关于噪点的产生与降噪处理

关于噪点的产生与降噪处理

说到降噪，还要从它诞生的地方开始谈起——拍摄。如果能够在拍摄期间就把噪点控制到最低，那么降噪工具就可能会退居二线了。尽管摄影机的各项指标飞速飙升，不过在当前的工作中，降噪功能仍然是不可或缺的，从简单的“磨皮”效果到瑕疵镜头的挽救，处处可见它的身影。

噪点的定义

噪点（Noise）主要是指CCD（CMOS）将光线作为接收信号并输出的过程中所产生的图像中的粗糙部分，也指图像中不该出现的外来像素，通常由电子干扰产生。

信噪比与感光度

信噪比是信号处理技术中一个非常重要的概念。信噪比中的“信”指信号本身，是有用部分;“噪”指由外界干扰或设备自身因素而产生的噪声，信号传输过程中的各种干扰，或者设备发热都可产生噪声，而且这些噪声与信号本身无关，即噪声的功率不以有效信号的强弱而变化，对于固定的系统，噪声的功率一般是恒定的。信噪比指的是信号与噪声功率的比值，信噪比越高，信号中的有用成分越多，噪声越少，说明信号的质量越好;相反，信噪比越低，信号中的噪声越多，说明信号质量越差。

提高信噪比有两种方法，一是增加信号本身的幅度，比如我们在使用数字摄影机拍摄时，会发现画面亮部的噪波要明显小于暗部的噪波，而且噪波总是从暗部最先产生，这主要是因为，场景亮度越低，视频信号的电压越低(模拟信号)，而噪声的功率是一定的，所以亮部的信噪比要低于暗部。为了提高画面质量，减少画面中的噪波，可以采取增加曝光量的方式，以提高信噪比。

提高曝光量的方法在实际拍摄过程中不一定总是可行的，数字摄影机以709模式拍摄时对高光部分信号的切割十分坚决，只要大于某一数值的曝光会全部被“屏蔽”掉，造成画面上高光部分一片“死白”，没有层次。因此，降低摄影系统自身产生的噪声是提高信噪比最有效的手段。在现有技术条件下，数字摄影机噪声产生的主要来源是感光元件CCD或CMOS。

我们知道，CCD或CMOS产生的模拟信号要先经过放大然后进行模数转换变为数字信号，数字信号的抗干扰能力极强，其存储、传输以及各种处理一般不会对信噪比造成影响，所以噪声主要产生于模数转换之前这一阶段。感光元件在此阶段对噪声的“贡献”是最大的，其本身的性能一定程度上决定了整个数字摄影系统的信噪比。

感光度又称为胶片速度，指感光材料产生光化作用的能力，以规定基准密度的相应曝光量的倒数度量。通俗来讲，就是预先规定一个基准密度，以达到这个密度所需要的曝光量的倒数作为感光度，那么，达到规定密度所需的曝光量越小，感光度就越高。

专业人士仍然习惯沿用“感光度”这个概念来描述数字摄影机的类似性能。电子感光元件“曝光”的过程实际就是进行光电转换的过程，将光能转换为电荷，电荷的数量取决于曝光量。我们可以将电荷的数量与胶片的密度加以比较，它们都是在一定范围内与曝光量线性相关的，是否可以将电荷视为胶片的密度，使用电荷数量来定义数字摄影机的感光度呢?二者虽然具有相同的性质，但是电荷转瞬即逝，而且无法测量，所以数字摄影机的感光度没有使用电荷这个概念。

实际上，对数字摄影机感光度进行定义的方法有很多，这里着重介绍利用信噪比的定义方法，以此理解数字摄影机感光度的本质。采用CCD或CMOS作为感光元件的数字摄影机首先都会将电荷转化为电压，然后对电压进行放大，而噪声的产生主要出现在电荷积累过程以及电荷到电压的转换过程中，所以噪声会在电压放大过程中随信号一同放大。一般认为曝光量与电荷的积累数量成正比，而与噪声的绝对水平无关。假设世界上存在一种不产生噪声的CCD或CMOS，我们就可以做出感光度无限高的数字摄影机，因为即使仅产生极其微弱的电荷，我们也可以将其转换放大为可用信息，但这仅仅是一种假设。在实际系统中，信号总是伴随着噪声，感光度要根据信噪比要求来确定。比如，作为民用低端的数码相机，某厂家可能认为相机的信噪比达到40dB即可接受，在信噪比仅为40dB时，其感光度可高达ISO6400;假设另一个专业厂家也生产完全一样的相机，他们认为信噪比必须达到49dB才能满足专业用户的需求，那么该厂家只能将最大感光度设定为ISO800，因为感光度一旦超过ISO800，信噪比就会低于49dB的要求。所以我们在了解数字摄影系统的感光度时，不能只看厂家的感光度标称值，同时也要看在达到某一感光度时的信噪比水平，往往厂家在宣传时并不强调信噪比，但是一般可以在产品宣传手册上查询到。

数字摄影机的感光度与信噪比高度相关，信噪比决定了最大感光度。目前，许多数字摄影机的感光度是可调节的，在高感光度时所获得的信噪比较低，影像的噪波更为明显，所以在条件允许的情况下，应尽量使用较低的感光度以获得更优的影像质量。此外，在数字领域，感光度也称为灵敏度。

噪点与颗粒

当我们描述数字视频的噪点的时候使用的词是Noise（噪点），而描述胶片的噪点时使用的词是Grain（颗粒）。用词的差别也体现了二者的不同。电影胶片有明显的颗粒结构,是它独特外观的一部分。很多人视它为胶片的主要优点之一。而几乎所有人都讨厌视频的噪点，因为它似乎缺少一种“美学”追求。

有一些情况需要去除胶片的颗粒。但是去除颗粒很困难。如果采用模糊或中值滤镜,那么图像会变柔和。行业中也有特殊的去颗粒软件,但是它们都比较昂贵而且会柔化图像,但不像简单的模糊处理那么糟糕。如果你没有复杂的去颗粒软件,有一个技巧可以帮忙。因为大多数图像的细节在红色和绿色通道,而大多数颗粒存在于蓝色通道,所以你通常可以只模糊蓝色通道来改善。

工作中，虽然视频没有颗粒,但是广泛存在噪点,它是视频版的颗粒。并且在通常情况下,蓝色通道还是噪点最高的通道。去除噪点也成为合成师和调色师亟需解决的问题之一。因为你的客户会有各种理由给你一堆带有大量噪点的素材。

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