Sự khác nhau giữa công nghệ giảm nhiễu 2D-DNR và 3D-DNR là gì?

Tóm tắt sự khác biệt cơ bản của 2 công nghệ giảm nhiễu 2D-DNR và 3D-DNR:

• 2D-DNR là công nghệ giảm nhiễu tạm thời trong điều kiện ánh sáng yếu, áp dụng cho phân khúc camera tầm trung (phổ biến). Giá thành thấp. Tuy nhiên 2D-DNR không được rõ nét và vì vậy không áp dụng được cho hình ảnh, video có độ phân giải cao từ 2K trở lên.
• 3D-DNR là công nghệ giảm nhiễu không gian (3D) trong điều kiện ánh sáng yếu, áp dụng cho phân khúc camera cao cấp. Giá thành cao. 3D-DNR có thể khử nhiễu cho các video có độ phân giải cao 2K, 4K… cho hình ảnh mịn màng và sắc nét.

Ghi chú: cả 2 công nghệ đều nhằm mục đích giúp camera quan sát rõ hơn trong điều kiện thiếu sáng (trời tối hoặc ánh sáng yếu).

Công nghệ DNR (Digital Noise Reduction) là gì?

Giảm nhiễu DNR (Digital Noise Reduction) là gì?

Công nghệ giảm nhiễu kỹ thuật số DNR (Digital Noise Reduction) là công nghệ giúp xử lý hình ảnh bị mờ, bị hạt (gọi chung là bị nhiễu) khi camera phải quan sát trong điều kiện ánh sáng yếu.

Khi gặp ánh sáng yếu, bộ khuếch đại trong camera sẽ khuyếch đại ánh sáng để làm rõ hình ảnh. Thật không may việc khuếch đại như vậy sẽ làm cho hình ảnh bị nhiễu hạt và cần phải có bộ lọc để khử nhiễu.

Công nghệ DNR chính là giải pháp cho vấn đề này. Sau khi qua bộ lọc giảm nhiễu kỹ thuật số (digital noise reduction), chất lượng video được cải thiện với 02 ưu điểm chính như sau:

• Tăng cường độ sáng => Giúp hình ảnh sáng và rõ hơn.
• Giảm hiện tượng hạt li ti (tiếng Anh gọi là giảm nhiễu – Noise Reduction) => Tăng cường độ mịn và độ sắc nét (các chi tiết dễ thấy hơn).

Tóm lại, Digital Noise Reduction là công nghệ giảm nhiễu kỹ thuật số thông minh, giúp tăng cường chất lượng hình ảnh khi camera phải quan sát trong môi trường ánh sáng yếu (hoặc không có ánh sáng).

Vì sao gọi là giảm nhiễu kỹ thuật số (Digital)?

Gọi là giảm nhiễu kỹ thuật số là bởi vì công nghệ giảm nhiễu dựa trên thuật toán kỹ thuật số để phân tích, so sánh và loại bỏ nhiễu (khử nhiễu dựa trên  phần mềm được lập trình trong vi xử lý của camera).

Ghi chú: Thuật ngữ DNR còn được một số nơi gọi là Dynamic Noise Reduction với hàm ý đây là công nghệ giảm nhiễu động cho video (khác với các công nghệ giảm nhiễu hình ảnh áp dụng trên máy ảnh, công nghệ giảm nhiễu tĩnh trên phần mềm photoshop…).

Tìm hiểu về công nghệ giảm nhiễu 2D-DNR và 3D-DNR

Hình ảnh camera bị nhiễu khi cố gắng khuếch đại tín hiệu (do ánh sáng yếu):

Trong kỹ thuật chế tạo và sản xuất camera, nhiễu hình ảnh là “hệ quả phụ” không thể tránh khỏi của các bộ khuếch đại trong camera an ninh. Trong điều kiện ánh sáng kém, video hoặc hình ảnh bị nhiễu thường có những đặc điểm như:

1. Ảnh bị nhiễu hạt (video with noise).
2. Ảnh bị hiện tượng “sương mù” (mờ toàn phần).
3. Ảnh bị những đốm mờ cục bộ (lốm đốm mờ).

=> Những vấn đề này làm cho hình ảnh trên camera quan sát không rõ ràng trong điều kiện ánh sáng yếu. Càng cố gắng tăng sáng, càng khuyếch đại tín hiệu thì hiện tượng nhiễu hạt này sẽ càng tăng.

Như vậy:

• Việc làm thế nào để giảm nhiễu video (noise reduction) là một vấn đề lớn của ngành camera quan sát. Điều này rất quan trọng nếu chúng ta cần hình ảnh chất lượng trong điều kiện ánh sáng yếu.
• Hơn nữa, việc giảm nhiễu video càng quan trọng hơn khi ngành camera đang nâng cao độ phân giải (nâng cao chất lượng hình ảnh) lên từ Full HD đến 2K, 4K và còn cao hơn nữa trong tương lai gần. 

Video minh họa công nghệ giảm nhiễu hình ảnh 3D-DNR trên camera

Vì vậy hiện nay có hai thuật toán giảm nhiễu được phát triển để giải quyết vấn đề này, đó chính là:

• Công nghệ giảm nhiễu kỹ thuật số tạm thời 2D-DNR (giảm nhiễu 2D).
• Công nghệ giảm nhiễu kỹ thuật số theo không gian 3D-DNR (giảm nhiễu 3D).

CÔNG NGHỆ GIẢM NHIỄU 2D-DNR

1. Giảm nhiễu 2D-DNR là gì?

2D-DNR (2 Dimention – Digital Noise Reduction) là công nghệ giảm nhiễu tạm thời cho camera khi gặp cường độ ánh sáng yếu, camera quan sát không rõ nên bị nhiễu hạt trong quá trình khuếch đại tín hiệu video.

Công nghệ 2D DNR là gì?

2. Cơ chế hoạt động của công nghệ khử nhiễu 2D-DNR:

Minh họa cơ chế hoạt động của công nghệ khử nhiễu 2D-DNR trên camera quan sát

Công nghệ 2D-DNR sử dụng thuật toán phân tích và so sánh một khung hình với khung hình tiếp theo. Sau đó thuật toán sẽ tìm ra và loại bỏ bất kỳ sự kỳ lạ giữa các khung hình này. Vì vậy tín hiệu hình ảnh và video được giảm độ hạt (tức giảm nhiễu – noise reduction).

3. Ưu điểm của 2D-DNR:

• Công nghệ 2D-DNR hoạt động bằng cách so sánh 02 khung hình liên tiếp của video, xác định những điểm ảnh có khả năng “do nhiễu tín hiệu mà ra”. Sau đó thuật toán sẽ tiến hành loại bỏ các điểm ảnh bị nhiễu này.
• Ưu điểm của 2D-DNR là thời gian xử lý nhanh, không cần camera có bộ xử lý đồ họa mạnh. Giúp hạ giá thành camera quan sát.
• Giá thành camera có 2D-DNR khá rẻ, phổ biến.

4. Nhược điểm của 2D-DNR:

• Công nghệ 2D-DNR là phương pháp giảm nhiễu tạm thời, không xác định hết các điểm nhiễu nên ảnh vẫn còn bị nhiều hạt li ti trong điều kiện thiếu sáng.
• Thuật toán 2D-DNR gần như “bất lực” khi phải xử lý hình ảnh độ phân giải cao, không phù hợp trên các camera có độ phân giải cao hơn như Full HD (2.0MP), 4MP và 8MP.

=> Đây cũng là lý do tại sao công nghệ 3D-DNR được nghiên cứu và phát triển.

5. Hãng camera nào ứng dụng công nghệ giảm nhiễu 2D-DNR trên sản phẩm của mình?

Hiện nay có rất nhiều thương hiệu camera đang ứng dụng công nghệ giảm nhiễu hình ảnh 2D-DNR. Tuy nhiên như chúng tôi đã đề cập, thuật toán giảm nhiễu còn phụ thuộc vào phần cứng (chất lượng camera). Dưới đây là các thương hiệu camera uy tín trên thị trường hiện đang tích hợp tính năng 2D-DNR trên các sản phẩm camera của mình:

• Camera thương hiệu KBVision (Mỹ).
• Camera thương hiệu HIKVision (Trung Quốc).
• Camera thương hiệu Dahua (Đài Loan).

CÔNG NGHỆ GIẢM NHIỄU 3D-DNR

1. Giảm nhiễu 3D-DNR là gì?

Công nghệ 3D-DNR là công nghệ giảm nhiễu không gian (3D) dựa trên việc phân tích nhiều khung hình đồng thời. Thuật toán mới trên 3D-DNR sẽ so sánh các pixel khác nhau và phát hiện ra những điểm ảnh có khả năng bị nhiễu trước khi tiến hành loại bỏ chúng.

Công nghệ giảm nhiễu 3D DNR là gì?

2. Cơ chế hoạt động của công nghệ khử nhiễu 3D-DNR:

Công nghệ 3D-DNR không chỉ so sánh nhiều khung hình liền kề mà thuật toán còn cho phép tự phán đoán những điểm ảnh bị nhiễu dựa trên ma trận điểm ảnh.

Vì vậy công nghệ giảm nhiễu 3D-DNR cải thiện rõ rệt chất lượng hình ảnh, đặc biệt hữu ích cho các dòng camera có độ phân giải cao Full HD (2.0MP), 2K (4.0MP) và cả 4K (8.0MP).

Hình mô tả cơ chế hoạt động của công nghệ khử nhiễu 3D-DNR

Đánh giá công nghệ giảm nhiễu không gian 3D – Digital Noise Reduction (3D-DNR)

Theo quan điểm của chúng tôi, 3D-DNR là một công nghệ xử lý nhiễu hình ảnh rất tuyệt vời.

3. Ưu điểm của công nghệ 3D-DNR:

• Công nghệ giảm nhiễu kỹ thuật số 3D-DNR loại bỏ sự xuất hiện mờ của các hình ảnh ánh sáng yếu, giúp xử lý các vật thể chuyển động mà không để lại vệt mờ chuyển động cả trong điều kiện ánh sáng yếu.
• Thuật toán giảm nhiễu 3D-DNR giúp cho hình ảnh rõ hơn và sắc nét hơn so với hình ảnh không được giảm nhiễu (hoặc giảm nhiễu bằng công nghệ cũ 2D-DNR).
• 3D-DNR giải quyết được bài toán giảm nhiễu cho hình ảnh độ nét cực cao, phù hợp cho các dòng camera cao cấp có độ phân giải cao từ Full HD trở lên.

4. Nhược điểm của công nghệ 3D-DNR:

• Thuật toán 3D-DNR đòi hỏi bộ vi xử lý của camera làm việc nhiều hơn, phân tích sâu và chi tiết hơn.
• Camera cần có bộ vi xử lý đồ họa mạnh mẽ hơn để chạy tốt các thuật toán 3D Digital Noise Reduction. Điều này có thể gián tiếp làm tăng giá thành của camera.
• Thông thường, 3D-DNR chỉ ứng dụng trên các dòng camera quan sát cao cấp (khoảng giá từ 2,5 triệu đồng trở lên).

5. Thương hiệu camera nào đang ứng dụng công nghệ giảm nhiễu 3D-DNR:

Vì 3D-DNR là một công nghệ cao cấp nên cũng chỉ xuất hiện trên các dòng camera phân khúc trung- cao. Dưới đây là một số hãng camera uy tín đã tích hợp công nghệ 3D-DNR “rất mượt” trên các sản phẩm camera cao cấp của mình:

• Camera 3D-DNR hãng KBVision (Hoa Kỳ)
• Camera 3D-DNR hãng HIKVision (Trung Quốc)
• Camera 3D-DNR hãng Dahua (Đài Loan)

Và các các thương hiệu camera thuộc phân khúc rất cao cấp khác như: Sony, Panasonic, Bosch, Axis, Avigilon…

SO SÁNH TÍNH NĂNG GIẢM NHIỄU 2D-DNR và 3D-DNR

1. Những điểm giống nhau

• Đều là các công nghệ giảm nhiễu kỹ thuật số (thực hiện bằng thuật toán).
• Hoạt động trong môi trường ánh sáng yếu và thiếu sáng (giảm nhiễu màu).
• Hoạt động trong điều kiện ánh sáng hồng ngoại (giảm nhiễu đen trắng).
• Tốc độ xử lý khá nhanh.
• Cùng hoạt động tốt trên các camera có độ phân giải 1.0Mp – 2.0Mp (camera Full HD trở xuống).

2. Những điểm khác nhau

Dưới đây là bảng so sánh chi tiết những điểm khác nhau của 02 công nghệ Digital Noise Reduction này:

Sự khác nhau giữa giảm nhiễu 2D DNR và 3D DNR như thế nào

3. Khác biệt cơ bản giữa 2D-DNR và 3D-DNR

Về cơ bản, tuy 02 công nghệ này có cùng mục đích là để giảm nhiễu tín hiệu video (tín hiệu hình ảnh) cho camera quan sát trong điều kiện thiếu sáng nhưng cả hai công nghệ 2D DNR và 3D DNR có cơ chế làm việc hoàn toàn khác nhau.

2D-DNR và 3D-DNR khác nhau như thế nào?

• 2D-DNR: giảm nhiễu dựa vào so sánh khung hình trước với khung hình sau để loại bỏ hạt nhiễu trên hình ảnh => Chất lượng giảm nhiễu không cao, giá thành thấp.
• 3D-DNR: giảm nhiễu dựa vào phân tích 1 chuỗi nhiều khung hình để thiết lập ma trận điểm ảnh => Chất lượng giảm nhiễu sẽ tốt và chính xác hơn rất nhiều, giá thành cao.

Ghi chú: trên thực tế 3D-DNR có thừa kế công nghệ 2D-DNR, tức có phân tích khung hình trước đó để xử lý nhiễu.

4. Hình ảnh so sánh giữa giảm nhiễu 2D-DNR và giảm nhiễu 3D-DNR:

2D-DNR & 3D-DNR trong điều kiện ánh sáng yếu (có màu):

So sánh sự khác nhau 3D DNR và 2D DNR (trong điều kiện thiếu sáng)

2D-DNR và 3D-DNR trong điều kiện đèn hồng ngoại:

So sánh giảm nhiễu 2D DNR và 3D DNR (trong ánh sáng hồng ngoại đen trắng)

Đánh giá & Kết luận

Sự khác biệt chủ yếu:

• Công nghệ 2D-DNR khử nhiễu nhẹ, giá thành vừa phải. Phù hợp khi lắp đặt camera ở phân khúc tầm trung cho gia đình, văn phòng, cửa hàng và chỉ phù hợp cho các dòng camera có độ phân giải từ Full HD trở xuống (các dòng camera có mức giá dưới 2 triệu đồng).
• Công nghệ 3D-DNR là công nghệ khử nhiễu cao cấp. Phù hợp khi lắp đặt camera thuộc phân khúc cao cấp (có mức giá từ 2,5 triệu đồng trở lên) cho gia đình, biệt thự, cửa hàng kinh doanh, công ty có nhu cầu quan sát hình ảnh rõ nét trong điều kiện ánh sáng yếu.

Lợi ích của tính năng chống nhiễu 2D/3D-DNR cho camera quan sát:

• Chất lượng và độ phân giải hình ảnh được cải thiện rõ rệt, khắc phục hiện tượng không quan sát được trong điều kiện ánh sáng yếu.
• Hỗ trợ tốt cho việc phân tích tín hiệu hình ảnh, các tính năng nhận dạng đối tượng, nhận dạng khuôn mặt và các công nghệ mới trên camera quan sát.
• Việc chống nhiễu làm giảm dung lượng và băng thông, giúp công tác lưu trữ và nén dữ liệu được gọn nhẹ hơn, làm giảm độ trễ của hệ thống camera quan sát.
• Khắc phục hiện tượng báo động sai cho video phát hiện chuyển động.
• 2D/3D-DNR hỗ trợ đắc lực cho các công nghệ camera an ninh trong điều kiện thiếu sáng như: công nghệ Starlight, công nghệ Night Breaker trên camera quan sát.
• Là công nghệ nền tảng để phát triển các dòng camera có độ phân giải cực cao như 4K, 6K, 8K trong tương lai gần, đặc biệt là các dòng camera Speed Dome, Night breaker, PTZ…