【剑桥摄影协会】数码相机图像噪声（一）

        对于模拟相机而言，“图像噪声”是胶片颗粒的数字等效物。当然，人们也可以认为它类似于在全音量的情况下从音箱中听到的微妙的背景嘶嘶声。在数字图像领域，噪声显示为分布于平坦区域的随机斑点，并且可能会显着降低图像质量。虽然噪声经常会损害图像，但是它也有可取的一面，即可以增加一种老式的颗粒状外观，让人想起早期的电影。另外，一些噪声能够明显增加图像的清晰度。影响噪声大小的因素有：相机的感光度设置、曝光长度、温度、相机型号。

基本概念：信噪比（SNR，Signal to Noise Rate）

        在任何发送或接收“信号”的电子设备中，总是存在一定程度的噪声。对于电视，信号通过电缆传输，或通过天线接收；对于数码相机，信号是照射到相机传感器的光。尽管噪声是不可避免的，但是可以尽可能地降低其在信号中所占的比例。信噪比是用于比较任何电子系统的信号和噪声相对量的有用且通用的方法；高信噪比表示具有非常小的可见噪声，而低信噪比则相反。如下图所示，相机在看似平滑的背景下产生的“信号”字样图像，在放大后，可以看到非常嘈杂的背景噪声。

        上图具有较高的信噪比，因此可以清晰地分辨出图像信息及背景噪声。如下图所示，当信噪比较低时，图像信息“信号”字样与背景噪声的强度相近，因此变得难以分辨。

术语：ISO速度（ISO SPEED）

        “ISO设定”也叫“ISO速度”是用于描述相机对光线的绝对敏感度的标准。ISO设置通常表现为2的倍数，例如ISO 50，ISO 100和ISO 200。数字越大，则灵敏度越高。两个ISO的比率表示其相对敏感度，对于同一幅照片，若需要达到相同的曝光水平，则ISO 200所需的时间是ISO 100的一半。ISO速度用于模拟不同胶片的ASA（感光度）速度。这是通过放大相机中的图像信号来实现的，然而其副作用就是会同时放大噪声，因此ISO速度越高，逐渐累积的噪声越多。

噪声类型

        数码相机产生的噪声主要有三种类型：固定模式噪声，随机噪声，条带噪声。如下图所说，拍摄背景为平坦的灰度区域。

        随机噪声的特征是其基于实际图像的亮度与颜色的上下波动。在任何曝光长度下，都会有随机噪声，它受ISO速度的影响最大。即使曝光设置相同，随机噪声模式也会发生变化。

        固定模式噪声包括所谓的“热像素”，当一个像素的亮度远远超过周围的随机噪声波动时，它就被定义为“热像素”。固定模式噪声通常出现在非常长的曝光中，并且随着温度的增高而加剧。固定模式噪声的独特之处在于，如果在相同条件下（温度/曝光长度/ISO速度）拍摄，它将显示几乎相同的热像素分布。

        条带噪声高度依赖于相机本身，它是在相机从数字传感器中读取数据时所引入的噪声。当ISO速度较高并且处于阴影区域时，或者当图像过亮时，最容易观察到条带噪声。由于相机型号的不同，对于某些白平衡设定，会导致条带噪音的增加。

        尽管固定模式噪声看起来更令人讨厌，但是由于它具有重复性，因此通常更容易移除。相机的内部电子设备只需要知道当前的模式，它就可以减去这些噪声，以还原真实的图像。固定模式噪声比最新一代数码相机中的随机噪声要小得多，然而，即使是最轻微的数量，也可能要比随机噪声更令人讨厌。

        通常，在不降低图像质量的前提下，随机噪声更难以去除。计算机很难能够从精细的纹理图案中辨别出随机噪声，例如在污垢或树叶中出现的噪声，因此，如果想要消除这些随机噪声，最终也会消除部分纹理。有些应用软件能够非常好地降低噪声，同时尽量保留实际的图像信息，比如Neat Image和Noise Ninja。另外，请参阅图像平均的内容，可以了解另一种降低噪声的技巧。