22/06/01Prąd ciemnyto źródło szumu kamery, które jest zależne od temperatury i czasu ekspozycji, mierzone w elektronach na piksel na sekundę czasu ekspozycji. W zastosowaniach z czasami ekspozycji krótszymi niż jedna sekunda i prądem ciemnym mniejszym niż 1e-/p/s, zazwyczaj można je pominąć w obliczeniach stosunku sygnału do szumu.
Na przykład, przy wartości prądu ciemnego 0,001 e/p/s, czasy ekspozycji 1 ms lub 60 sekund prowadzą do pomijalnego udziału szumu, gdzie wartość szumu jest równa wartości prądu ciemnego pomnożonej przez czas ekspozycji, wszystko pod pierwiastkiem kwadratowym. Jednak inny aparat z wartością 2 e-/p/s i czasem ekspozycji 60 sekund wprowadziłby dodatkowy szum prądu ciemnego o wartości √120 = 11 e-, który może być znacznie większy niż szum odczytu przy niskim poziomie oświetlenia. Mimo to, przy czasie ekspozycji 1 ms, nawet ten wyższy poziom prądu ciemnego byłby pomijalny.
Rysunek 1: Rysunek 1(a) pochodzi z kamery CMOS chłodzonej TucsenFL 20BWże prąd ciemny wynosi zaledwie 0,001e/piksel/s. Rysunek 1(b) pokazuje, że rysunek 1(a) maa doskonałe tło, któreaPrawie odporny na szum ciemnego prądu, chociaż czas ekspozycji wynosi aż 10 sekund.
Szum prądu ciemnego jest spowodowany ruchem termicznym elektronów wewnątrz matrycy aparatu. Wszystkie atomy podlegają ruchowi oscylacyjnemu, a czasami elektron może „wyskoczyć” z podłoża matrycy aparatu do studni pikselowej, gdzie gromadzone są wykryte fotoelektrony. Nie da się odróżnić tych „termicznych” elektronów od elektronów powstałych w wyniku udanej detekcji fotonu. Podczas naświetlania obrazu te elektrony termiczne mogą się kumulować, przyczyniając się do powstania tła sygnału prądu ciemnego. Jednak dokładna liczba elektronów jest losowa, co prowadzi do powstania szumu prądu ciemnego. Po zakończeniu naświetlania mierzone są wszystkie ładunki usuwane z piksela, gotowe do kolejnej ekspozycji.
Szum prądu ciemnego zależy od temperatury, ale w dużym stopniu zależy także od konstrukcji, architektury i elektroniki aparatu, więc może się znacznie różnić w zależności od aparatu przy tej samej temperaturze czujnika.
Czy niski prąd ciemny ma znaczenie dla mojego obrazowania?To, czy dana wartość prądu ciemnego będzie miała znaczący wpływ na stosunek sygnału do szumu oraz jakość obrazu, zależy wyłącznie od sposobu obrazowania.
W przypadku scenariuszy obrazowania przy dużym natężeniu światła, obejmujących tysiące fotonów na piksel po naświetleniu kamery, mało prawdopodobne jest, aby prąd ciemny miał znaczący wpływ na jakość obrazu, chyba że czas naświetlaniamsą bardzo długie (dziesiątki sekund do minut), jak np. w zastosowaniach astronomicznych.
Rysunek 2: Zalecenia dotyczące aparatu z długim czasem naświetlania w Tucsen
