原文标题：《原来提高相机 ISO，可以减少照片的噪点！》
很多人认为提高 ISO 会增加噪点，而实际情况恰恰相反，提高相机的 ISO 可以在一定程度上减轻噪点带来的负面影响。接下来我们详细解读一下照片噪点的种类以及相机 ISO 的工作原理。
01、相机成像的流程
相机成像大致可以分为 4 步：光子转换成电子 → 电子转换成电压 → 电压放大 → 转成数字信号。
经过以上 4 个步骤，光线就变成存储卡中的数字图像了。
02、噪点的分类及成因
噪点其实就是信号的不确定性，原本均匀的图像出现波动。噪点可以分为 3 大类：散粒噪声、暗电流噪声、读出噪声。
✅散粒噪声：散粒噪声是在光电转换阶段出现的，因为光子入射到每个像素的数量都不一样，就产生了波动。这就像落到两个花盆里的雨滴数量很难相等。
✅暗电流噪声：由于热量导致传感器上激发出了电子，传感器每个像素被激发出的电子数不可能完全相等，所以也是噪声信号。
✅读出噪声 ：光子转换成数字信号的各个阶段也会引入一些噪声，这些就是读出噪声。
03、图像的信噪比
信噪比就是信号与噪声的比值。信号与噪声的强度相同时，信噪比就是 1:1。若信号再弱一些，就会被噪声淹没，无法分辨。所以，信噪比越大越好，此时信号远远强于噪声。
信噪比的计算公式：
散粒噪声的平方等于信号。暗噪声只有在长曝光才会出现，平时可以忽略不计。所以信噪比的公式可以简化为：
信号就是光子转换成的电子数量。光线充足时，信号非常强，远远超过了读出噪声的电子数量，所以在信号非常强时，可以忽略读出噪声，此时图像处于散粒噪声的控制区域。同理，信号非常弱时，就不能忽视读出噪声，此时图像处于读出噪声控制区域。
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如何提高信噪比？
提高信噪比，其实就是要提高信号的强度（增加电子数），减少读出噪声和暗电流噪声。
我们列举比较常见的几种方法：
1.增加进光量
使用大光圈、长时间的快门，增加相机的进光量，从而让更多的光子转换成电子。需要注意，进光量太多会导致照片过曝。
2.增加像元尺寸
使用大尺寸的传感器以及增加单个像素的尺寸，相机就可以接收到更多的光线，从而提高信号强度。
3.像素合并
将多个像素合并成一个像素，比如手机上常见的 4 合 1，CMOS 传感器 4 合 1 后，信号变为原来的 4 倍，读出噪声变为原来的 2 倍。
4.平均值堆栈
将 n 张图像取平均值后，信号强度不变，但总噪声会变成原来的 1/√n。这样就会得到与方法 3 相同的效果，即像素 4 合 1 与 4 张图像取平均值的效果相同。
04、增益（ISO）工作原理
增益决定了 1 个电子能转换的灰度值。灰度值的单位通常是 ADU。低增益模式下，1 个电子可能只转换成 1 个 ADU，高增益时可能会转换成 3 个 ADU，相当于在不改变进光量（光圈、快门）的前提下，把照片亮度提高了 3 倍。
提高 ISO 仅仅是提高电子转换成电压再转换成数字信息的灰度值，无法改变信号强度，因此对信噪比无影响。简单理解，灰度值就是照片的亮度，不等于信号强度。信号是光子转换成电子的数量。
既然 ISO 对信噪比无影响，为何提高 ISO 还会减少噪点呢？因为 ISO 不会放大“转换成数字信号”这一阶段以及之后的噪声。而后期提亮照片，会作用于所有的噪声。因此，提高 ISO 相当于提升了“等效信噪比”。
举个例子：在听力考试时音响外放听力录音，同时也会伴随着轻微的电流噪音。左边的考生在打呼噜，右边的考生在嗑瓜子。
提高 ISO，就相当于提高了音响 + 打呼噜的声音。后期提亮照片，就相当于提高了音响 + 打呼噜 + 嗑瓜子的声音。很明显，前一种方式更好。
但是如果嗑瓜子的声音非常小，小到可以忽略不计，那么两种方法的区别就不大了。这在相机中被称为“ISO 的无关性 / 不变性”，无论是前期提高 ISO，还是后期提亮照片，差距都不大。
05、拍摄时怎样设置 ISO
首先，要增强信号，也就是增加进光量，所以优先用光圈和快门时间提亮照片。
观察，F2.8、1/10 秒、ISO 100 与 F2.8、1/20 秒、ISO 200 的亮度相同，但是后者进光量更小，信号更差，这就是提高 ISO 导致噪点增加的原因。实际上 ISO 不会直接增加噪点，而是 ISO 改变了进光量，进光量改变了噪点。
其次，提高 ISO 优于后期提亮照片。
假如，镜头最大光圈就是 F2.8，手持拍摄超过 1/10 秒就糊了，而使用 ISO 100 照片会欠曝，这时候就要提高 ISO，而不是使用 ISO100 然后再用 PS 提亮。
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双原生 ISO 原理
在“电子转换成电压”的阶段，电子先被转移到电容，然后产生电压。根据物理公式，相同的电子数，电容越小，产生的电压就越大。
双原生 ISO 配备两个电容，当光线很弱时，所产生的电子数非常少，切换到小电容，无需增益就可以产生很高的电压。相当于只提高了音响的音量，这比提高音响 + 打呼噜的效果更好。
图：随着 ISO 的升高，读出噪声对应的 DN 值也在增加，但切换电容后单个电子对应的 DN 值降低了
接下来的文章里我们会通过公式分析各种提升信噪比的方法。
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