Является ли теневой шум web-камеры случайным сигналом?
Да шум будет случайным но для всей матрицы в целом. Для каждого отдельного пикселя он будет зависим от его чувствительности, полученной при производстве матрицы. Так что надо брать группы пикселей как минимум 8х8 а лучше 64х64. Закономерности могут быть связанны с источниками радиосигнала поблизости - таких как мобильный телефон и wi-fi.
Интересный вопрос.
В принципе шум матрицы это какие то наводки, разумеется в них буде просматриваться определенный тренд (проверьте  на нескольких определенных пикселях из последовательности кадров), но средневзвешенное значение каждого кадра будет случайным. Случайность среднего можно усилить назначив каждому пикселю свой вес.
Так же можно просуммировать несколько кадров за определенный период и посмотреть что получится