为什么噪声不取决于曝光时间？

在帖子中，为什么相机只使用一次曝光而不是整合许多非常快速的读取？一个重要的问题是噪声是否取决于曝光时间。噪声是指绝对噪声（N），而不是相对噪声（S / N）。我对这种相关性深信不疑，因为我一直认为噪声是在曝光时间内累积的，所以如果噪声时间越长，噪声就会越高。

为了检验这个假设，我尝试用镜头盖盖住镜头拍摄黑色图像，使S = 0。我正在使用佳能600D，ISO100和f / 3.5

我编写了一个python脚本，以简单均值或二次均值（sqrt（sum_i（R_i ^ 2））计算所有像素的平均值，其中R_i是仅考虑红色通道的第i个像素。

我使用jpeg，因为我无法从python读取原始数据。使用jpeg时，噪声的分辨率很小（1/256），但是我获得了有趣的结果。

这是曲线图：y轴为噪声，x轴为曝光时间。

似乎噪声在1s的曝光时间内是相当恒定的，然后开始增加

我也尝试过用ISO3200拍摄，结果如下：

正如预期的那样，噪声要大得多（约10倍），但曝光时间的行为类似（可能上升得更快）。

为什么这样的行为？

为什么绿色通道更吵？

首先，您无法真正通过JPEG评估任何形式的噪声。压缩甚至最小的压缩都会对噪声的出现产生可测量/可见的影响。您只能使用RAW图像真正评估噪点。

只是为了确保您了解图像噪声的主要来源是光子散粒噪声吗？您要评估的噪声是相机读取的噪声，通过电子电路的电流产生的噪声，并且可能是由图像传感器中所用材料的轻微瑕疵引起的。对于给定的ISO级别，读取噪声通常是传感器的固定方面，直到诸如热量之类的其他因素开始改变它为止。此外，暂时让信号进入讨论范围……读取噪声是最大信号的微小部分，因此，即使在图形中达到峰值0.009 @ ISO 3200时，当您在其上拍一个足够强的图像信号时，读噪声的影响实际上可以忽略不计，以至于毫无意义。光子散粒噪声 迄今为止，由较弱的信号（与单个光电二极管的物理全阱容量相比）和分布广泛的不一致的光子撞击图案所引起的图像信号本身的噪声，是造成高ISO噪声的主要原因。您必须真正深入研究ISO 3200照片的最暗阴影才能找到读取噪音的迹象。

当您暴露长达1秒的时间时，我会认为读取噪声量是平坦的，因为您没有在电路中积聚足够的热量来产生影响。根据您的测试，当您暴露1s时，热量可能开始累积并产生影响。随着您继续暴露越来越长的时间，热噪声对整体读取噪声的影响会增加。

我不是CMOS图像传感器工程师，因此我无法比这更深入。根据索尼和佳能已经阅读的众多专利，我将提供噪声随曝光时间增加的其他原因。在该专利专案中浮现出许多降噪专利，这些专利旨在识别，跟踪和消除各种可能的噪声源。大多数处理暗电流噪声，放大器噪声或A / D转换器噪声，但还有其他来源。有些专利甚至在读出期间切断了用于消除噪声和读出电容电路的主电源，从而消除了电源本身的暗电流会在读出期间增加噪声的可能性（我相信这是佳能的专利，

可以说，随着暴露超过一定阈值，热噪声肯定会成为主要的噪声产生者。我不会猜到该阈值正好是1s，但是您的测试肯定表明了这一点。