa mwens konplèks pase ekwasyon opoze yo, pèmèt yon derivasyon pi fasil apati yon imaj li menm olye pou yo mande konesans sou paramèt kamera tankou bri lekti, oswa toude. Malerezman, li pwobab ke chak nan metòd sa yo pa kòrèk, epi li pral mennen nan rezilta defòme ak pa itil. Li rekòmande fòtman pou itilize ekwasyon opoze yo (oswa vèsyon avanse a) nan tout ka.
Kèk nan rakoursi fo ki pi komen yo enkli:
1. Konparezon entansite siyal la ak entansite background nan, nan nivo gri. Apwòch sa a eseye jije sansiblite kamera a, fòs siyal la oswa yon rapò siyal/bri lè li konpare yon entansite pik ak yon entansite background. Apwòch sa a gen anpil defo paske enfliyans offset kamera a ka fikse entansite background nan jan li vle, gen an ka fikse entansite siyal la jan li vle, epi yo pa konsidere okenn kontribisyon bri ni nan siyal la ni nan background nan.
2. Divize pik siyal yo pa devyasyon estanda yon zòn pixel background. Oubyen, konpare valè pik yo ak bri vizyèl nan background nan ki revele pa yon pwofil liy. Sipoze ke yo soustrè offset la kòrèkteman nan valè yo anvan divizyon an, danje ki pi enpòtan nan apwòch sa a se prezans limyè background. Nenpòt limyè background pral tipikman domine bri nan pixel background yo. Anplis, bri nan siyal ki enterese a, tankou bri deklanchman, pa aktyèlman konsidere ditou.
3. Siyal mwayèn nan pixel ki enterese yo vs devyasyon estanda valè pixel yo: Konpare oswa obsève konbyen yon siyal pik chanje atravè pixel vwazen oswa imaj siksesif pi pre pou l kòrèk pase lòt metòd rakoursi, men li pa gen anpil chans pou evite lòt enfliyans ki defòme valè yo, tankou yon chanjman nan siyal la ki pa sòti nan bri. Metòd sa a kapab tou pa egzat akòz ti kantite pixel nan konparezon an. Pa bliye soustraksyon valè offset la tou.
4. Kalkile rapò signal-bruit (SNR) san konvèti an inite entansite fotoelektwon, oubyen san retire décalage a: Kòm bri foton an tipikman pi gwo sous bri a epi li depann de konesans décalage ak genyen kamera a pou mezire, li pa posib pou evite kalkil ki retounen nan fotoelektwon pou kalkil SNR yo.
5、Jije rapò signal/bruit (SNR) a je: Pandan ke nan kèk sikonstans jije oswa konpare rapò signal/bruit a je kapab itil, genyen tou pyèj inatandi. Jije rapò signal/bruit nan pixel ki gen gwo valè kapab pi difisil pase nan pixel ki gen pi ba valè oswa pixel nan background. Efè ki pi sibtil kapab jwe yon wòl tou: Pa egzanp, diferan monitè òdinatè ka rann imaj ak kontras trè diferan. Anplis, montre imaj nan diferan nivo zoom nan lojisyèl kapab enfliyanse anpil aparans vizyèl bri a. Sa a patikilyèman pwoblèmatik si w ap eseye konpare kamera ki gen diferan gwosè pixel nan espas objè a. Finalman, prezans limyè nan background kapab anile nenpòt tantativ pou jije rapò signal/bruit vizyèlman.
Aplikasyon SNR yo
SNR se yon metrik inivèsèl ki gen yon pakèt aplikasyon:
● Anrejistreman Odyo ak Mizik: Detèmine klète, ranje dinamik, ak fidelite anrejistreman yo.
● Kominikasyon san fil: Rapò signal/bruit (SNR) gen rapò dirèkteman ak to erè bit (BER) ak débit done.
● Imaj Syantifik: Nan astwonomi, pou detekte zetwal fèb sou yon limyè syèl an aryè plan, li nesesè pou gen yon bon rapò signal-bruit (SNR).
● Ekipman Medikal: Eskane ECG, IRM, ak CT yo depann sou yon rapò signal-bruit ki wo pou distenge siyal yo ak bri fizyolojik yo.
● Kamera ak Fotografi: Kamera konsomatè yo ak detèktè CMOS syantifik yo tou de itilize SNR pou teste pèfòmans nan limyè fèb.
Amelyore rapò rapò son/bruit (SNR)
Piske rapò rapò/bruit (SNR) a se yon mezi enpòtan anpil, yo fè anpil efò pou amelyore li. Gen estrateji ki gen ladan yo:
Apwòch Materyèl
● Sèvi ak pi bon detèktè ki gen mwens kouran fènwa.
● Aplike pwoteksyon ak koneksyon atè pou diminye EMI.
● Refwadi detektè yo pou siprime bri tèmik.
Apwòch Lojisyèl
● Aplike filtè dijital pou retire frekans endezirab yo.
● Sèvi ak mwayèn sou plizyè ankadreman.
● Itilize algoritm rediksyon bri nan pwosesis imaj oswa odyo.
Pixel Binning ak efè li sou SNR
Efè binning sou rapò siyal-sou-bri a depann de teknoloji kamera a ak konpòtman detèktè a, paske pèfòmans bri kamera ki klase ansanm ak kamera ki pa klase yo ka varye anpil.
Kamera CCD yo ka adisyone chaj pixel adjasan yo 'sou chip la'. Bri lekti a fèt yon sèl fwa, men siyal kouran nwa ki soti nan chak pixel ap adisyone tou.
Pifò kamera CMOS yo fè "off-chip binning", sa vle di valè yo mezire an premye (epi bri lekti entwodui), epi answit yo adisyone dijitalman. Bri lekti pou somasyon sa yo ogmante atravè miltiplikasyon pa rasin kare kantite pixel adisyone a, sa vle di pa yon faktè 2 pou 2x2 binning.
Kòm konpòtman bri detèktè yo ka konplike, pou aplikasyon kantitatif li rekòmande pou mezire offset, gain, ak bri lekti kamera a nan mòd binned, epi itilize valè sa yo pou ekwasyon rapò siyal-sou-bri a.
Konklizyon
Rapò siyal-bri a (SNR) se youn nan metrik ki pi enpòtan nan syans, jeni, ak teknoloji. Soti nan defini klète nan apèl telefonik rive nan pèmèt deteksyon galaksi ki lwen, SNR soutni kalite sistèm mezi ak kominikasyon yo. Metrize SNR pa sèlman sou memorize fòmil - li sou konprann sipozisyon, limit, ak konpwomi nan mond reyèl la. Nan pèspektiv sa a, enjenyè ak chèchè yo ka fè mezi ki pi fyab epi konsepsyon sistèm ki ekstrè enfòmasyon enpòtan menm nan kondisyon ki fè bwi.
Ou vle aprann plis? Gade atik ki gen rapò ak sijè sa a:
Tucsen Photonics Co., Ltd. Tout dwa rezève. Lè w ap site, tanpri bay non sous la:www.tucsen.com
