노이즈는 우리 이미지에서 ‘의도하지 않았던 신호’의 형태로 나타난다. 우리가 완벽한 영상을 찍을 수 있다면, 우리가 보고 있는 3D 환경 또는 3D 피사체는 완벽하게 2D 이미지 환경에 투사(projection)될 것이다. 2D이미지에서 노이즈가 발견 된다면, 이 이미지를 우리가 3D로 역투영 시켰을 때 우리는 실체와 다른 물체를 보게 될 것이다. 노이즈는 신호처리 / 영상처리의 관점으로 보았을 때, 데이터에 불필요한 variance를 주고 특정 경우에는 outlier급으로 variance를 주기 때문에, 우리의 주 목적인 ‘의미있는 패턴 찾기’를 어렵게 한다.
확실한건, 우리는 노이즈를 좋아하지 않는다. 하지만 노이즈는 소프트웨어 뿐만이 아니라 하드웨어에서도 오는 것이기 때문에 완전히 없앨 수는 없고, 대신 최소화하는 방법에 대해 강구해야한다. 노이즈에는 여러가지 종류가 있기 때문에, 우리는 우선 노이즈에는 어떤 종류가 있는지 이해해야하고 각각의 종류의 노이즈를 최소화 하는 방법을 알아야 한다. 이를 알아야 우리는 내 이미지에 어떤 노이즈가 가장 큰 영향을 주는지 알고, 순차적으로 노이즈를 최소화하여 깔끔한 이미지를 얻을 수 있다. 노이즈를 줄이는 방법에는 소프트웨어적 필터 기법들도 있고, sensor sensitivity나 dynamic range등의 카메라 설정을 바꾸는 하드웨어적 기법이 있다.
노이즈의 종류에는 크게 Read Noise와 Shot Noise가 있다.
Read Noise 는
와 같이 두가지 종류가 있다.
Read Noise 는 대부분의 경우, 카메라에 들어오는 빛의 신호의 세기와 상관없이 고정적으로 생긴다. 이 때문에 Read noise를 측정하기 위해서는 카메라 센서에 노출되는 빛을 전부 차단하고, 이 때 측정되는 센서 리딩 값을 측정한 다음 RMS (Root-Mean-Square) 값을 받으면 된다. 시간을 두고 측정해서 표준 편차 (standard deviation) 역시 구할 수 있다. 이 노이즈가 뜻하는 것은, 카메라 센서에서부터 프로세서에서 인식하는 값까지 정보가 이동하는 경로에서 나타나는 랜덤한 신호 변화이며, 보통 가우시안 분포를 따른다.
보통 CCD 센서가 CMOS 센서보다 Read noise가 작다고 얘기한다. 그러나 이것은 카메라의 인풋/아웃풋 사이에서만 나오는 read noise를 측정한 것이다. CCD 센서 구조상 카메라 외부에서 ADC 작업을 하기 때문에, 카메라 인풋/아웃풋 사이에서는 ADC 작업을 카메라 내부 auxiliary circuit에서 진행하는 CMOS 센서에 비해 작은 read noise를 보이는 것이다. 하지만 실제로 PC의 CPU등과 같이 메인 프로세서에 도착할 때 까지의 read noise (즉 ADC 작업을 거친 상태까지)로 보면, 그 둘의 read noise는 비슷할 수도 있다.