本篇主要理清图像噪点的概念及常见成因。

降噪（Denoising）算是图像处理乃至其他形式的信息处理的一个很常见，也很重要的处理步骤。所谓降噪，指的是通过某些途径，去除或减少原始信息中的噪声干扰（Noise）。而所谓噪声，则是指信号在传输过程中受到外部因素影响而产生的信号干扰（注意此处的“外部因素”，由内部因素影响导致的信号和原始信号不相同并非噪声，属于信息的自然流变，因其不会影响到原始数据的内容，原始数据不会因内部因素而改变信息量大小）。

图像噪声（Image Noise），又称噪点，产生的原因多种多样。常见的图像噪声来源有：

一、散粒噪声（Shot Noise，Poisson Noise）

也称泊松噪声（Poisson Noise）或散弹噪声（Shot Noise）。这种噪声由电子元器件——即传感器等，由于有源器件（晶体管、集成电路之流）中电子的不均匀发射产生。在光学传感器件中也会由于器件接收到的光子不均匀而产生。其分布按平均值遵循泊松分布（Poisson Distribution），而泊松分布在粒子数量级较大时趋向于正态分布，因而光学图像中的散粒噪声趋近于正态分布（Normal Distribution）。

二、暗电流噪声（Dark Current Noise）

暗电流噪声本身属于散粒噪声的一种，但有其特殊性。暗电流指的是光学传感器在没有光子通过时也会产生的微小电流，是因为元件中耗尽层的电子和空穴的随机产生而造成。这种电流在所有的二极管中均存在，并随着温度的升高而呈增加。光学传感器会将暗电流也当做光学信息进行传递，这便是暗电流噪声。

由于光电二极管转换效率呈非线性正比关系，而现有的相机的光学传感器如CCD、CMOS等集成度愈来愈高，其单位像素面积也渐渐变小，由此，单像素的光电转化效率较为低下。这使得CCD或CMOS的输出信号必须经过放大才可供使用，相机中的调节iso的操作，便是对这个放大系数的调节。而在放大过程中，暗电流也不可避免地被放大，这便是对于同一传感器，iso值愈大，噪声愈多的原因。同时，集成度愈高的电子设备，其发热量也愈高，产生的暗电流也愈大，因此相同的iso设置下，单位像素面积愈小，噪声愈多。

三、闪烁噪声（Flicker noise）

也称粉红噪声（Pink Noise）或1/f噪声（1/f Noise）。这种噪声几乎存在于所有的电子装置，由多种不同机制产生，如通道杂质、晶体管中的重组等。其功率谱密度与其频率成反比，这种功率谱的可见光视觉颜色为粉色，故称粉红噪声。

由其特征可知，闪烁噪声在低频段更为明显。同时，闪烁噪声也趋近高斯分布。这也是夜间拍摄时，低快门速度带来的低频噪点大体呈粉红色的成因之一。

四、布朗噪声（Brown Noise）

也称红噪声（Red Noise）或棕色噪声（因为Brown一词也有棕色的意思，这种翻译不够严谨，应予舍弃）。是由光子、电子等微粒在电子器件上进行布朗运动所产生的噪声。其频谱与闪烁噪声类似，但当频率提高为2倍时，它的谱密度都会降低6dB，也就是说红噪声的谱密度是随频率增加而呈1/f^2衰减的，也遵循正态分布。其可见光视觉颜色为红色，是夜拍噪点多为红色的成因之二。

五、低照度噪声（low luminous Noise）

通常由较低的iso设置或较低的快门速度而产生。对于大多数的光学传感器，iso过低时，暗电流等噪声的衰减远比有效光学信号的衰减要慢，即信号的衰减快于噪声的衰减，因而信噪比也会降低。同时，如果使用较低的快门速度，则给各类干扰信息提供了更长的积累时间，也会产生更多的噪声。因此，相机成像时，iso既不宜过高，也不宜过低。

这张是Google在Google Pixel 3发布会上介绍Night Sight功能时所引用的摄影师Jesse Levinson的照片，在夜间摄于优山美地峡谷，使用一台佳能单反在iso100条件下进行了长达三分钟的曝光，最终得到的照片近乎白天。虽然iso很低，但细审细节仍能够观察到明显的噪点，这种噪点便是低照度噪点。

参考文献：

1. Wikipedia对于噪声的介绍页：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%9C%E8%A8%8A
2. Wikipedia对于高斯模糊的介绍页：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%AB%98%E6%96%AF%E6%A8%A1%E7%B3%8A
3. Wikipedia对于散粒噪声的介绍页：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%95%A3%E7%B2%92%E5%99%AA%E5%A3%B0
4. Wikipedia对于正态分布的介绍页：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%AD%A3%E6%80%81%E5%88%86%E5%B8%83
5. Wikipedia对于泊松分布的介绍页：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B3%8A%E6%9D%BE%E5%88%86%E4%BD%88
6. Wikipedia对于图像噪点的介绍页：https://en.wikipedia.org/wiki/Image_noise
7. Wikipedia对于暗电流的介绍页：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9A%97%E9%9B%BB%E6%B5%81
8. Wikipedia对于闪烁噪声的介绍页：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%97%AA%E7%83%81%E5%99%AA%E5%A3%B0