Che cos’è il rumore nell’elaborazione delle immagini? – Un’introduzione

Se hai mai visto una foto in cui noti particelle di polvere che non fanno parte dell’immagine reale, probabilmente stai vedendo il ‘rumore’ nell’immagine. Ci sono molte ragioni tecniche per cui questo accade. Spesso oscura l’immagine reale e rappresenta la principale causa di degrado della qualità dell’immagine nella trasmissione di immagini digitali.

Questo è dove l’elaborazione delle immagini offre una soluzione robusta. Fornisce una vasta gamma di tecniche di riduzione del rumore, come il filtro spaziale, il filtro di frequenza, il filtro basato sulla trasformazione, il filtro basato sull’apprendimento automatico, ecc.

In questo articolo, esploreremo alcune tecniche chiave che possono essere utilizzate per ridurre il rumore nelle immagini, insieme all’indagine sui principali tipi e cause di rumore nell’immagine. Iniziamo!

Tipi di rumore nell’elaborazione delle immagini

Una simulazione di variazioni di rumore – Mdf, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Fattori che vanno dalle condizioni ambientali al sensore della fotocamera possono introdurre rumore nell’immagine. I quattro principali tipi di rumore che si vedono di solito nelle immagini includono:

• Rumore additivo: Causato da variazioni casuali di luminosità o informazioni di colore in tutta l’immagine. Questo è il tipo più comune di rumore visto nelle immagini.
• Rumore sottrattivo: Causato dalla sottrazione casuale dei valori dei pixel dall’immagine originale, portando a una scarsa qualità dell’immagine, spesso visibile come punti o regioni scure nell’immagine. Il rumore sottrattivo si verifica di solito in condizioni di scarsa luce.
• Rumore moltiplicativo: Causato quando il valore del rumore viene moltiplicato per il valore del pixel originale, spesso risultando in una scarsa qualità dell’immagine intorno alle parti più luminose dell’immagine. Questo è il tipo più difficile di rumore da rimuovere a causa delle significative variazioni dei valori dei pixel.
• Rumore impulsivo: Causato da cambiamenti improvvisi nel valore del pixel che sono visibili come pixel neri e bianchi casuali visti come disturbi netti nell’immagine. È anche noto come ‘rumore di sale e pepe’. Risulta da difetti della fotocamera, errori di trasmissione o raggi cosmici.

Cause del rumore nell’elaborazione delle immagini

Il rumore dell’immagine può derivare da varie fonti, tra cui:

1. Condizioni ambientali: Fattori esterni come una scarsa illuminazione o interferenze elettroniche vicine possono comunemente causare rumore nelle immagini. Possono aggiungere variazioni casuali alle immagini.
2. Rumore del sensore: Eventuali problemi con il sensore utilizzato nelle fotocamere e negli scanner possono aggiungere rumore alle immagini. Ad esempio, in condizioni di scarsa luce, se non si utilizza un sensore di buona qualità, può amplificare il rumore insieme alla luce.
3. Rumore di quantizzazione: Si verifica quando i segnali analogici vengono convertiti in forma digitale, in particolare in immagini ad alto contrasto. Ad esempio, quando si scansiona una fotografia, si vedrà spesso apparire il rumore nell’immagine risultante. Questo è il rumore di quantizzazione che appare dalla digitazione dell’immagine.
4. Rumore di trasmissione: Si verifica quando le immagini vengono trasmesse su canali rumorosi, sia attraverso reti (ad esempio Internet) che su supporti di archiviazione rumorosi (come dischi rigidi).
5. Rumore di elaborazione: Si verifica durante le operazioni di elaborazione delle immagini, come il filtro, la compressione, ecc.

Modelli di rumore nell’elaborazione delle immagini

I modelli di rumore nell’elaborazione delle immagini servono come rappresentazioni matematiche dei diversi tipi di rumore che possono influenzare le immagini. Questi modelli aiutano a comprendere l’insorgenza di diversi tipi di rumore attraverso simulazioni, che a loro volta aiutano a sviluppare strategie per ridurlo.