为什么超声图像会受到散斑噪声的影响?

信息处理 图像处理 过滤器 计算机视觉 噪音 去噪
2022-02-01 05:02:47

我的第一个问题:

  1. 我想知道为什么图像嘈杂?
  2. 为什么超声波、SAR 和激光......图像是由乘性噪声而不是加性噪声引起的?

另一个问题 :

所以超声图像中的主要噪声是斑点噪声,但我心中的困惑是:

散斑噪声具有乘法性质,数学写作是

(1)f(x,y)=u(x,u)η(x,y)
在哪里f是观察到的图像,η噪音和u散斑(恢复)图像。

但是在一些论文中(如this),带有散斑噪声的扰动图像可以写成:

(2)f(x,y)=u(x,y)+u(x,y)η(x,y)
η是零均值高斯变量,它必须的第一个约束u>0然后模型(2)是高斯分布的特征,所以这是加性噪声的情况

3个回答

成像系统中有很多噪声源。在声纳系统(我工作的领域)中存在一个很大的混响问题,这是一种奇特的说法,即“来自我们不感兴趣的东西的声音。在海上使用声纳时,你会从海面,海床和水量。以音量混响为例,这是水本身(或其中的粒子)将声音返回到接收器。与此相关的最佳方式就像在雾夜。海床和海面可以吸收或反射声能,具体取决于它们的成分(例如海况)。值得注意的是,这会干扰您的声纳图像。

另一个被忽视的噪声源是信号处理本身。你的传感器不会是完美的,并且会很高兴地扭曲它试图测量的现象的幅度和相位。在声学中,您会发现麦克风和水听器将被“调谐”到一定的带宽,并且在这个频率范围之外完全没用。通常,您的模数转换器将具有某种形式的量化误差,其值会吐出。它根本没有代表现实世界测量所需的无限精度。在我们离开这个主题之前,我们应该意识到任何电子设备都会受到来自其环境的干扰(例如感应、辐射、糟糕的设计)。将所有这些加在一起,您就可以估算出所谓的“本底噪声”

一旦进入数字世界,您的样本值就不会受到额外噪音的影响。但是等等还有更多。在声学中,您需要电动控制阵列并在空间上过滤传入信号(从不同方向看)。这也称为波束成形。波束成形的基本原理是对接收到的信号应用延迟,然后将它们加在一起。利用建设性和破坏性干扰的强大功能,可以消除不相干信号,并强调相干信号。这也不是完美的,因为空间衰减的程度取决于许多因素(例如阵列长度和元件间距)。值得指出的是,处理的这一方面在精度有限的数据类型上具有相当多的算术功能。通常它'

有很多因素,答案可能非常模棱两可,我将告诉你一个例子:在一个简单的数码相机中,你有一个传感器矩阵,用于在它的数字样本中转换观察到的空间,传感器能够接收红光、绿光、蓝光,在某些情况下还有白光,一个像素由这些传感器组合而成,并且光束与传感器的到达比例不同,实际上是到达光束的正态分布应该在每个传感器上。这可以在非移动场景的视频中得到体现,如果您仔细观察,您会看到一些像素如何以嘈杂的方式改变其颜色。

由于这种简单的效果存在于一个简单的相机中,您可以想象其他类型的传感器存在哪些问题。在超声中获取图像也是同样的原理,有一个传感器矩阵来收集一些信息,这些信息是受观察区域组织影响的反射声,被观察区域的声音等等很多东西.

这些是简单的示例,您可以了解图像嘈杂的原因。如果您对更多信息感兴趣,请查看图像提取技术,但请始终记住,有很多事情可能会干扰提取过程,并考虑哪些可能是这些伪影。

在雷达系统中,您有加性噪声和散斑。加性噪声通常是加性热噪声。在加性噪声的情况下,您可以通过简单地增加发射信号功率来提高 SNR——您是否可以为您的系统实际做到这一点是另一回事。

在乘性噪声的情况下,增加发射信号功率不会提高 SNR,因为噪声与发射信号功率成比例增加。例如,参见另一篇文章中提到的 Sonar 中的混响问题。

在雷达中,散斑是由分辨率单元中存在大量单独的散射体引起的(分辨率取决于合成孔径系统中的脉冲带宽和孔径长度)。考虑以 1m 的分辨率查看一片草地——由于存在许多单独的草叶——结果会不连贯地添加并产生所谓的斑点。如果我们增加发射功率,草只会将更多的能量反射回接收器,它们仍然会不连贯地添加,因此您不会看到信噪比有任何改善。

在您给出的示例中,噪声功率与信号的 sqrt 成正比,因此噪声的方差(假设噪声为零均值)与信号电平成正比 - 但方差是噪声功率的量度。让我们说一下信号中的功率u=1和方差η=1IEE(η2)=1, 所以信噪比=1/1.

如果我们按比例缩放输入信号A那么,在你给出的模型下,信号功率是A2但噪声功率是E(Aη2)=AE(η2)=A. 因此新的 SNR =A2/A=A所以SNR有一些改善。但在附加热噪声的情况下,改进本来是A2因为附加热噪声的功率不受信号功率的影响,即它们是独立的。

所以你的例子是两个极端之间的混合体。供您参考的另一个乘性噪声示例是本地振荡器、ADC 等时钟中的相位噪声。