夜间降噪与多帧降噪的原理

夜间降噪与多帧降噪的原理

手机拍照性能越来越强，这个是毋庸置疑的。但是手机归根结底还是比不过专业相机，我想说的是CMOS大于等于1英寸的相机，比如微单和单反。

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传感器（CMOS/CCD）

比如手机纯粹拍摄夜景，其效果远远不如专业相机，表现的形式则是噪点过于，画面不是很清晰。

一、噪点产生的原因
为什么手机在夜间拍摄会出现噪点呢？其实噪点的生成跟CMOS有很大关系。

数码相机包括手机将光线和物体的信息通过镜头传输至CMOS过程中会产生热量，快门时间越长，CMOS所接收的光线照射时间越多，CMOS的工作时间也就越长。CMOS在长时间工作的时候，会产生热量，而这些热量会均匀得分布与CMOS每一个晶体单元上。在成像完成后，这些热量会破坏照片上的一些像素点，从而形成了我们看到的噪点。

传感器成像示意图

同时ISO的数值高低也会影响噪点的多少，ISO是感应光线强弱的一个参数，iso越高，光线感应性能越强，也就越能接收更多的光线，从而产生更多的热量，这也就是为什么我们快门速度慢且ISO数值高的时候，拍出来的照片噪点明显变多的原因。

不同感光度的噪点对比（图片源于网络）
而同样的环境、同样的参数，拍出来的照片会给人感觉手机的噪点远远大于单反，这是因为手机的CMOS面积远远小于单反。或者这样说，热量相同，CMOS越小，单位面积集中的热量越多，噪点也就越明显。
二、降噪方式
噪点的产生是因为CMOS的面积和成像原理导致的，虽然不可能完美的解决噪点问题，但基于噪点形成的原因，很多专业相机都有了对应的降噪策略，比如佳能在相机菜单设置里就有两种降噪方式：长时间降噪、高ISO降噪。

佳能单反长时间降噪功能选项

佳能单反高ISO降噪功能选项
而手机的相机在这方面虽然没有专业相机的降噪功能，但也有一些解决的方案，魅族PRO 7搭配多帧降噪算法，使得暗光环境，也能拍出纯净的夜景照片。

值得一提的是魅族PRO 7搭载了与MX6同样型号的索尼IMX386传感器，这一传感器与多帧降噪的功能进行组合，给手机摄影爱好者提供了更多的便捷之处。

三、多帧降噪原理
魅族PRO 7的多帧降噪究竟是什么呢？所谓多帧降噪就是在夜景或者暗光环境下，相机在按快门到成像的时候会采集多张/多帧照片或者影像，在不同的帧数下找到不同的带有噪点性质的像素点，通过加权合成后得到一张较为干净、纯净的夜景或者暗光照片。通俗地说，就是手机在拍摄夜景或者暗光环境的时候，会进行多个帧数的噪点数量和位置的计算和筛选，将有噪点的地方用没有噪点的帧数替换位置，经过反复加权、替换，就得到一张很干净的照片，其实最终成像的照片是由多个帧数的影像合成的，所以在某些场合我们隐约可以看到部分物体的重影，当然只要不影像照片主体，它就可以忽略。

相机多帧降噪合成对比图（图片源于网络）
四、多帧降噪的运用
多帧降噪最先运用于相机上，尤其是索尼的单电和微单系列，后来运用到整个无反相机领域（所谓无反相机是相对于单反、双反的，“反”即反光板，广义上的无反相机包括手机、普通数码相机、单电和微单，狭义是指单电和微单）。

索尼微单多挣降噪功能菜单
而这几年高端手机也运用了这项降噪功能，比如魅族PRO 7的多帧降噪在很多场景都非常适合，白天利用专业模式拍摄一些慢快门场景，就就可以通过多帧降噪将暗部的细节很干净利落得处理的非常柔和。比如这张慢门中的黑色轿车，放大之后几乎看不到噪点。

而拍摄夜景，尤其是手持夜景，多帧降噪则体现得更加直观，比如这张蜡烛的照片，在整体偏暗的情况下，亮部的细节和轮廓非常清晰，而黑暗部分则体现的非常纯净。

总之，多帧降噪的运用环境，个人觉得要满足一下几个特点：
1、白天的慢门，尤其是专业模式下拍摄，尽可能不要低于1/10s。
2、自动模式下，尽量关闭HDR，减少二次重影的出现，因为HDR也是多张合成的。
3、夜景拍摄的时候，尽量避免光线复杂的环境，否则需要利用PS里面的高斯模糊进行后期的二次降噪。