什么是噪音？手机摄像头的杀手

2024-12-22 12:57:49 | 来源: 互联网整理

在我们的评测视频中，会出现“噪音”的描述。

那么什么是噪音呢？

我们以坚果pro2样张为例。天空中有红、绿、蓝、白等杂色点，可以简单概括为rgbw点，即噪声点。除了天空之外，建筑物上和树叶内部也有各种各样的斑点。有些手机被涂抹成块状或片状。一般来说，彩色噪点比较难看，而黑白噪点则比较好，而且很容易消除。

取百度百科的定义。噪声主要是指CCD（CMOS）使用光作为接收信号并输出时产生的图像的粗糙部分。它还指不应该出现在图像中的外来像素，通常是由电子干扰引起的。这些噪声信号会污染图像的纯度。

噪声信号主要有椒盐噪声、条带噪声等，简单了解一下即可。

椒盐噪声是图像传感器、传输通道、解码过程等产生的黑白亮点和暗点噪声，大家一看就明白。

第二张图中，人的形状几乎看不见。它只是在原始图像中添加了大量的椒盐噪声。我们简称为黑白噪声，或者黑白噪声。

条带噪声是图像中一种具有一定周期性、方向性、呈条状分布的特殊噪声。这种噪声是由于扫描探测元件正向和反向扫描的差异、传感器的机械运动以及卫星传感器的光学和电学部件重复扫描地面物体成像过程中的温度变化而引起的。

简单来说，就是一些线条。我们不会进一步详细说明。是可以消除的。下面两张图是带状噪声和消除的结果。这不是问题。我们拍摄屏幕时出现的莫尔图案不被视为带状噪声。

莫尔图案往往是不规则的。如下图

稍后我们将讨论色彩噪声。有些概念如果不看一下，很难一下子理解。

为什么会出现噪音？

CCD和CMOS感光元件都存在热稳定性问题（热像素），这意味着成像质量与温度有关。如果机器温度升高，噪声信号就会太强，屏幕上就会出现不需要的伪影。有些地方会形成杂色斑点，这些斑点就是噪音。

产生噪音的原因有多种，

1、感光面积太小会产生噪点。换句话说，将光转换成图像的效率低，并且会出现噪声。感光面积就是我们说的最多的感光基底，或者说单个像素大小。事实上，我们看到的噪点90%都是由感光区域造成的。所以底层太大了，杀不了人。相机的cmos往往是手机的几倍，而且噪音也少很多。对于底座较大的手机，夜景噪点会较少。

这是因为组成像素的光电二极管的转换效率与面积成非线性比例。举个例子，如果面积为1平方厘米的光电二极管的转换效率约为35%，当面积缩小到7平方微米时（如果1DsMK3的像素面积小于1%，则光电转换效率会急剧下降到1%以下，在更小、集成度更高的便携式相机或手机CMOS上，光电转换效率会更低。

2由温度引起的热噪声。

光电转换效率低，要求从CCD/CMOS读取的信号必须经过放大才能使用。 ISO实际上是调整这个信号的放大倍数。在信号放大过程中，不可能只对分离出来的电平信号进行放大。它必然伴随着噪声信号的同时放大，加上CCD/CMOS更高集成度产生的热量。也必然越高，热噪声就会越大，噪声也就越严重。 ISO是感光度。所以iso是决定噪音的一个因素。同时，高ISO可以使亮度更高，有助于减慢快门速度，减轻防抖的压力。没有三脚架，需要高ISO和低快门速度，这会产生很多噪点。使用三脚架，您可以使用低ISO 和长快门速度，同时噪音更少。

3另一个因素是快门时间。如果快门时间长的话肯定会发烫，但如果ISO比较低的话，单位时间内成像的发热并不严重，所以照片噪点看起来并不严重。但如果快门太长，很容易烧坏cmos。这不是噪音问题。同时，处理器无法处理较慢的快门速度带来的巨大工作量，一些像素会失控，变成噪点。噪音主要是亮点。随着技术的发展，相机或者手机都可以降低噪点，但这样的亮点却很少。然而，降噪可能会丢失一些图像细节。高ISO带来的噪点很难降低，需要软件和硬件的共同努力。

4使用JPEG格式的图像压缩引起的噪声

由于JPEG格式的图像在减小图像尺寸后看起来仍然很自然，因此可以使用特殊的方法来减小图像数据。此时它将上下左右88像素作为一个单位进行处理。因此，特别是在88像素的边缘，会与接下来的88像素单元出现不自然的结合。

JPEG格式压缩产生的图像噪声也称为块噪声。压缩率越高，图像噪声越明显。

5. 模糊过滤引起的噪声

模糊过滤引起的图像噪声与JPEG相同，是在处理图像时引起的。有时是由数码相机内部处理引起的，有时是由图像修饰软件处理引起的。我们就不多说了。

如何降低噪音

探究噪声消除的原理可以帮助我们理解信噪比和灵敏度的概念，这些概念我们会在最后补充。但我们的最终目标是减少噪音。只有两种类型的噪音需要减少。黑白噪声也称为亮度噪声或亮度噪声。而色噪声，或者说数字噪声，主要是由信噪比引起的。暗光和高ISO 会导致大量色彩噪点。

有两种方法：1硬件方法，2软件方法

1 硬件方法，这个是为了方便理解和记忆，其实是在拍摄之前就可以做的事情。即采用感光基数大的CMOS，降低ISO，增大光圈，适当延长快门时间。 ISO光圈快门很容易理解，属于摄影参数。感光底座是cmos尺寸除以像素数得到的。假设感光度低且固定，那么像素越高，cmos就必须越大。这意味着购买一台新机器。如果cmos是固定的，要想把感光基片做大，就必须减少像素。手机的cmos尺寸基本固定，像素与感光基板成反比。需要做出妥协。

从参数上来说，ISO越高，图像越亮，噪点也越重。方便缩短快门时间，减少抖动。 ISO 亮度越低，快门速度越低。光圈越大，亮度越高。同时，离焦的图像会变得模糊，这也可能会造成图像质量下降、失真等副作用。而且光圈需要很高，硬件会非常昂贵。

2 软件方法。说实话，方法有很多种。我们不是算法团队的成员，所以不需要知道这些细节。只要你对涂抹噪声和替换噪声有一个大概的想法就可以了。

此外，多帧合成，也称为HDR，也可以帮助减少噪点。由于通过组合多帧来对多张照片进行相互比较，因此可以去除噪点并保留清晰的部分进行合成。多张照片同时组合起来亮度会更好，而且不需要那么高的ISO，可以减轻高ISO降噪的压力。同时，HDR也会让图像完成时间变长。拍摄多个镜头并进行合成需要时间。在每个评测周期中，我们都会比较各款手机的HDR水平，作为夜景优化的重要组成部分。

在最后引用信息并编辑

信噪比和灵敏度

信噪比中的“信号”是指信号本身，是有用的部分； “噪声”是指外界干扰或设备自身因素产生的噪声。信号传输过程中的各种干扰，或者设备发热都会产生噪声，而这些噪声与信号本身无关，即噪声的功率不随有效信号的强弱而变化。对于固定系统，噪声的功率通常是恒定的。信噪比是指信号与噪声功率的比值。信噪比越高，信号中有用的成分越多，噪声越少，表明信号的质量越好。相反，信噪比越低，信号中的噪声就越少。越多，信号质量越差。

有两种方法可以提高信噪比。一是增加信号本身的幅度。例如，当我们使用数码相机拍摄时，我们会发现画面明亮部分的噪点明显小于暗部的噪点，而且噪点总是从最暗的部分开始。首先，这主要是因为场景亮度越低，视频信号（模拟信号）的电压越低，而噪声的功率一定，因此明亮部分的信噪比较高比黑暗部分的。为了提高画面质量并减少画面中的噪点，可以增加曝光来提高信噪比。

我们知道，CCD或CMOS产生的模拟信号必须先经过放大，然后才能转换成数字信号。数字信号具有极强的抗干扰能力，其存储、传输和各种处理一般不影响信噪比。因此噪声主要产生在模数转换之前的这一阶段。感光元件对现阶段噪声的“贡献”最大，其性能在一定程度上决定了整个数码摄影系统的信噪比。

感光度，也称为胶片速度，是指感光材料产生光化效应的能力，通过指定参考密度相应曝光的倒数来测量。一般来说，预先确定一个参考密度，将达到该密度所需的曝光量的倒数用作灵敏度。那么，达到指定密度所需的曝光越小，灵敏度就越高。

电子感光元件“曝光”的过程实际上是一个光电转换的过程，将光能转化为电荷。收费金额取决于曝光量。我们可以将电荷数量与薄膜的密度进行比较。它们都与一定范围内的暴露量呈线性相关。是否可以将电荷视为胶片的密度，并用电荷的数量来定义数码相机的感光度？ 2.虽然它们具有相同的性质，但电荷是转瞬即逝的，无法测量，所以数码相机的感光度不使用电荷的概念。

数码相机的灵敏度与信噪比高度相关，信噪比决定了最大灵敏度。目前，很多数码相机的感光度都是可调的。高灵敏度时，获得的信噪比较低，图像中的噪声更加明显。因此，在条件允许的情况下，应尽可能采用较低的灵敏度。度以获得更好的图像质量。此外，在数字领域，光敏感度也称为灵敏度。