¿Qué causa el ruido de CCDs moderno?

Question

Los ccd son bastante buenas en estos días, pero todos los sistemas están sujetos a ruido. Un valor típico para un CCD parece ser de 20 electrones RMS por píxel. En este artículo de qsimaging.com dice

CCD Ruido de Lectura es un rasgo fundamental de los CCDs, desde la webcam barata para los CCDs en el Telescopio Espacial Hubble. Lectura del CCD de ruido en última instancia, los límites de la señal de una cámara de ruido, pero siempre y cuando este ruido exhibe una Gaussiana o normal de distribución, su influencia en las imágenes se puede reducir mediante la combinación de los marcos estándar y técnicas de procesamiento de imágenes.

La verdad es que no describen el origen del ruido, sin embargo. Sé que los astrónomos como para enfriar sus CCDs, así que estoy pensando es desde térmica de fonones que se convierten a los electrones? Estoy pidiendo específicamente acerca de la CCD, por lo que permite suponer que el ruido de disparo de la luz entrante está muy por debajo del típico ruido CCD citado anteriormente.

Answer 1

Hay un par de las principales fuentes de error intrínseco (es decir, no se asocia con el conteo de fotones desde su origen) del CCD tiene. El primero es, como ya hemos mencionado llamado ruido de lectura. Aquí está una definición razonable de ruido de lectura (tomado de Romanishin del pdf gratuito en Fotometría):

Después de una integración (de la exposición), el CCD se debe leer para encontrar la señal el valor de cada píxel - debido a que la señal puede ser tan baja como un par de electrones por píxel, este paso implica algunos muy sofisticados de los amplificadores que son parte de la CCD en sí mismo (en el chip amperios). Por desgracia, pero, inevitablemente, la lectura propio proceso genera un poco de ruido electrónico. El promedio de ruido por píxel se llama el ruido de lectura. Moderno CCDs suelen tener un ruido de lectura de 5 a 20 electrones por píxel en cada lectura (lectura de ruido es el mismo si la exposición es de 0,1 seg o 3 horas).

El segundo se llama el ruido térmico (de nuevo, como ya hemos mencionado), y es la señal que se necesita para lidiar con tomando darks. De nuevo desde Romanishin:

Si permitimos que el CCD para integrar de cierta cantidad de tiempo, SIN ningún tipo de luz caer en él, no será una señal (y lo que es más importante el ruido asociado con la señal) causada por la excitación térmica de los electrones en el CCD. Esto se llama la oscuridad de la señal. La oscuridad de la señal es muy sensible a la temperatura (temperatura más baja = menor oscuro de la señal), y es por eso que los Ccd se utiliza en astronomía se enfría (a menudo a la temperatura del nitrógeno líquido). Incluso con el enfriamiento, algunos de los Ccd tienen un no despreciable de la corriente oscura. Este debe ser medido y se resta de la imagen. Como para el sesgo, queremos tomar muchos archivos de imagen dark y combinarlos para disminuir el ruido. (El dark y bias son los marcos NO es la misma cosa!)

Espero que esto ayude a aclarar cualquier confusión.