物证检验照相中噪点的产生原因及解决方案

【摘要】数码相机的噪点影响了照片成像质量，给数码相片进行物证检验、作为诉讼证据使用、进行网络传输等都带来了不利因素，文章分析了噪点产生的原因，并提出了解决方案。

【关键词】噪点（noise）；CCD（charge-coupled device）；光电转换；降噪

【中图分类号】TH744【文献标识】A

【文章编号】1671-5969（2007）02-0144-02

近年来，随着现代数字影像技术的飞速发展和数码相机研制的不断成熟，数码照相已经被广泛应用于公安刑事照相中。《刑事照相设备技术条件(GAT 591—2006)》中也正式将数码相机列为可选照相器材之一。在实际运用中我们发现，因为数码相机与胶片相机的成相原理不同，在某些场合下拍摄的照片，画面上不同程度布满细小的糙点，好象相片受到了污损。这就是数码相机的噪点（noise），也称为噪声、噪音，主要是指成像元件CCD（CMOS）将光线作为接收信号接收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。在电脑上将数码照片拍摄到的高画质图像缩小观察时，未必明显，如果将原图像放大或冲印成照片，就会出现本来没有的颜色（假色），这种假色就是图像噪音造成的。这些现象的产生，影响了照片成像质量，给数码相片进行物证检验、作为诉讼证据使用、进行网络传输等都带来了不利因素，因此有必要加以研究并予解决。

一、噪点产生的原因

（一）CCD（CMOS）的物理特性造成的噪点

噪点是图像传感器电荷耦合器件CCD（CMOS）将光线转化为电压时所产生的，之后再经采样后形成一个数字值。传感器产生的噪点数与其物理特性有关，包括它的尺寸以及信噪比（SNR）。一般来说，传感器越小，捕捉光线效率越低。在数码相机上，当增加ISO设置（相当于普通胶片相机选择更高的胶片速度，或者在暗光里加长曝光时间以捕捉细节）时，传感器为捕捉更多的光线，造成SNR的下降，则产生更多的噪点，并且这种情况下产生噪点面积较大。噪点主要程度上依赖于相机的质量，但ISO设置超出400后，几乎所有相机都会产生显而易见的噪点问题。这种情况在夜间现场照相、物证照相（特殊光源下）长时间曝光的表现比较突出。

（二）用JPEG格式对图像压缩而产生的图像噪点

大多数数码相机的常用存储格式为JPEG图像格式，因其缩小图像尺寸后表现自然，所以可以利用特殊的方法来减小图像数据。压缩时，该格式以照片中上下左右8×8个像素为一个单位在相机中进行处理，在两个8×8个像素单位边缘处会发生不自然的结合。 由JPEG格式压缩而产生的图像噪点也被称为马赛克噪音（Block Noise），压缩率越高，图像噪音就越明显。 这种噪音在照片放大冲印时，尤其是进行了色彩补偿后，表现非常明显。

（三）模糊过滤造成的图像噪音

模糊过滤造成的图像噪点也是相机在对图像进行处理时造成的图像噪音。对于尺寸较小的图像，为了使图像显得更清晰而强调其色彩边缘时就会产生图像噪点。 所谓的清晰处理就是指数码相机具有的强调图像色彩边缘的功能。在不同款式的数码相机中会对整个图像进行色彩边缘的强调。而处理以后就会在原来的边缘外侧出现其他颜色。 此情况在照片用于网络传送时非常明显。

二、 解决方案

（一）选用CCD（CMOS）尺寸较大的数码相机

《刑事数字影像技术规则(GAT 592—2006)》下列规定：“4.1.1.3数字相机使用的电荷耦合器件的几何尺寸不应小于23.7mm×15.6mm”。这是根据CCD（CMOS）的特性制定的，其类似传统相机的底片，是感应光线的电路装置。当光线与图像从镜头透过、投射到其表面时，就会产生电流，将感应到的内容转换成数码资料储存起来。CCD（CMOS）面积越大、像素数目越多、单一像素尺寸越大，信噪比越低，收集到的图像就会越清晰，表现在照片上则为噪点减少。因此在器材的选择上，应按照标准要求，选择CCD（CMOS）尺寸较大的数码相机。但一般说来，CCD（CMOS）尺寸越大的相机，价格就越高。

（二）使用相机的RAW模式拍摄

RAW文件是每个相机制造商的一种专有格式。当数码相机进行曝光时，CCD（或是CMOS）仅以电平的高低来记录每个像素点的光量，然后数码相机再将这些电信号转化成为相应的数字信号，一般被记录为12位或14位的数据。如果相机记录了12位或14位的数据，就意味着每个像素点有4096（2的12次方）或16384（2的14次方）种不同的亮度级别，因此这些文件是无损失压缩的。选择RAW作为文件的存储格式，后期可以通过RAW转换工具保存成16位的TIFF或PSD格式进行输出，可以有效避免相机进行Jpeg压缩或使用模糊过滤产生额外的噪点问题。但RAW文件值比较大，一张照片文件的大小都在6M以上，对数码相机的存储媒介也提出了更高的要求。

（三）拍摄技巧与软件配合使用解决长时间曝光引起的噪点

在夜间现场照相、物证照相（特殊光源下），往往需要长时间曝光。场景及物证拍摄完毕后，合上镜头盖再作一次曝光，相机参数使用设置要与原片完全相同，得到一张全黑照片。然后利用Photoshop软件的运算功能来消除原片上的噪点。首先在Photoshop中打开上述两幅图片，将全黑的一幅拖动到原片上，建一个新层。按Shift键调整新层使之精确地在底层上定位。然后，在黑色影像层上使用高斯模糊滤镜，半径调为0.5像素，在将图层混合模式中，选择“差值”，即可减少噪点。

（四）用Photoshop软件去除高ISO值引起的噪点

高ISO值噪点的产生是因为在低亮度情况下生成图像需要更高的放大倍数，因此相机会造成更多的随机噪声和扩散噪声。用Photoshop软件打开需要处理的照片。首先，将照片拖到图层面板下方的“创建新的图层”图标上，建立一个新的图层，将新层的名称改为“noise blur”，使用“中间值”滤镜，半径设为6至18个像素。然后将图层的混合模式改为“颜色”，此时噪点有明显的降低。

（五）使用Neat Image软件对照片进行降噪处理

Neat Image是一款比较专业的数码图象降噪软件，当前有三个版本：Home（家庭版）、Pro和Pro+。除了家庭版中具有的功能外，Pro版提供完全的批处理能力以及对16位的支持。Pro+版既可以作Photoshop的插件，也可以当一个独立应用软件来使用，推荐使用Pro+版。

Neat Image首先通过分析不包括任何细节内容的区域，建立一个描述相机噪点特性的配置文件。建立配置文件的过程为：先用一个长方形框定义一块合适的方形区域，然后点击“粗略噪点分析器”，即可产生基本的配置文件。然后再点击“自动微调”键，计算不同图像区中的噪点水平和局部亮部的依赖关系。这种分析考虑了噪点水平在各种色调范围内的变化，例如，越暗的部分噪点会越严重。自动微调会调整对噪点水平进行估计的十个色调段滑块。也可以手工调整这些滑块。如果在高亮度区域里没有噪点，可以将最右边的三个滑块调为零。

配置完成后，就到了过滤阶段。此时，控制部分有三个面板：噪点过滤设置、噪点降低数量和锐化数量。每个部分都可以用来控制对图像高、中、低频部分的降噪工作。与配置分析过程一样，过滤设置是在一个YCrCb色彩空间中工作，因此能区分开影响像素亮度的噪点以及影响像素颜色的噪点，并给以不同的设置。用默认的设置可以对照片进行快速修复，另外也可以使用丰富的预置选项。

最后一步点击“输出图像”，软件就会按照选择的设置对图像进行过滤，此时数码照片产生的噪点明显消除。Neat Image的降噪效果较好，但处理速度稍慢，对电脑的配置要求较高。

三、结论

为更好的发挥刑事数码照相在刑事侦查工作中的作用，本文对数码相片噪点产生的原因及解决方法进行了探讨。需要注意的是，在上述解决方案中都有各自的优缺点，操作中应根据实际情况，决定采用何种方案解决，或是多种方案联合使用，以选出最好的降噪方法。

【参考文献】

[1]刑事照相设备技术条件(GAT 591—2006)（S）．全国刑事技术标准化技术委员会刑事照相录像标准化分技术委员会，2006．

[2]刑事数字影像技术规则((GAT 592—2006)（S）．全国刑事技术标准化技术委员会刑事照相录像标准化分技术委员会，2006．