Ruido de la imagen de la cámara médica
Ruido de la imagen de la cámara médica
El ruido de la imagen es una variación aleatoria del brillo o la información del color en las imágenes y, por lo general, es un aspecto del ruido electrónico. Puede ser producido por el sensor de imagen y los circuitos de un escáner o cámara digital. El ruido de la imagen también puede originarse en el grano de la película y en el inevitable ruido de disparo de un detector de fotones ideal. El ruido de la imagen es un subproducto indeseable de la captura de imágenes que oscurece la información deseada.
El significado original de "ruido" era "señal no deseada"; Las fluctuaciones eléctricas no deseadas en las señales recibidas por las radios AM causaron ruido acústico audible ("estático"). Por analogía, las fluctuaciones eléctricas no deseadas también se denominan"ruido".
El ruido de la imagen puede variar desde manchas casi imperceptibles en una fotografía digital tomada con buena luz, hasta imágenes ópticas y radioastronómicas que son casi en su totalidad ruido, de las cuales se puede derivar una pequeña cantidad de información mediante un procesamiento sofisticado. Tal nivel de ruido sería inaceptable en una fotografía ya que sería imposible incluso determinar el sujeto.
Ruido Tipos
1.Ruido gaussiano
Las principales fuentes de ruido gaussiano en imágenes digitales surgen durante la adquisición. El sensor tiene ruido inherente debido al nivel de iluminación y su propia temperatura, y los circuitos electrónicos conectados al sensor inyectan su propia parte del ruido del circuito electrónico.
Un modelo típico de ruido de imagen es gaussiano, aditivo, independiente en cada píxel e independiente de la intensidad de la señal, causado principalmente por el ruido de Johnson-Nyquist (ruido térmico), incluido el que proviene del ruido de reinicio de los condensadores ("ruido kTC"). El ruido del amplificador es una parte importante del"leer ruido"de un sensor de imagen, es decir, del nivel de ruido constante en las áreas oscuras de la imagen. [5] En las cámaras a color donde se usa más amplificación en el canal de color azul que en el canal verde o rojo, puede haber más ruido en el canal azul. [6] Sin embargo, en exposiciones más altas, el ruido del sensor de imagen está dominado por el ruido de disparo, que no es gaussiano y no es independiente de la intensidad de la señal. Además, hay muchos algoritmos de eliminación de ruido gaussianos.
2.Ruido de sal y pimienta
Imagen con ruido de sal y pimienta
Cola de grasa distribuida o "impulsivo"El ruido a veces se denomina ruido de sal y pimienta o ruido de picos. Una imagen que contenga ruido de sal y pimienta tendrá píxeles oscuros en las regiones brillantes y píxeles brillantes en las regiones oscuras. [9] Este tipo de ruido puede ser causado por errores del convertidor de analógico a digital, errores de bit en la transmisión, etc. [10] [11] Se puede eliminar principalmente mediante el uso de la resta de fotogramas oscuros, el filtrado de la mediana, el filtrado combinado de la mediana y la media y la interpolación alrededor de píxeles oscuros / brillantes.
Los píxeles muertos en un monitor LCD producen una pantalla similar, pero no aleatoria.
3.Disparo
El ruido dominante en las partes más brillantes de una imagen de un sensor de imagen es típicamente el causado por fluctuaciones cuánticas estadísticas, es decir, variación en el número de fotones detectados a un nivel de exposición dado. Este ruido se conoce como ruido de disparo de fotones. [6] El ruido de disparo tiene un valor cuadrático medio proporcional a la raíz cuadrada de la intensidad de la imagen, y los ruidos en diferentes píxeles son independientes entre sí. El ruido de disparo sigue una distribución de Poisson, que, excepto a niveles de intensidad muy altos, se aproxima a una distribución de Gauss.
Además del ruido de disparo de fotones, puede haber ruido de disparo adicional de la corriente de fuga oscura en el sensor de imagen; este ruido a veces se conoce como"ruido de disparo oscuro"[6] o "ruido de disparo de corriente oscura". La corriente oscura es mayor en"píxeles calientes"dentro del sensor de imagen. La carga oscura variable de los píxeles calientes y normales se puede restar (usando"resta de marco oscuro"), dejando solo el ruido de disparo, o componente aleatorio, de la fuga. Si no se realiza la resta de fotogramas oscuros, o si el tiempo de exposición es lo suficientemente largo como para que la carga de píxeles calientes exceda la capacidad de carga lineal, el ruido será más que solo ruido de disparo, y los píxeles calientes aparecerán como ruido de sal y pimienta.
4.Ruido de cuantificación (ruido uniforme)
El ruido causado por la cuantificación de los píxeles de una imagen detectada a varios niveles discretos se conoce como ruido de cuantificación. Tiene una distribución aproximadamente uniforme. Aunque puede ser dependiente de la señal, será independiente de la señal si otras fuentes de ruido son lo suficientemente grandes como para causar dithering, o si se aplica explícitamente el dithering.
5.Grano de película
El grano de la película fotográfica es un ruido dependiente de la señal, con una distribución estadística similar al ruido de disparo. Si los granos de película están distribuidos uniformemente (igual número por área), y si cada grano tiene una probabilidad igual e independiente de convertirse en un grano plateado oscuro después de absorber fotones, entonces el número de tales granos oscuros en un área será aleatorio con un binomio. distribución. En áreas donde la probabilidad es baja, esta distribución estará cerca de la distribución clásica de Poisson del ruido de disparo. A menudo se utiliza una distribución gaussiana simple como modelo suficientemente preciso.
El grano de la película se suele considerar como una fuente de ruido casi isotrópica (no orientada). Su efecto empeora porque la distribución de los granos de haluro de plata en la película también es aleatoria.
6 ruido anisotrópico
Algunas fuentes de ruido aparecen con una orientación significativa en las imágenes. Por ejemplo, los sensores de imagen a veces están sujetos a ruido de fila o de columna.
7.Ruido periódico
Una fuente común de ruido periódico en una imagen es la interferencia eléctrica o electromecánica durante el proceso de captura de la imagen. [8] Una imagen afectada por ruido periódico se verá como si se hubiera agregado un patrón repetido encima de la imagen original. En el dominio de la frecuencia, este tipo de ruido puede verse como picos discretos. Se puede lograr una reducción significativa de este ruido aplicando filtros de muesca en el dominio de la frecuencia. [8] Las siguientes imágenes ilustran una imagen afectada por ruido periódico y el resultado de reducir el ruido mediante filtrado en el dominio de la frecuencia. Tenga en cuenta que la imagen filtrada todavía tiene algo de ruido en los bordes. Un filtrado adicional podría reducir este ruido de borde, sin embargo, también puede reducir algunos de los detalles finos de la imagen. La compensación entre la reducción de ruido y la preservación de los detalles finos es específica de la aplicación. Por ejemplo, si los detalles finos del castillo no se consideran importantes, el filtrado de paso bajo podría ser una opción adecuada. Si los detalles finos del castillo se consideran importantes, una solución viable puede ser recortar el borde del castillo.
