خواندنی ها+برق، قدرت، کنترل، الکترونیک، مخابرات، کامپیوتر، مهندسی پزشکی، ابزار دقیق، الکتروتکنیک، هوش مصنوعی، آی تیIT(فناوری اطلاعات)، مکاترونیک، رباتیک، فتونیک، اویونیکAvionic، فیزیک


دایره المعارف برق(اطلاعات عمومی برق)iman.sariri@yahoo.com

نویز چیست؟

در زندگی روزانه  نویز(noise) به صدایی ناخواسته و بلند گفته می شود که هیچ نظم موسیقی نداشته باشد  در دورانی که ارتباط رادیودیی وجود داشت ، نویز “هر سیگنال الکتریکی که باعث مختل کردن ارتباط رادیودیی می شود ” تغریف شد . ( برگرفته از فرهنگ لغت وبستر). این نوع نویز قبل شنیدن بود ؛ مانند نویزی که در گوشی ها می شنویم .
در یک تعریف کلی تر ، به هر نوسانو تغییر غیر عمدی که بر روی سیگمال های مورد اندازه گیری ظاهر می شود ،نویز گفته می شود . هر کمیتی می تواند نویز بپذیزذ . در مدار های الکتریکی ما با  نویر وتاژ و نویز جریان یر و کار داریم ؛ این نویز ناشی از تغیرات گرمایی و تاثیر آنها بر روی حامل های الکترونیکی است . در ناحیه رادیو و میکرو ویو  ما با نویز های الکترو مغناطیسی سر و کار داریم . نویز هایی که ناشی از  گرما یا تابش وتون های کم انرژی است .  ولی نویز می تواند به تغییرات غیر عمدی کمیت های دیگری نیز باشد . مانند ترافیک در اتوبان ها( مثال بارزش اتوبان های تهران که اصلا همش نویز هست!)یا ریتم قطره های ا بر روی سقف .
نویز در همه جا حضور دارد ؛ هرجا که کسی سیگنالی را بخواهد اندازه گیری کند ، حتما یک نوع نویز بر روی آن می افتد . هر آزمایش دقیق و با کیفیت بالا که در دنیای فیزیک  انجام می ود ، به کار زیادی نیاز دارد تا بتوان نویز محیط را پیش بینی و همچنین به طرقی تاثیر آن را کم کرد. اهمیت تحلیل نویز وقتی کاملا نمایان می شود که یک فرد متوجه بشود که کیفیت سیگنا انازه گیری شده به وسیله ی مقدار مطلق انرژی سیگنال  تعیین نمی شود  بلکه از نسبت سیگنال به نویز  تعینن میشود . نتیجه تحققات نشان می دهد که بهترین روش برای بهبودی نسبت سیگنال به نویز ، کاعش نویز است نه افزایش قدارت سیگنال .
نویز تصادفی طبق تعریف ، غر قابل کنترل است و مقدار دقیق آن در آزمایش های مختلف با هم فرق دارد.  پس بهتر است که به صورت آماری نشان داده شود .
نویز تصادفی است و معمولا توزیع آن را توزیع گاوسی در نظر می گیرند( البته این توزیع معمولا در نظر گرفته می شود ولی در شرایط متفاوت ممکن است توزیع های متفاوتی در نظر  گرفته شوند ) . تصادفی بودن نویز  باعث می شود که میانگین آن صفر شود . پس برای توصیف آن از مقادیر توان دو آن استفاده می شود .  مقدار موثر نویز از جذر میانگین مربعات آن بدست می آید .(rms) .البته این پارامتر هیچ اطلاعاتی در مورد نتغیر با زمان بودن نویز و یا  اجزای فرکانسی آن نمی دهد .
لازم است تغییر پذیری با زمان را برای نویز تعریف کنیم . نویزی را ایستا می گوییم ( نا متغیر با زمان ) که ویژگی های آماری آن با زمان تغییرنکند. به طور مثال واریانس و یا مقدار موثر  آن با زمان تغییر نکند .

در شکل های فوق ، شکل سمت جپی نویزی مستقل از زمان را نشان می دهد ( چون با زمان تغییراتی در انرژی آن (که توان دو آن سیگنال است ) رخ نداده ولی در عوض شکل سمت راستی تغییر پذیر با زمان است. ( ابتدا مقدار زیادی دارد ولی با گذشت زمان تغییر میکند .

در سیستم هایی که چند منبع نویز وجود داشته باشد  نویز کلی می تواند به شورت مجموع نویز های مختلف نوشته شود . اگر این نویز ها مستقل از یکدیگر باشند می توان مقدار موثر را به صورت جمع مقدار های موثر تک تک منابع نویز نوشت . ( نویز هایی مستقل هستند که میانگین حاصلضزب دو به دوی نویز ها صفر شود )

یکی از پارامتر هایی که در بررسی نویز تعریف می شود ، چگالی طیفی نویز است  .  تعریف این پارامتر در زیر آمده است .

در رابطه ی فوق ، N نشان دهندهی نویز ( که ممکن است بعضی اوقات از جنس ولتاژ باشد که اینجا اینطور فرض شده ) مقدار صوزت میانگین مجذور نویز است ( که ارتباطی نزدیک با انرژی نویز دارد ) .  مخرج هم تغییرات فرکانس
این ربطه نشانمی دهد که اگر در بازه ای خاص بین f1 و f2 انتگرال بگیریم ، انرژی در آن بازه ی خاص به دست می آید .
این عبارت را می توان انرژی نویز به ازای هر فرکانس نامید . یعنی وقتی که از این عبارت در بازه ی خاصی اندازهگیری ی شود ، انرژی در آن بازه بدست می آید .

ادامه ی این مقاله در ادامه ی مطلب

انواع نویز :
نویز بر اساس تغییرات زمانی و فرکانسی خود بیشتر مشخص می شوند . در شکل زیر نویز را بر اساس چگالی طیفی نویز ( که بر اساس فرکانس است) رسم شده است.
نویز هایی که در زیر آمده است ، معمول ترین نویز های موجود هستند :
۱-   نویز سفید طیفی ( یا در واقعیت ، نویز صورتی )
۲-   آشفتگی هارمونیک ها
۳-   نویز ۱/f
4-   رانش

در اینجا ، منبع هر کدام از نویز ها مورد بررسی قرار می گیرد و مهمترین نویز ، نویز سفید ، بیشتر تاکید می شود .
نویز سفید طیفی طبق تعریف به نویزی گفته می شود که طیف چگالی آن به فرکانی بستگی نداشته باشد .( مقدار ثابتی باشد ). البته این یک تعریف ایده ال است چون اگر از یک عدد ثابت نسبت به فرکانس انتگرال بگیریم ، واریانس نویز ( یا همان انرژی نویز ) بی نهایت به دست می اید . در سیستم های هایی که بیشتر مورد بررسی قرار می گیرند ، نویز عملا سسفید نیست بلکه “صورتی ” است .به این معنا که داری فرکنس قطع می باشد . این فرکانس قطع باعث می شود که واریانس نویز محدود شود . در سیستم های  کاربردی ، به اندازهی کافی بزرگ است و مقدار چگالی طیفی آن به اندازه ی کافی ثابت است تا مدل نویز سفید را راضی کند . نویز سفید طیفی یکی از بنیادی  ترین و فیزیکی ترین نویز ها در لیست بالا است .
بیشتر نویز های فوق را می توان ( به طور کلی) با استفاده از طراحی های زیرکانه برداشت ولی محدودیت های بنیادی نویز فید آن را محدود می کند . نویز سفید به ذو صورت ظاهر می شود : نویز دمایی و اثر ساچمه ای .
آشفتگی های هارمونیکی واقعا نویز های تصادفی نیستند بلکه آشفتگ هایی هستند که از منابع نزدیک گرفته میشود ( یا اصطلاحا نویر از طریق منابع نزدیک روی سیستم افتاده است ).این نویز ها می توانند به وسیلهی طراحی های مناسب حذف بشوند .ترفند های که برای حذف این نویز استفاده  می شوند  عبارتند از : پوشش،زمین کردن مناسب ، کاهش حساسیت سیستم به نویز گرفتن .از آنجایی که آشفتگی ها ی هارمونیکی دارای فرکانس های مشخصی هستند ، باعث ایجاد نوسانات غیر میرا در سیگنال و ایجاد ضربه در طیف فرکانسی می شوند .این رفتار تکین باعث میش ود که نوع آنها با نویز های دیگر فرق کند.( توی آزمایشگاه ها ی نالکتریسیته ، کی توان نویز برق شهر را بر روی اسیلوسکوپ مشهاده کرد . فقط کافی است دو دست خود را به ورودی های اسکوپ وصل کنید ؛ چون بدن مثل آنتن عمل میککند و این نویز  را که در فضا پر است را می گیرد.)
ار روی نویز اسم نویز ۱/f می توان فهمید که رفتار آن چگونه می تواند باشد .چگالی طیفی این نویز با آهنگ ۱/f کاهش پیدا می کتذ . این نویز در وسایل نیمه رسنا حضور دارد و عموما به ” دام های ژرف (deep traps) ” نسبت داده می شود ؛ این دام های ژرف   باعث می شوند که حامل ها برای مدتی به دام بیفتند  . البته مکانیزم ایجاد این نویز همیشه مشخص نیست . در نتیجه ی ااین دام های ژرف و کند . ویژگی های وسیله با زمان به صورت کندی تغییر میکنند و این کندی تغییر یعنی در فرکانس های پایین این نویز دارای بیشترین انرژی می باشد . قدرت نویز ۱/f بستگی به نحوه ی تولید دارد  از وسیله ای به وسیلهی دیگر متفاوت است . برای یک وسیله ی نیمه هادی ، جایی که قدرت نویز ۱/f  با نویز سفید برابر می شود  در یک بازه ی بزرگ ۱هرتز تا ۱۰۰ کیلو هرتز است .
کمی قبل تر گفتیم که نویز بدون هیچ مقدار ثابتی است یعنی مقدار میانگین آن صفر است . _N(t)_ = 0. ولی باید گفت که این جمله همیشه درست نیست . در بعضی سیستم ها مقدار ثابت نمودار با  زمان تغییر میکند ( برای دوستانی که با تبدیل و سری فوریه آشنایی ندارند باید توضیح بدهم که در بسط دادن یک سیگنال به صورت سینوسی و یا نمایی ، مقداری ظاهر می شود که آن مقدار ثابت منحنی می گویند . این مقدار ثابت نشان دهنده ی میانگین نمودار است  و می توان برای شکلهای متقارن گفت که نمودار روی آن سوار می شود . مثال: یک موج سینوسی که به جای حرکت رو ی محور x  ها روی مقدار  y=1 حرکت م کند ). وقتی که این مقادیر ثابت به صورت خطی  و ثابتب تغییر می کنند ، به آن رانش گفته میشود .البته این جمله ممکن است کمی بی معنا باشد ولی می توان گفت که این نویز دارای فرکانس بسیار پایین است؛ چون تبدیل فوریه یک تابع با شیب ثابت یک چیزی شبیه مشتق تابع ضربه در اطراف صفر است   . بهتر است واژ ه ی رانش برای  نویز هایی گفته شود که در طول زمان دارای تغییرات خطی هستند چون در صورت بروز تغییرات تبدیل فوریه ی آن دارای فرکانس هایی خواهد بود که غیر از فرکانس صفز است .

در اینجا به عوامل ایجاد کننده ی نویز های مختلف اشاره می کنیم:
نویز دمایی :
همانطور که گفته شد نویز سفید ، یبنیادترین نویز است و لیاین حرف باید  باید کامل  شود؛ نویز سفید با منشا دمایی این ویژگی را دارد . نویز دمایی که بعضی اوقات نویز جانسون هم گفته میشود یک نتیجه ی طبیعی از نظریه ی نوسان-اتلاف است . این نظریه بیان می کند که هر المان اتلاف کننده انرژی نوساناتی خود به خود متناسب با قدرت اتلاف  المان هنگامی که تحت یک میدان خارجی است ، ایجاد می کند .( یک ذره نا مفهوم هست ، نه؟). منشا فیزیکی  نوسانات و اتلاف کوپلاژ و اتصال بین المان و محیط اطراف است . یک اتصال قوی باعث ایجاد اتلاف زیاد و در نتیجه نوسانات زیادی می شود . در فرکانس هایی کمتر از f << kT/h, که در آن k  ثابت بولتزمن ،  h  ثابت پلانک و T  دمای محیط است مقدار انرژی طیفی نوسانات دمایی  ثابت و مقدار آن متناسب با دما است . به همین خاطر به آن نویز سفید دمایی گفته میشود .( چون مقدار ثابتی دارد ).
یک مثال از نویز دمایی نوسانات  ولتاژ در مقاومت است . در حضور یک میدان خارجی مقدار اتلافی که وجود دارد برابر با V^2/R است . وقتی که میدان خارجی وجود نداشته باشد و همان اتم ها و الکترون هایی که در حضور میدان باعث ایجاد گرما می شدند ، با هم برخورد می کنند ولی این بار یک ولتاژ بیمن دو سر اتصال مقاومت ایجاد می کنند ( به دلیل تغییرات در چگال الکترون ها در دو طرف مقاومت ) . واریانس این تغییرات ولتاژ برابر است با : ۴kTRΔf که با تقسیم کردن آن بر فرکانس چگالی طیفی نویز به دست می آید . در دمای اتاق ، برای یک مقاومت ۱k در یک پهنای باند یک مگاهرتر تغییرات ولتاژ ۰٫۹ میکرو ولت بدست می آید .  یعن می توان گفت که تغییرات ولتاژ در حد ۱ میکرو ولت خواهد بود .

نویز یا اثر ساچمه ای (Shot noise)
اثر ساچمه ای زمای اتفاق می افتد که یک یر المان ها ی گسسته از یک مانع به صورت غیر مستقل عبور می کنند . مدل اثر ساچمه ای ،  جریان آبی است  که در اثر برخورد باران با سقف  بوجود می آید . باران شامل قطراتی است  که که کم و بیش به صورت مستقل   برخورد می کنند . این قطرات در جریان آب به صورت بی قاعده  اثر می گذارند و مقدار آن را در لحظاتی زیاد می کنند . قطرات ، یا بهتر از ان تگرگ ، در هنگام برخورد با سقف صدا ایجاد می کنند . این صدا همان اثر ساچمه ای یا Shot noise  است . مثال های دیگری از اثر ساچمه ای عبارتند از : الف) تغییرات در  جریان الکتریکی تولید شده توسط  الکترون ها  از کاتد و ب) تغییرات در شار نوری تولید شده توسط فوتون ها  در هنگتم بر خورد با یک ماده ی حساس به نور .

در زیر  نشان می دهیم که نوسانات اجاد شده توسط  اثر ساچمه ای در تمام فرکانس ها پخش می شود . (البته تا یک فرکانس قطع  معین) . این فرکانس قطع ، با عکس زمان تداوم  هر کدام از برخورد ها  را بطه ی مستقیم دارد ؛ به عبارت دیگر ، اثر ساچمه ای از نظر طیفی سفید است ، همانطور که نویز  گرمایی هم سفید است . در یک جریان الکتریکی ، نویز ساچمه ای  ار رابطه ی زیر بدست می آید :
Si(f) = 2qi0 [A2/Hz]

که در آن i0 مقدار میانگین جریان است  q  هم با ر یک الکترومن است .
. یک مطلب دیگر در مورد نویز سامه ای این است که  هر المان ( کوانتا) به صورت نا همبسته ( uncorrelatd) وارد می شود . هنگامی که  همبستگی رخ می دهد ، مقدار  نویز ( طبق قاعده )  از مقدار حدی نویز ساچمه ای پایین می آید . به عنوان مثال در یک مقاومت ، نوسانات موجود در جریان  به دلیل  همبستگی بار های حامل بوجود می آید ( همدیگر را لمس می کنند ) . مقاومت از خود نویز ساچمه ای نشان نمی دهند . نمونه های دیگری از نویز ساچمه ای که دارای همبستگی می تواند باشد  : الف) ن.سانا در جریان کاتدی به دیلی وجود بار های موجود  در فضا است  ب)  تغییرات در شدت لیزر ها  هنگامی مه لیزر در منطقه ای بیشتر از  آستانه ی خود کار می کند .

نویز ۱/f ( نویز صورتی )
همه ی سیستم ها دارای نویز سفید می باشند .  ولی بعضی سیتم های کاربردی علاوه بر آن نویز  توسط  نویز هایی با فرکانس پایین نیز آلوده شده اند .  وقتی که ای نویز  طوری باشد ه با شد که مثدار انرژی طیفی آن با  نرخ ۱/f کاهش پیدا بکند ، گوییم که نوع نویز ۱/f  است ( نویز ضورتی ) .  اهمیت  نویز ۱/f  در فرکانسی  به نام فرکانس گذار مش خص می شود : در فرکانس هاس زیر ای فرکانس نویز صورتی و در فرکان سها بالا یاسن فرکانس نویز سفید غالب است .
نویز ۱/f  ی تواند در آزمایشات خیی مزاحم باشد . در مواد نیمه هادی ،منشا این نویز ها ، ناخالصی هایی است که  در هنگانم ساخت وارد ماده می شود ( نه آن ناخالصی که با عث ایجاد n و P  می شو د .) این ناخالصی ها بیشتر بر روی سط ح نیمه هادی رخ می دهد تا درون آنها به همین دلیل موادی که دارای سطوح زیاد ی هستند ، بیشتر از این نویز رنج می برند ( مثل MOSFET ها ) . با پیشرفت تکنو لوژی این نویز ممکن است آن قدر کم  شود به طوری که بتوان از آن صرف نظر کرد.

معرفی  EMG :

جریانهای  الکتریکی  کوچکی  هستند که توسط فیبر های عضلانی به منظور فراهم کردن نیروی لازم عضلانی تولید می شوند. این جریانان به وسیله تبادلان یونی که در فسطوح فیبر های ماهیچه ای صرت می گیرد تولید می شوند . این سیگنال های که الکترومیوگرام (EMG) نامیده می شوند را می توان ازطریق قرار دادن المان های رسانا یا الکترود ها بر روی سطح پوست و یا به طور تهاجمی از طریق قرار دان در داخل فیبر ماهیچه ای اندازه گیری کرد .
اندازه گیری EMG به صورت سطحی از روی پوست به تعدادی از عوامل و دامنه سیگنال سطحی (sEMG)-  که در رنج میکرو ولت تا چند میلی ولت تغییرات دارد – بستگی دارد .دامنه و فرکانس مشخصه سیگنال های EMG را می توان به عوامل زیر مرتبط دانست :
•   مدت زمان وقدرت انقباضی ماهیچه ها
•   فاصله الکترود های ماهیچه های فعال
•   مشخصه و خاصیت بافت های سطحی
•   جنس و مشخصه الکترود ها
•   اتصال مناسب بین الکترود و پوست
در اکثر موارد اطلاعاتی که در مورد مدت زمان و قدرت انقباض عضله می باشند بسیار مطلوب هستند. بقیه عوامل مانده فقط موجب نامطلوب تر شدن تغییرات در در ثبت EMG می شوندو موجب می شوند که تجزیه وتحلیل نتایج بسیار دشوار گردد. با وجود این روش های وجود دارد اثرات آن عوامل غیر عضله ای که بر روی سیگنال EMG تغییرات ایجاد می کنند کاهش داد:
•   استفاده از الکترود ها و تقویت کننده های همسان ( به طور مثال اصلاح مشخصه های اطلاعات در پارامتر های سیگنال در خط انتقال از طریق اصحیح خصوصیات فاز و دامنه تقویت کننده های )
•   اطمینان از همنواختی اتصال بین الکترو دها و پوست
از این طریق می تواند با جابجای پی در پی الکترود های در نواحی مختلف پوست میزان تغییرات ناخواسته در رنج EMG را کاهش داد .علاوه بر این روش های برای نرمالیزه کردن سیگنال EMG در درون و بین الکترود ها و عضله استفاده کرد. تعداد بسیار زیادی از اطلاعات مهم مرتبط با ثبت و فراگیری و انالیز سیگنال های sEMG را می توانید از طریق رفت به آدرس زیر کسب کنید :

(www.rrd.nl/projects/content/file_100.htm) (Freriks and Hermens, 2000).

اندازه گیری و نتایج درست تا حد زیادی به مشخصه ی الکترود ها و تعامل متقابل ان با پوست – نوع طراحی تقویت کننده و تبدیل سیگنال ها از آنالوگ به دیجیتال (A/D ) وابسته است. کیفیت سیگنال EMG اندازه گیری شده به طور معمول به صورت نسبت سیگنال ثبت شده به نویز ناخواسته از محیط بیان می شود. هدف افزایش دامنه و متقابلا کمتر کردن مقدار نویز وارده است .
در ادامه مقاله بیشتر بر روی عوامل موثر برمشخصات سیگنال EMG و تاکید بر مکانیسم افزایش دقت درسیگنال sEMG صحبت خواهد شد. برای کسب اطلاعات جزئی تر به بخش EMG کتاب زیر رجوع کنید :

“Acquisition, Processing and Analysis of the Surface Electromyogram
 
منابع نویز :

قبل از اینکه ما بخواهیم روش های خود بر روی راه های حذف نویزهای ناخواسته گسترش دهیم باید منابع ایجاد نویز را به خوبی بشناسیم. دو نوع نویز به نام های زیر شناخته شده اند :
نویز محدود شده (Ambient Noise ):
نویز محدود شده (Ambient Noise ) بوسیله وسایل الکترو مغناطیسی مانند رایانه و خطوط سیم برق و … تولید می شود. اصلا می توان گفت هر وسیله ای که به برق AC متصل شده است روزنه ای برای خروج نویز محدود شده است. این نوع نویز دارای محدوده ی فرکانسی گسترده ای است اما فرکانس های غالب در ان بین ۵۰ تا ۶۰ هرتز که فرکانس برق AC  شهری است می باشند.
نویز دستگاه مبدل ( transducer noise ):
این نوع نویز در اتصال الکترود – پوست ناشی می شود. الکترود ها می خواهند جریان یونی که در ماهیچه ها تولید شده است به جریان الکتریکی تبدیل کنند که بتواند وارد مدارات الکترونیکی شود و بتواند در مدارات انالوگ یا دیجیتال به عنوان پتانسیل الکتریکی ذخیره گردد.در این هنگام دو نوع نویز می تواند وارد سیستم شود:
•   پتانسیل الکتریکی DC  : ناشی از تفاوت امپدانسی بین پوست و سنسور های الکترود ها می باشد که از فرایند ها شیمیایی که در محل اتصال ژل رسانا والکترود است حاصل می شود.
•   پتانسیل الکتریکی AC : ناشی از نوسانات امپدانسی بین مبدل و پوست است . یکی از راه های کاهش تاثیرات امپدانسی استفاده از الکترود ها با جنس Ag-Ag Cl  است . این الکترود های مرکب از فلز نقره هستند که بصورت کلرید نقره  بر روی الکترود ها قرار دارد .
گسترش اصول فنی توانسته مقدار سیگنال نویز را تا حد قابل قبولی کاهش دهد .مهمترین پیشرفت در روش ثبت با تکنولوژی Bipolar است .ترتیب الکترود های Bipolar از تقویت کننده های تفاضلی استفاده می کند . تقویت کننده های تفاضلی مقدار پتانسیل را در یک الکترود نسبت به الکترود دیگر کاهش می دهند و در انتها مقدار تفاضل انها را تقویت می کنند. ظهور روش پبت Bipolar با تقویت کننده های پیش تفاضلی امکان ثبت را در تمام پهنا باند EMG فراهم ساخت . همچینن این روش موجب افزایش  نسبت سیگنا به نویز گردیده است .
عامل باقی مانده این است که چگونه فشردگی تماس بین الکترود و پوست در کیفیت  فرآیند تقویت کننده تفاضلی در اندازه گیری EMG تاثیر گذار است .



 
بررسی روشهای كاهش نویز برفك در تصاویر سونوگرافی، با استفاده از تبدیل موجك فائقه بوربورحسین بیگی1*، محمدجواد ابوالحسنی2و3، علیرضا احمدیان2 و 3 1- کارشناس ارشد فیزیک پزشکی 2- استادیار گروه فیزیک و مهندسی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تهران 3- مرکز تحقیقات علوم و تکنولوژی در پزشکی، بیمارستان امام خمینی، تهران تاریخ دریافت نسخه اصلاح شده: 5/5/84 &n bsp; &nb sp; تاریخ پذیرش مقاله: 23/5/84 چكیده مقدمه: به علت مزیتهای فراوان تصویربرداری سونوگرافی از قبیل: غیرتهاجمی بودن، بهره‌گیری از پرتوهای غیریونیزان، قیمت ارزان، قابلیت تصویرگیری بلادرنگ و قابل حمل بودن، این روش تصویربرداری هر روز بیشتر از گذشته در تشخیص بیماریها مورد استفاده قرار می‌گیرد. ولیكن این روش معایبی نیز دارد كه از جمله آنها می‌توان به كیفیت پایین تصاویر سونوگرافی اشاره كرد. نویز برفك را می‌توان از مهمترین علل كاهش كیفیت تصاویر در این سیستمها برشمرد. به همین علت روشهای مختلفی شامل فیلترهای مختلف (میانه، میانگین، وینر) و روشهای دیگری با استفاده از تبدیل موجك برای كاهش این نویز طراحی شده‌اند كه در این مقاله به بررسی و مقایسه این روشها پرداخته شده است. مواد و روشها: برای مقایسه روشهای مختلف حذف نویز برفك، پارامترهای MSE و S/MSE و فاكتور بتا كه به ترتیب بیانگر میزان خطا، میزان حذف نویز و میزان حفظ جزئیات در حذف نویز با استفاده از روش مورد نظر می‌باشند، مورد استفاده قرار گرفته اند. در این پژوهش از بسته نرم افزاری (MATLAB) جهت نوشتن برنامه‌های مورد نیاز بهره گرفته شده است. همچنین از تصاویر سونوگرافی كبد شامل نویز واقعی و همچنین تصاویر با نویز ساختگی برای آزمودن روشهای مختلف حذف نویز بهره گرفته شده است. نتایج: در یافته های بدست آمده كه بصورت نمودار و جدول در اختیار می‌باشد، مشاهده شد كه فیلترهای معمولی و تطبیقی موجود كه برای حذف نویزهای جمعی مورد استفاده قرار می‌گیرند، علاوه بر حذف ضعیف نویز باعث از بین رفتن مقدار زیادی از جزئیات تصویر نیز می‌گردند. در میان روشهای حذف نویز با استفاده از موجك نیز روش آستانه گذاری جهانی به علت تعیین غیر دقیق آستانه، باعث مات شدن تصویر می‌گردد و روش بیزین[1]با وجود حذف نویز در عین حفظ جزئیات به میزان قابل قبول (با مقدار بتای در حدود 54/0) به علت پیچیدگی الگوریتم و بالا بودن حجم محاسبات در آن و همچنین وابستگی روش به تعیین دقیق پارامترها نیاز به تكمیل بیشتر دارد، ولی در این میان روشهای آستانه گذاری بیز[2]و آستانه گذاری نرمال با پارامتر بتای نزدیكتر به یك و SNR بهتر در مقایسه با سایر روشها به میزان قابل توجهی باعت حذف نویز در عین حفظ جزئیات می‌گردند. بحث و نتیجه گیری: با توجه به نتایج بدست آمده در این پژوهش می‌توان روشهای آستانه‌گذاری نرمال و بیز را به عنوان بهترین روشها در حذف نویز برفك موجود در تصاویر سونوگرافی معرفی كرد. (مجله فیزیک پزشکی ایران، دوره 2، شماره 6، بهار 84: 44-33) واژگان كلیدی: تصویربرداری سونوگرافی، نویز برفك، تبدیل موجك، آستانه‌گذاری، روش بیزین

More About : روش کاهش نویز برفک در تصاویر سونوگرافی
 
 

نسبت سیگنال به نویز یا Signal-to-noise ratio که اغلب به صورت  SNR یا S/N مخفف می شود، مفهومی در مهندسی برق است که بیان کننده نسبت توان سیگنال به توان نویزی است که سیگنال را آلوده می کند.

در کمتر مواردی در عبارت های تخصصی، نسبت سیگنال به نویز بیان کننده سطح سیگنال مطلوب (نظیر آهنگ) به سطح نویز پس زمینه است. نسبت بالاتر نشان دهنده مزاحمت کمتر نویز زمینه است.
 

محتویات

1- جنبه تخصصی

1-1- SNR الکتریکی و صوتی
1-2- پردازش تصویر و تداخل سنجی
1-3- برای یک وسیله اندازه گیری معمولاً صوت

2- سیگنالهای دیجیتال

2-1- ممیز ثابت
2-2- ممیز شناور

3- نکات
4- منابع

جنبه تخصصی


در مهندسی، نسبت سیگنال به نویز عبارتی برای نسبت توان بین یک سیگنال (اطلاعات معنی دار) و نویز پس زمینه است:

که P توان متوسط و A دامنه موثر است. هر دو توان (دامنه) سیگنال و نویز باید در نقاط برابر یا مشابه در یک سیستم با پهنای باند یکسان اندازه گیری شوند.

از آنجا که سیگنالهای فراوان دارای رنج دینامیکی(1) گسترده ای هستند، SNR ها اغلب به صورت مقیاس دسیبل لگاریتمی بیان می شوند. SNR در تعریف دسیبل برابر 10 ضربدر لگاریتم پایه 10 نسبت توانهاست. اگر سیگنال و نویز از دو سر یک امپدانس یكسان اندازه گیری شده یاشند، SNR می تواند از 20 ضربدر لگاریتم پایه 10 نسبت دامنه ها بدست آید:

SNR الکتریکی و صوتی:

اغلب سیگنالهائی که مقایسه می شوند طبیعت الكترومغناطیسی دارند، اگر چه امکان اعمال این عبارات بر محرک های صدا نیز هست. از تعریف دسیبل، SNR نتیجه مشابهی را مستقل از سیگنال تحت محاسبه (مانند توان، جریان، یا ولتاژ) می دهد.

سیگنال به نویز رابطه نزدیکی با مفهوم رنج دینامیكی دارد، که رنج دینامیکی نسبت بین نویز و بزرگترین سیگنال بدون خرابی در کانال را اندازه می گیرد. SNR نسبت بین نویز و یک سیگنال دلخواه (و نه لزوماً قویترین سیگنال ممکن) را در کانال را اندازه گیری می کند. به همین دلیل اندازه گیری سیگنال به نویز مستلزم انتخاب یک سیگنال نماینده یا مرجع است. در مهندسی صوت، این سیگنال مرجع یک موج سینوسی در یک سطح شناخته شده (اسمی) مانند 1KHz و (4dBu(1.228 VRMS  است که تون(2) نامیده می شود.

SNR معمولاً گرفته می شود تا یک نسبت سیگنال به نویز متوسط را نشان دهد، البته در شرایطی که سیگنال به نویز لحظه ای به طور گسترده ای تغییر می کند. می توان این مفهوم را نیز گفت که می توان سیگنال را به 1 یا 0dB نرمالیزه کرده و اینکه سیگنال چه اندازه ای دارد را اندازه گرفت. عموماً سیگنال به نویز بالاتر بهتر است - سیگنال "تمیزتر" است - . 

پردازش تصویر و تداخل سنجی:

در پردازش تصویر، SNR یک تصویر معمولاً نسبت مقدار متوسط پیکسل به انحراف معیار مقدار پیکسل ها است. مقادیر وابسته "نسبت کنتراست" و "کنتراست به نویز" هستند.
ارتباط بین توان نوری و ولتاژ در یک سیستم تصویری، خطی است. و این معمولاً مشخص کننده این است که SNR یک سیگنال الکتریکی توسط قاعده 10log محاسبه می شود.

برای یک وسیله اندازه گیری معمولاً صوت:

هر وسیله اندازه گیری تحت تأثیر پدیده پارازیت است. این پدیده شامل نویز الکتریکی است، ولی هر پدیده خارجی دیگری نیز می تواند روی سیستم تأثیر گذار باشد که البته وابسته به این است که چه چیزی اندازه گیری می شود و حساسیت وسیله اندازه گیری چقدر است. برخی از این پدیده ها  عبارتند از: باد، لرزش، گرانش ماه، تغییرات دما، تغییرات رطوبت و غیره.

اغلب این امکان وجود دارد که با کنترل محیط، نویز را کاهش دهیم. در غیر این صورت اگر مشخصات نویز برایمان شناخته شده باشد و با سیگنال متفاوت باشد، می توان با فیلتر کردن یا پردازش سیگنال نویز را کاهش داد.


ضبط نویز یک وسیله پردازش حرارتی که به طور
 نامناسبی از نقطه نظر مکانیکی ایزوله شده؛
وسط منحنی نشان دهنده نویز کمتر ناشی
 از فعالیت کمتر انسان در محیط شب است.

هنگامی که نویز تصادفی و آشفته باشد و سیگنال مقدار ثابتی داشته باشد، امکان بهبود SNR با افزایش زمان اندازه گیری وجود دارد.

اگر در حال پردازش تبدیل فوریه روی یک سیگنال ضبط شده هستیم، نویز تصادفی مربوط به فرکانسهای بالاست: تفاوتهایی میان دو نقطه در همسایگی هم وجود دارد. اگر سیگنال از پیکهای عریضی ساخته شده باشد، آنگاه این پدیده معمولا در فرکانسهای پائین است؛ بالاترین فرکانس می تواند با عکس عرض پیكها تخمین زده شود.

سیگنالهای دیجیتال


در حال استفاده از یک حافظه دیجیتال، ماکزیمم نسبت سیگنال به نویز توسط تعداد بیتهای هر مقدار مشخص می شود. در این مورد، نویز، سیگنال خطائی(3) است که توسط کوانتیزه شدن(4) در هنگام تبدیل از آنالوگ به دیجیتال رخ می دهد. سطح نویز غیر خطی(5) و مستقل از سیگنال است؛ محاسبات متفاوتی برای مدلهای متفاوت سیگنال وجود دارند. نویز به صورت یک خطای آنالوگ قبل از کوانتیزه شدن به صورت جمع شونده مدل می شود ("نویز جمع شونده(6)").

نسبت خطای مدولاسیون(7) (MER) ، اندازه SNR در سیگنال به طور دیجیتالی مدوله شده است. مانند SNR این نسبت MER را نیز می توان بر حسب dB بیان کرد.

ممیز ثابت:

برای ارقام nبیتی با سطوح یکسان کوانتیزاسیون و فاصله های یکسان (کوانتیزاسیون یکنواخت)، رنج دینامیکی(8) (DR) نیز مشخص می شود. در نظر بگیرید ورودی با توزیع یکسان مقادیر داریم، نویز کوانتیزاسیون یک سیگنال تصادفی با توزیع یکنواخت است که با دامنه پیک تا پیک یک سطح کوانتیزاسیون نسبت دامنه 2n/1 را می سازد. بنابراین فرمول به قرار زیر است:

این رابطه منشأ حالتهایی است نظیر "صوت 16 بیت دارای رنج دینامیكی 96dB است". هر بیت کوانتیزاسیون اضافی باعث افزایش رنج دینامیكی به اندازه تقریبی 6dB می شود.

یک سیگنال موج سینوسی با اندازه کامل را در نظر بگیرید (یعنی، کوانتایزر به گونه ای طراحی شده که دارای مینیمم و ماکزیمم مشابه سیگنال ورودی است)، نویز کوانتیزاسیون یک موج دندانه اره ای با دامنه پیک تا پیک یک سطح کوانتیزاسیون با توزیع یکنواخت تقریب زده می شود. در این مورد SNR به طور تقریبی برابر است با:

ممیز شناور:

ارقام با ممیز شناور راهی را برای سبک و سنگین کردن نسبت سیگنال به نویز در برابر افزایش رنج دینامیكی فراهم می کنند. برای اعداد با ممیز شناور nبیتی با n-m بیت در اعشار لگاریتم، و mبیت در توان خواهیم داشت:

توجه داشته باشید که رنج دینامیكی بزرگتر از ممیز ثابت است ولی به قیمت داشتن نسبت سیگنال به نویز کمتر! ؛ و این در مواقعی که رنج دینامیكی بالا و یا غیرقابل پیش بینی است ترجیح داده می شود. پیاده سازی آسانتر نقطه ثابت می تواند با هیچ اشكالی در کیفیت سیگنال در سیستمهایی که دارای رنج دینامیكی کمتر از 6.02m هستند بکار رود. رنج دینامیكی بسیار زیاد اعداد ممیز شناور می تواند یک اشكال باشد، از این جهت که مستلزم احتیاط بسیار زیاد در طراحی الگوریتم است.

نکات


مبدلهای آنالوگ به دیجیتال دارای منابع دیگری از نویز هستند که باعث کاهش SNR بدست آمده از مقدار ماکزیمم تئوری می شوند.

اغلب از فیلترهای بخصوصی برای وزن دادن به نویز استفاده می شود: DIN-A و DIN-B و DIN-C و DIN-D و CCIR-601 و فیلتر های شانه ای تصویر.

ماکزیمم ممکن سیگنال می تواند به عنوان پیک تا پیک و یا RMS تلقی شود. در صوت از RMS، در تصویر از P-P استفاده می شود که در این صورت +9dB بیشتر را برای SNR تصویر می دهد.

رایج تر است که SNR در سیستمهای دیجیتالی با استفاده از Eb/N0 - انرژی به ازای هر بیت به چگالی طیفی توان نویز -  بیان می شود.

منابع


1: Defining and Testing Dynamic Parameters in High-Speed ADCs — Maxim IC Application note 728

2: Fixed-Point vs. Floating-Point DSP for Superior Audio — Rane Corporation technical library

3: Introduction to DSP: Quantisation - Bores Signal Processing


1: In a system or device, the ratio of (a) a specified maximum level of a parameter, such as power, current, voltage, or frequency to (b) the minimum detectable value of that parameter.
2: Tone
3: Error Signal
4: Quantization
5: Nonlinear
6: Additive Noise
7: Modulation Error Ratio
8: Dynamic Range

مترجم: Tohid_Salimi


یکی از مشکلات عمده ای که وسائل و دستگاه های الکترونیکی با آن مواجه هستند مساله نویز می باشد . به خصوص در زمان حاضر که انواع و اقسام وسائل الکترونیکی و الکتریکی و مکانیکی در فضای کوچکی در کنار یکدیگر مشغول به کار بوده و به سادگی می توانند روی همدیگر اثر بگذارند . بنابراین باید مساله نویز در ساخت، مونتاژ و حتی در نصب و سرویس دستگاه ها و وسایل مورد توجه قرار گیرد.

 

یکی از مشکلات عمده ای که وسائل و دستگاه های الکترونیکی با آن مواجه هستند مساله نویز می باشد . به خصوص در زمان حاضر که انواع و اقسام وسائل الکترونیکی و الکتریکی و مکانیکی در فضای کوچکی در کنار یکدیگر مشغول به کار بوده و به سادگی می توانند روی همدیگر اثر بگذارند . بنابراین باید مساله نویز در ساخت، مونتاژ و حتی در نصب و سرویس دستگاه ها و وسایل مورد توجه قرار گیرد.

حل مشکل نویز نیاز به داشتن اطلاعات کافی در مورد ماهیت نویز، راه های ورود نویز و روش های صحیح کاهش نویز دارد . امروزه مهندسین با این مساله به طور صحیح برخورد نکرده و راه هایی که برای کاهش و یا حذف نویز ارائه می دهند ،علاوه بر تحمیل هزینه زیاد ،تاثیر چندانی نیز ندارند .در همین راستا اغلب مهندسین به دلیل دانش کم نسبت به مکانیزم نویز سعی در حل این مساله از طریق آزمون و خطا دارند . چنین تلاشی موجب اتلاف وقت زیادی شده و هم چنین ممکن است راه حل به دست آمده ،با ورود دستگاه به محل جدید ،اثر خود را از دست بدهد .این در حالی است که اصول مربوط به نویز ساده بوده و با استفاده از فیزیک مقدماتی نیز قابل توجیه است .

برای دانلود به ادامه مطلب مراجعه کنید...

سرفصل مطالب :

* دلیل اهمیت نویز چیست؟
* تعاریف نویز
* تعریف نویز در شاخه ها ی مختلف مهندسی برق
* نویز های ذاتی
* ویژگی های نویز های ذاتی
* نویز های غیر ذاتی
* ویژگی های نویز های غیر ذاتی
* ویژگی های عمومی نویز های ذاتی و غیر ذاتی
* مشخصه های اصلی نویز
* محاسبات مربوط به نویز
* تکنیک های حذف نویز
* ایمنی مدار در برابر نویز
* دو کاربرد عملی
* مزایای نویز
* نتیجه گیری

حجم:1.45 مگابایت

دانلود

منبع:مرکز دانلود رباتیک و الکترونیک


 

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

+++++

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :