[ 暗電流 ] – 暗電流が低いことはイメージングにとって重要ですか?

時間2001年6月22日

暗電流は、温度と露光時間に依存するカメラのノイズ源であり、1秒あたりの露光時間当たりの電子数(ピクセルあたり)で測定されます。1秒未満の露光時間で暗電流が1e-/p/s未満のアプリケーションでは、通常、信号対雑音比(S/N比)の計算では無視できます。

例えば、暗電流値が0.001 e/p/sの場合、露光時間1msと60秒のどちらもノイズの寄与は無視できるほど小さくなります。ノイズ値は暗電流値と露光時間の積で平方根をとって求められます。しかし、60秒の露光時間で2e-/p/sの別のカメラでは、√120 = 11e-の暗電流ノイズがさらに加わり、これは低照度時の読み出しノイズよりもはるかに大きくなる可能性があります。それでも、1msの露光時間では、この高い暗電流レベルでさえ無視できるほど小さくなります。

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図1:図1(a)はTucsen社の冷却CMOSカメラのものである。FL 20BW暗電流は0.001e/pixel/sと低いことが分かります。図1(b)は、図1(a)と比較して、a 優れた背景a露光時間が 10 秒と長いにもかかわらず、暗電流ノイズの影響はほとんど受けません。

暗電流ノイズは、カメラセンサー内の電子の熱運動によって発生します。すべての原子は熱振動運動をしており、時折、電子がカメラセンサーの基板から飛び出し、検出された光電子が蓄積されるピクセルウェルに飛び込むことがあります。これらの「熱」電子と、光子の検出に成功した際に発生した電子を区別することは不可能です。画像の露光中にこれらの熱電子が蓄積され、背景の暗電流信号に寄与することがあります。しかし、電子の正確な数はランダムであるため、暗電流ノイズに寄与します。露光終了時には、すべての電荷がピクセルから消去され、次の露光に備えます。

暗電流ノイズは温度に依存しますが、カメラセンサーの設計とアーキテクチャ、カメラの電子機器にも大きく依存するため、同じセンサー温度でもカメラごとに大きく異なる場合があります。

イメージングには暗電流が低いことが重要ですか?特定の暗電流値が画像の信号対雑音比と画像品質に大きく貢献するかどうかは、イメージングのシナリオによって完全に異なります。

カメラの露光後に1ピクセルあたり数千の光子が発生する高光量撮影シナリオでは、露光時間が長くならない限り暗電流が画質に影響を及ぼす可能性は極めて低い。mesは非常に長い(数十秒から数分)天文学のアプリケーションなど.

図2:トゥーセンの長時間露光カメラの推奨

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