کاهش نویز (noise reduction) یک فرآیند حذف نویز از سینگال است‌.این سیگنال می‌تواند مربوط به یک تصویر، ویدئو یا یک فایل صوتی باشد.
تمام دستگاه‌های ضبط کردن (recording devices) ویژگی هایی دارند که آن‌ها را در معرض نویز قرار می‌دهد.نویز میتواند بصورت رندوم یا نویز سفید (به سیگنالی گفته می‌شود که در تابع چگالی توان آن ، توان به‌طور یکنواخت در همهٔ فرکانس‌ها توزیع شده ‌باشد) باشد.[1]

۱. مقدمه

هدف از از بین‌بردن نویز‌ها از سیگنال ،بازسازی تصویرِ تحریف شده به حالت اصلی‌ش بر اساس مدل‌های ایده‌آل است که در این پژوهش چگونگی‌ این فرآیند را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

تحریف تصویر میتواند ناشی از موارد زیر باشد :

1. تضعیف تصویر (image degradation) در سنجش محیط :(مثال: آشفتگی تصادفی جوی)

2. تضعیف ناهموار از نویز حسگر

3. تضعیف ناشی از حسگرها : (مثال: حرکت دوربین یا خارج از فوکوس)

4. اِعوِجاج هندسی(geometric distortion) :(مثال: عکس های زمین که توسط یک دوربین در یک ماهواره گرفته شده است.)

روی تصاویر دو عملیات میتوان انجام داد :

1. ارتقاء :
   .استخراج ویژگی های تصویر
   .دشواری در سنجیدنِ عملکرد (Difficult to quantify performance)
   .ذهنی (Subjective) : ساخت یک تصویر برای نگاه بهتر

2. ترمیم :
   .بازسازی تخریب
   .عملکرد را میتوان سنجید.
   .عینی (Objective) : بازیابی تصویر اصلی

منشاء نویزها میتواند از موارد زیر باشد:

1. نویز از حسگرها :
   .مدارهای الکترونیکی (Electronic circuits)
   .سطح نور (Light level)
   .دمای سنسور(Sensor temperature)

2. نویز از محیط :
   .روشنایی (Lightening)
   .اختلال جوی (Atmospheric disturbance)
   .سایر سیگنال های الکتریکی / مغناطیسی قوی (Other strong electric/magnetic signals)

انواع نویز و نمودار آنها :

1. نویز گاوسی[2] (gaussian noise)

2. نویز رایلی[3] (Rayleigh noise)

3. نویز گاما[4] (Gamma noise)

4. نویز نمایی (Exponential noise)

5. نویز یکنواخت (Uniform noise)

6. نویز ضربه ای (Impulse noise)
   

   

ما در این پروژه می خواهیم از الگوریتم‌های موجود برای حذف نویز استفاده کنیم.برای انتخاب یک الگوریتم نکاتی باید مورد توجه قرار‌ بگیرد‌.

• نکات در انتخاب الگوریتم برای کاهش نویز :
  . قدرت کامپیوتر و زمان موجود
  . قربانی کردن برخی جزئیات واقعی قابل قبول است اگر اجازه می دهد نویز بیشتری حذف شود.
  . توجه به ویژگی های نویز و جزئیات در تصویر

در قسمت کارهای مرتبط به روش‌های موجودی اشاره می‌کنیم که دیگران در پردازش تصاویر برای کاهش نویز استفاده کرده‌اند‌.

۲. کارهای مرتبط

• حذف نویز از تصاویر توسط فیلتر کردن : [5]
  نویز تصویر یک اثر جانبی اجتناب ناپذیر است که در اثر ضبط تصویر اتفاق می افتد "نوسانات اجتناب ناپذیر" . در یک دوربین دیجیتال، اگر نور که به لنز وارد می شود با سنسور ناسازگار باشد، نویز تصویر ایجاد می کند.حتی اگر نویز در یک تصویر قابل مشاهده نیست، نوعی نویز تصویری وجود دارد. هر نوع دستگاه الکترونیکی یک سری نویز دریافت و ارسال میکند و به آن چیزی که در حال ایجاد شدن است انتقال میدهد.بنابراین، برای حذف نویز، فیلترها قبل از پردازش مورد نیاز هستند.آنها (فیلترها) انواع مختلفی دارند مثل فیلتر هموارساز خطی ،فیلتر میانه ، فیلتر وینر و فیلتر فازی . در این روش فیلتر کردن سه مورد (R G B) به صورت جداگانه انجام می شود.
  

  

  1. فیلتر هموارساز خطی : برای حذف نوع خاصی از نویز استفاده می شود. فیلترهای متوسط یا گاوس برای این منظور مناسب هستند.فیلترهای خطی همچنین تمایل دارند که لبه های تیز را خنثی کنند، خطوط و سایر جزئیات تصویر را از بین ببرند و در حضور نویز وابسته به سیگنال ضعیف عمل کنند.فیلترهای هموارکننده تصویر رو مات میکنند چون سطوح روشنایی پیکسل‌ها رو با توجه به همسایه‌هایشان تغییر میدهند.در واقع میزان وضوح تصاویر(sharpness) کم میشود.به دلیل این اختلال، فیلترهای خطی فقط در عمل برای کاهش نویز رضایت بخش هستند.

  2. فیلتر میانه : الگوریتم فیلتر میانه به شرح زیر است:
     قدم اول : یک پنجره دو بعدی W به اندازه 3 * 3 را انتخاب کنید. فرض کنید که پیکسل در حال پردازش (C(x، y است. قدم دوم : محاسبه میانگین(Wmed) پیکسل ها در پنجره W . قدم سوم : جایگزینی (C(x، y توسط Wmed . قدم چهارم : مراحل یک تا سه را تکرار کنید تا تمام پیکسل ها در کل تصویر پردازش شوند.
     

     

     
     مزایا : الف) پیاده سازی آسان است. ب) برای خنثی کردن انواع مختلف نویز استفاده می شود.
     معایب : الف) تمایل به حذف جزئیات تصویر در حال کاهش نویز مانند خطوط و گوشه های نازک. ب) عملکرد فیلترینگ میانه در مورد نویز وابسته به سیگنال رضایت بخش نیست. برای حذف این مشکلات، تغییرات مختلف فیلترهای میانه برای نتایج بهتر ایجاد شده است.

۳. آزمایش ها

۴. مراجع

در این پژوهش از یک سری اسلایدها مورد مطالعه قرار گرفته که لینک‌‌های مربوطه را در قسمت مراجع آورده‌ایم.

Slides 1
Slides 2
[1] : Carter,Mancini, Bruce,Ron (2009). Op Amps for Everyone. Texas Instruments. pp. 10–11. [ISBN]
[3] : The Wave Theory of Light", Encyclopedic Britannica 1888; "The Problem of the Random Walk", Nature 1905 vol.72
[4] : Moschopoulos (1985) _The distribution of the sum of independent gamma random variables