1、什么是圖像噪聲

維基百科的定義：圖像噪聲（image noise）是圖像中一種亮度或顏色信息的隨機變化(被拍攝物體本身并沒有)，通常是電子噪聲的表現。

它一般是由掃描儀或數字相機的傳感器和電路產生的，也可能是受膠片顆粒或者理想光電探測器中不可避免的散粒噪聲影響產生的。

圖像噪聲是圖像拍攝過程中不希望存在的副產品，給圖像帶來了錯誤和額外的信息。”

ISO的定義: unwanted variations in the response of an imaging system（成像系統中不需要的信號響應的變化）.

簡單歸納一下就是，被攝物體本身沒有的，是在拍攝過程中帶來的錯誤的、額外的信息。

2、噪聲的幾種分類

2-1、按噪聲產生的原因分類

1）內部噪聲

由成像系統的內部因素導致的噪聲，如由光和電的基本性質所引起的噪聲、

電器的機械運動產生的噪聲、器材材料本身引起的噪聲以及系統內部設備電路所引起的噪聲等。

以3T-APS（3 Transistor-Active Pixel Sensor）舉例，CMOS結構；

Micro-Lens負責匯聚光線（這里根據QCFA、PD等形態差異會引入噪聲，也會有因設計問題crosstalk導致像素噪聲）、

ColorFilter (紅色區域，這里也會因為制程工藝引入噪聲，大部分通過calibration消除）、

Reset Transistor（這里會引入復位噪聲或者叫kTC噪聲,出現在MOS開關關斷時刻，

Amplifier Transustor (放大器也會引入噪聲，這里主要是模擬噪聲），Column Bus Transistor (這里主要是傳輸噪聲或者讀出噪聲），

占比最大的噪聲來源就是photodiode( 這里涉及到的是泊松分布噪聲、熱噪聲為主，暗電流噪聲為輔），這些都屬于內部噪聲。

像素感光導致的噪聲有一個經典圖像：

2）外部噪聲

由成像系統的外部因素導致的噪聲，如外部電器設備、天體放電現象等引起的噪聲，

它們是以電磁波或者電流的方式對成像系統的內部產生影響，進而產生噪聲。

以下圖為例，像素在因為光電效應產生電壓之后，信號轉換傳遞過程中每一步都會有噪聲引入，

頻率越高，電壓越低，那噪聲就越敏感越顯性。電源噪聲、模擬放大器噪聲、ADC噪聲、數字放大器噪聲、傳輸噪聲等。

a電源噪聲, 更多的表現為列噪聲 ?

b. 模擬放大噪聲, 模擬放大會引入噪聲，但也更容易通過電路設計進行噪聲消解。

c. ADC噪聲，量化噪聲是繞不開的坎，隨著采樣精度的增加，這個問題會逐漸削弱。

SNR=6.02N+1.76dB是常用的量化噪聲共識，

N是ADC位數，通過這個公式也能看出位寬越大信噪比越高。

d. 數字放大噪聲，數字增益使用的場景越來越多，引入噪聲問題也越來越明顯。

e. 傳輸噪聲，傳輸過程中引入的噪聲，大部分跟信號線路周圍的高頻電磁場有關系，可以通過包地、磁珠等方式消解

2-2、按照統計特性來分

平穩噪聲，指的是統計特性不隨時間變化的噪聲，比如白噪聲就是比較典型的平穩噪聲。

非平穩噪聲，指的是統計特性隨時間在變化，比如多幀降噪運用在視頻中，運動區域噪聲就是典型的非平穩噪聲。

2-3、按噪聲與圖像信號的關系來分

1） 加性噪聲

加性噪聲與圖像信號的強度無關，如圖像在傳輸過程中引進的信道噪聲。

一張含有加性噪聲的圖像可以表示為：f = g + n，g為假設的理想無噪聲圖像，n表示加性噪聲，f是最終含有噪聲的圖像。

2）乘性噪聲

乘性噪聲與圖像信號的強度相關，它隨著圖像信號強度的變化而變化，

如飛點掃描器掃描圖像時的噪聲，電視掃描光柵時產生的噪聲，以及膠片中的顆粒噪聲就屬于此類噪聲。

對于含有乘性噪聲的圖像，可以表示為：f = g + n * g；

 2-4、按噪聲的概率密度分布特性

1）高斯噪聲

2）瑞利噪聲

3）伽馬噪聲

4）指數噪聲

5）均勻噪聲

6）脈沖（椒鹽）噪聲， Salt and Pepper，取鹽和胡椒的顏色，salt指代暗區中的亮點，pepper指代亮區中的暗點。

CMOS sensor 中的hot pixel在圖像中即表現為椒鹽噪聲。

2-5、按圖像后處理的角度來分類

a. 從頻域上分，可以分為高頻、中頻、低頻噪聲。   

b. 從色彩空間上分，可以分為亮度噪聲（luma noise）與彩色噪聲（chroma noise）。

c. 從時空域分，空域噪聲（Spatial noise）與時域噪聲（Temporal noise）。

空域噪聲，是指在空間上面形成的你不想要的信號變化，如上面的高、中、低頻噪聲，亮度、顏色噪聲都是空域噪聲。

時域噪聲，是指在時間上，在前后幀之間形成的不想要的信號變化，表現出來就是跳動的噪聲，在低照度下比較明顯。