25/09/11Di her sîstema pîvandinê de - ji ragihandina bêtêl bigire heya wênekêşiya dîjîtal - rêjeya sînyal-deng (SNR) pîvanek bingehîn a kalîteyê ye. Çi hûn wêneyên teleskopê analîz bikin, tomarên mîkrofonê baştir bikin, an jî pirsgirêka girêdana bêtêl çareser bikin, SNR ji we re vedibêje ka çiqas agahdariya kêrhatî ji dengê paşxaneyê yê nexwestî cuda dibe.
Lê belê hesabkirina SNR-ê bi awayekî rast ne her tim hêsan e. Li gorî pergalê, dibe ku faktorên din ên wekî herikîna tarî, dengê xwendinê, an jî komkirina pixelan hewce bike ku werin hesibandin. Ev rêber teorî, formulên bingehîn, xeletiyên hevpar, sepan û rêbazên pratîkî yên ji bo baştirkirina SNR-ê nîşanî we dide, û piştrast dike ku hûn dikarin wê bi rastî li seranserê rêzek fireh ji çarçoveyan bicîh bînin.
Rêjeya Sînyal-ber-Deng (SNR) çi ye?
Di bingeha xwe de, rêjeya sînyal-deng têkiliya di navbera hêza sînyalek xwestî û dengê paşxaneyê yê ku wê vedişêre de dipîve.
● Sînyal = agahiyên watedar (mînak, dengek di bangekê de, stêrkek di wêneyekî teleskopê de).
● Deng = guherînên bêserûber û nexwestî yên ku sînyalê xirab dikin an vedişêrin (mînak, statîk, dengê sensorê, destwerdana elektrîkê).
Bi awayekî matematîkî, SNR wiha tê pênasekirin:
Ji ber ku ev rêje dikarin li gorî gelek rêzên mezinahîyê biguherin, SNR bi gelemperî bi desîbel (dB) tê îfadekirin:
● SNR-ya Bilind (mînak, 40 dB): sînyal serdest e, di encamê de agahdariya zelal û pêbawer çêdibe.
● SNR-ya nizm (mînak, 5 dB): deng sînyalê zêde dike, şîrovekirinê dijwar dike.
Çawa SNR-ê Hesab Bikin
Hesabkirina rêjeya sînyala-deng dikare bi astên cûda yên rastbûnê were kirin, li gorî çavkaniyên deng ên ku têne nav kirin. Di vê beşê de, du form dê werin destnîşan kirin: yek ku herika tarî hesab dike û yek ku texmîn dike ku ew dikare were paşguh kirin.
Têbînî: Ji bo zêdekirina nirxên deng ên serbixwe, pêwîst e ku ew di çargoşeyê de werin zêdekirin. Her çavkaniya deng tê çargoşekirin, tê berhevkirin, û koka çargoşe ya tevahî tê girtin.
Rêjeya sînyal-bi-deng bi herikîna tarî re
Ev hevkêşe di rewşên ku dengê herika tarî têra xwe mezin e ku pêdivî bi tevlêbûnê hebe de tê bikar anîn:
Li vir pênasekirina terman e:
Sînyal (e-): Ev sînyala balkêş e di fotoelektronan de, bêyî ku sînyala herika tarî were derxistin.
Sînyala Giştî (e-) dê jimara fotoelektronan di pîksela balkêş de be - ne bi rastî nirxa pîkselê bi yekîneyên astên gewr. Nimûneya duyemîn a Sînyalê (e-), li binê hevkêşeyê, dengê guleya fotonê ye.
Herika tarî (DC):Nirxa herika tarî ji bo wê pîkselê.
t: Dema pêşandanê bi saniyeyan
σr:Deng di moda kamerayê de bixwîne.
Rêjeya sînyalê-deng ji bo herikîna tarî ya bêwate
Di rewşên kurt de (< 1 saniye) demên ekspozasyonê, digel kamerayên sarbûyî û performansa bilind, dengê herikîna tarî bi gelemperî dê ji dengê xwendinê pir kêmtir be, û bi ewlehî paşguh bike.
Li cihê ku term careke din wekî ku li jor hatine destnîşankirin in, ji bilî vê yekê ku sînyala herika tarî ne hewce ye ku were hesibandin û ji sînyalê were derxistin ji ber ku divê ew wekhevî sifirê be.
Sînorkirinên van formulan û şertên wenda
Formulên li hember tenê dê bersivên rast ji bo CCD ûKamerayên CMOSEMCCD û cîhazên bihêzkirî çavkaniyên deng ên zêde didin nasîn, ji ber vê yekê ev hevkêşe nayên bikar anîn. Ji bo hevkêşeyek rêjeya sînyala-deng a bêkêmasîtir ku van û beşdariyên din hesab dike.
Peyveke din a dengî ku bi gelemperî di hevkêşeyên SNR de tê bikaranîn (an jî berê dihat bikaranîn) neyekrengiya bersiva fotoyê (PRNU) ye, ku carinan wekî 'dengiya qaliba sabît' (FPN) jî tê binavkirin. Ev neyeksaniya qezenc û bersiva sînyalê li seranserê sensorê temsîl dike, ku heke têra xwe mezin be, dikare di sînyalên bilind de serdest bibe, û SNR kêm bike.
Her çend kamerayên destpêkê PRNU-ya têra xwe girîng hebû ku pêdivî bi tevlêbûna wê hebe jî, piraniya kamerayên nûjenkamerayên zanistîPRNU-ya wan têra xwe kêm e ku beşdariya xwe ji ya dengê guleya fotonê pir kêmtir bike, nemaze piştî ku rastkirinên li ser panelê têne sepandin. Ji ber vê yekê, naha bi gelemperî di hesabên SNR-ê de tê paşguh kirin. Lêbelê, PRNU hîn jî ji bo hin kamerayan û serîlêdanan girîng e, û ji bo temambûnê di hevkêşeya SNR-ya pêşkeftîtir de tê de ye. Ev tê vê wateyê ku hevkêşeyên hatine peyda kirin ji bo piraniya pergalên CCD/CMOS bikêr in lê divê wekî ku bi gerdûnî têne sepandin neyên hesibandin.
Cureyên Deng di Hesabkirinên SNR de
Hesabkirina SNR ne tenê berhevdana sînyalekê bi nirxek dengî ya yekane ye. Di pratîkê de, gelek çavkaniyên dengî yên serbixwe beşdar dibin, û fêmkirina wan pir girîng e.
Dengê gulebaranê
● Jêder: hatina îstatîstîkî ya foton an elektronan.
● Bi koka çargoşe ya sînyalê pîvanan diguherîne.
● Di wênekirina bi sînorkirina fotonê de serdest e (astronomî, mîkroskopiya flûoresansê).
Dengê Termal
● Jê re dengê Johnson-Nyquist jî tê gotin, ku ji ber tevgera elektronan di berxwedêran de çêdibe.
● Bi germahî û firehiya bandê zêde dibe.
● Di elektronîk û ragihandina bêtêl de girîng e.
Dengê Herikîna Tarî
● Guherîna rasthatî di herikîna tarî de di nav sensoran de.
● Di dema ekspozasyonên dirêj an detektorên germ de girîngtir e.
● Bi sarkirina sensorê kêm dibe.
Dengê Xwendinê
● Dengê ji amplîfîkatoran û veguherîna ji analog bo dîjîtal.
● Ji bo her xwendinê sabît e, ji ber vê yekê di rejîmên sînyala kêm de girîng e.
Dengê Kwantîzasyonê
● Bi dîjîtalîzekirinê (dorvekirin bo astên cihê) tê nasandin.
● Girîng e di sîstemên bit-kûrahiya kêm de (mînak, dengê 8-bit).
Dengê Jîngehê/Sîstemê
● EMI, xaçerêya navber, pêlên dabînkirina hêzê.
● Ger parastin/erdkirin nebaş be, dikare serdest be.
Fêmkirina kîjan ji van serdest e di hilbijartina formula rast û rêbaza kêmkirinê de dibe alîkar.
Xeletiyên hevpar di hesabkirina SNR de
Ji bo texmînkirina rêjeya sînyala deng di wênekirinê de, gelek rêbazên "kurtebir" bi hêsanî têne dîtin. Ev rêbaz an ji hevkêşeyên dijberî kêmtir tevlihev in, an jî dihêle ku wêneyek bi xwe hêsantir were derxistin, ne ku zanîna parametreyên kamerayê yên wekî dengê xwendinê hewce bike, an jî herdu jî. Mixabin, mimkun e ku her yek ji van rêbazan xelet be, û bibe sedema encamên çewt û bêkêr. Bi tundî tê pêşniyar kirin ku hevkêşeyên dijberî (an guhertoya pêşkeftî) di hemî rewşan de werin bikar anîn.
Hin ji kurtebirên derewîn ên herî gelemperî ev in:
1、Berawirdkirina şîddeta sînyalê li hember şîddeta paşxaneyê, di astên gewr de. Ev rêbaz hewl dide ku hesasiyeta kamerayê, şîddeta sînyalê, an rêjeya sînyalê bi deng re bi berhevkirina şîddeta lûtkeyê bi şîddeta paşxaneyê re binirxîne. Ev rêbaz pir xelet e ji ber ku bandora veqetandina kamerayê dikare şîddeta paşxaneyê bi awayekî kêfî destnîşan bike, qezenc dikare şîddeta sînyalê bi awayekî kêfî destnîşan bike, û tu beşdariya deng ne di sînyalê de ne jî di paşxaneyê de nayê hesibandin.
2、Dabeşkirina lûtkeyên sînyalê bi devîasyona standard a deverek ji pîkselên paşxaneyê. An jî, berawirdkirina nirxên lûtkeyê bi dengê dîtbarî yê di paşxaneyê de ku ji hêla profîla xêzê ve tê eşkere kirin. Bi texmîna ku dûrketin bi rêkûpêk ji nirxên berî dabeşkirinê tê derxistin, xetera herî girîng di vê rêbazê de hebûna ronahiya paşxaneyê ye. Her ronahiya paşxaneyê bi gelemperî dê li ser dengê di pîkselên paşxaneyê de serdest be. Wekî din, dengê di sînyala balkêş de, wekî dengê gulebaranê, bi rastî qet nayê hesibandin.
3、Sînyala navînî di pîkselên balkêş de li hember devîasyona standard a nirxên pîkselan: Berawirdkirin an çavdêriya ka çiqas sînyala lûtkeyê li ser pîkselên cîran an çarçoveyên li pey hev diguhere, ji rêbazên din ên kurtebirrê nêzîktir rast e, lê ne mimkûn e ku bandorên din ên ku nirxan dişkînin, wekî guherînek di sînyalê de ku ji deng dernakeve, dûr bixe. Ev rêbaz dikare ji ber hejmarên kêm ên pîkselan di berawirdkirinê de jî ne rast be. Jêbirina nirxa offset jî divê neyê jibîrkirin.
4、Hesabkirina SNR bêyî veguherandina yekîneyên şîddetê yên fotoelektronan, an bêyî rakirina offsetê: Ji ber ku dengê guleya fotonê bi gelemperî çavkaniya herî mezin a deng e û ji bo pîvandinê bi zanîna offset û qezenca kamerayê ve girêdayî ye, ji bo hesabên SNR ne mimkûn e ku ji hesabkirina vegerandina fotoelektronan dûr bikevin.
5、Nirxandina SNR bi çav: Her çend di hin rewşan de nirxandin an berawirdkirina SNR bi çav dikare bikêr be jî, di heman demê de xefikên nediyar jî hene. Nirxandina SNR di pîkselên bi nirxa bilind de dikare ji pîkselên bi nirxa nizm an paşxaneyê dijwartir be. Bandorên naziktir jî dikarin rolek bilîzin: Mînakî, çavdêrên komputerên cûda dikarin wêneyan bi kontrastên pir cûda nîşan bidin. Wekî din, nîşandana wêneyan di astên zoomê yên cûda de di nermalavê de dikare bandorek girîng li ser xuyangê dîtbarî yê deng bike. Ev bi taybetî pirsgirêk e ger hewl were dayîn ku kamerayên bi mezinahiyên pîkselên cîhê tiştan ên cûda werin berawirdkirin. Di dawiyê de, hebûna ronahiya paşxaneyê dikare her hewldanek ji bo nirxandina SNR-ê ya dîtbarî betal bike.
Serlêdanên SNR
SNR metrîkek gerdûnî ye ku bi serîlêdanên berfireh hene:
● Tomarkirina Deng û Muzîkê: Zelaliyê, rêza dînamîk û rastbûna tomarên deng diyar dike.
● Ragihandina Bêtêl: SNR rasterast bi rêjeyên xeletiya bit (BER) û rêjeya derbasbûna daneyan ve girêdayî ye.
● Wênekirina Zanistî: Di astronomiyê de, tespîtkirina stêrkên qels li hember şewqa ezman a paşperdeyê SNR-ya bilind hewce dike.
● Amûrên Tibbî: EKG, MRI, û CT skan ji bo cudakirina sînyalan ji dengê fîzyolojîkî li ser SNR-ya bilind disekinin.
● Kamera û Wênekêşî: Kamerayên xerîdar û sensorên CMOS yên zanistî hem SNR bikar tînin da ku performansê di ronahiya kêm de pîvan bikin.
Baştirkirina SNR
Ji ber ku SNR pîvanek ewqas girîng e, hewlek girîng ji bo baştirkirina wê tê dayîn. Stratejî ev in:
Nêzîkatiyên Hardware
● Sensorên çêtir bi herikîna tarî ya kêmtir bikar bînin.
● Ji bo kêmkirina EMIyê, parastin û erdkirinê bicîh bînin.
● Detektorên sar ji bo tepeserkirina dengê germî.
Nêzîkatiyên Nermalavê
● Ji bo rakirina frekansên nexwestî fîlterên dîjîtal bicîh bînin.
● Navincîkirina li ser gelek çarçoveyan bikar bînin.
● Algorîtmayên kêmkirina deng di wênekirin an jî pêvajoya deng de bikar bînin.
Pixel Binning û Bandora Wê li ser SNR
Bandora komkirinê li ser rêjeya sînyal-deng bi teknolojiya kamerayê û tevgera sensorê ve girêdayî ye, ji ber ku performansa deng a kamerayên komkirî û nekomkirî dikare bi girîngî cûda bibe.
Kamerayên CCD dikarin barkirina pîkselên cîran 'li ser çîpê' berhev bikin. Dengê xwendinê tenê carekê çêdibe, her çend sînyala herikîna tarî ya ji her pîkselê jî dê were berhev kirin.
Piraniya kamerayên CMOS hevberdana derveyî çîpê pêk tînin, yanî nirx pêşî têne pîvandin (dengiya xwendinê tê destnîşan kirin), û dûv re bi awayekî dîjîtal têne berhev kirin. Dengê xwendinê ji bo van hevberdanan bi rêya pirbûna bi koka çargoşe ya hejmara pîkselên berhevkirî zêde dibe, ango bi faktorek 2 ji bo hevberdana 2x2.
Ji ber ku tevgera deng a sensoran dikare tevlihev be, ji bo sepanên hejmarî tê pêşniyar kirin ku dengê offset, qezenc, û xwendinê yê kamerayê di moda komkirî de were pîvandin, û van nirxan ji bo hevkêşeya rêjeya sînyal-bi-deng bikar bînin.
Xelasî
Rêjeya sînyal-deng (SNR) yek ji metrîkên herî girîng di zanist, endezyarî û teknolojiyê de ye. Ji diyarkirina zelaliyê di bangên telefonê de bigire heya tespîtkirina galaksiyên dûr, SNR bingeha kalîteya pergalên pîvandin û ragihandinê ye. Serweriya SNR ne tenê li ser jiberkirina formulan e - ew li ser têgihîştina texmînan, sînorkirin û danûstandinên cîhana rastîn e. Ji vê perspektîfê, endezyar û lêkolîner dikarin pîvandinên pêbawertir bikin û pergalên ku têgihiştinên watedar derdixin jî di şert û mercên deng de sêwirînin.
Dixwazî bêtir fêr bibî? Li gotarên têkildar binêre:
Tucsen Photonics Co., Ltd. Hemû maf parastî ne. Dema îqtibaskirinê, ji kerema xwe çavkaniyê destnîşan bikin:www.tucsen.com
