CCD噪声(read noise)

CCD噪声

CCD的噪声主要来自两个方面：

l  一个是CCD器件自身所固有的噪声，如光电子数量起伏噪声、暗电流噪声、电荷转移噪声、读出放大器复位噪声、模拟-数字转换量化噪声、行转移时钟和水平移位寄存器驱动时钟之间的串扰导致的噪声等。

l  另一个方面就是CCD工作过程中的外界各种噪声干扰，即随机噪声。

1.        散粒噪声

进入CCD光敏区的光子产生的光电子的过程可看作是独立的、均匀、连续发生的随机过程，波长和光强一定的光，单位时间内产生的光电子数量并非绝对不变，而是在一个平均值附近作微小的波动。这一微小的起伏便形成散粒噪声。光电子数量服从泊松分布，设光电子数量的平均值为S(ignal)，则其方差也是S。

2.        暗电流噪声（Dark Noise）

由于热激发，CCD基底材料P-Si也会产生电子，产生的电子独立于光电子的产生过程。热激发单位时间的电子数服从泊松分布，由于累积，所以热激发电子数量的平均值为热激发电子产生速率与时间的乘积：N_d=D_e×T_expose，其方差也是 N_d。

Greateyes GE-VAC 1024 256 BI UV1暗噪声0.0005 e^-/pixel/sec @ -80℃

3.        读出噪声（Readout Noise）

读出噪声是在将像素中的电荷转移出相机过程中电子学产生的噪声，是将每个像素的电荷转换为信号，并将其转换为数字值（ADU或灰度值）时，系统组件产生的所有噪声的组合，如电荷转移噪声、读出放大器复位噪声、模拟-数字转换量化噪声、行转移时钟和水平寄存器驱动时钟之间的串扰导致的噪声等。显然，读出频率越高、行转移越快、数字化Bit数越少，读出噪声越高。

因为读出噪声是在读出像素信号时添加到像素的，因此，各个像素的读出噪声是不均匀的。

Greateyes GE-VAC 1024 256 BI UV1不同像素读出频率下的读出噪声标称值分别为：9.7e rms @500kHz、12.1e rms @1MHz和19.2e rms @3MHz

目前，测量CCD系统的噪声性能一般采用遮光测量法和三维噪声测量法。遮光测量法不能进行在线实时测量，也不能反映CCD相机在实际使用环境下的噪声。三维噪声测量法不能在成像时测量成像系统的噪声，入射光的非均匀性是该方法产生误差的主要原因，因此这种方法对测量环境有严格的要求。

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