典型的Truesense成像線性CCD的輸出放大器噪聲

在理想的數(shù)碼相機(jī)中，CCD的噪聲性能決定著輸出圖像的動(dòng)態(tài)范圍。噪聲有兩種主要類型：時(shí)間噪聲和空間噪聲。盡管可以使用差分技術(shù)來(lái)補(bǔ)償空間噪聲，但時(shí)間噪聲卻無(wú)法提供這種機(jī)會(huì)。

散粒噪聲是一種時(shí)間噪聲，它是由光子隨機(jī)到達(dá)傳感器引起的。噪聲與收集的光子數(shù)的平方根成比例。因此，收集更多的光子，意味著更長(zhǎng)的曝光時(shí)間或傳感器上更大的像素，意味著更高的SNR。例如，具有100個(gè)電子的信號(hào)具有10個(gè)散粒噪聲電子。這是自然界對(duì)噪聲的下限：假設(shè)成像儀中的所有其他部件都是完美的，則總噪聲將永遠(yuǎn)不會(huì)低于此。

有兩個(gè)暫時(shí)的白噪聲源：復(fù)位噪聲和輸出放大器噪聲。在這兩種情況下，噪聲源都是電阻。使用相關(guān)雙采樣之類的技術(shù)幾乎可以消除復(fù)位噪聲。降低放大器輸出電阻并增加放大器增益可以減輕輸出放大器的白噪聲。同樣，低通濾波可以減少有效信號(hào)帶寬，從而減少產(chǎn)生的噪聲。

有源硅器件還存在暫時(shí)的閃爍噪聲，有時(shí)稱為1 / f噪聲。對(duì)于低于轉(zhuǎn)折頻率的頻率，此1 / f噪聲支配噪聲功率，而對(duì)于高于轉(zhuǎn)折頻率的頻率，此噪聲支配噪聲。在轉(zhuǎn)折頻率以下，頻率每降低十倍，噪聲功率就會(huì)增加十倍。閃爍噪聲是由氧化硅界面處的陷阱引起的。捕獲在這些陷阱中的電子會(huì)阻礙電流的流動(dòng)，就像流中的卵石一樣。

暫時(shí)的暗電流散粒噪聲可能來(lái)自兩個(gè)來(lái)源：表面或整體。無(wú)論哪種情況，噪聲電流產(chǎn)生部位都會(huì)引入“禁止”能量狀態(tài)，這些狀態(tài)使電子能夠利用熱能從價(jià)態(tài)躍遷到導(dǎo)帶。這些電子然后添加到累積的信號(hào)中。表面暗電流散粒噪聲是體積噪聲的100倍。這些表面暗電流產(chǎn)生位點(diǎn)也位于氧化硅界面附近。表面暗電流散粒噪聲可通過(guò)反向操作降低。大量暗電流散粒噪聲產(chǎn)生部位出現(xiàn)在耗盡區(qū)邊界附近。生成位點(diǎn)的數(shù)量是整體硅中金屬雜質(zhì)的函數(shù)。

典型的Truesense成像線性CCD的輸出放大器噪聲

空間噪聲有兩種主要類型。第一個(gè)是光響應(yīng)不均勻，第二個(gè)是暗電流不均勻。光響應(yīng)空間噪聲是由于并非每個(gè)像素都對(duì)光具有同等響應(yīng)這一事實(shí)而產(chǎn)生的?？梢酝ㄟ^(guò)從所需圖像中減去“平場(chǎng)”圖像來(lái)消除這種噪聲。暗電流空間噪聲是由于所有像素均產(chǎn)生不同數(shù)量的暗電流噪聲而產(chǎn)生的。也可以通過(guò)從所需圖像中減去深色參考圖像來(lái)減少這種噪聲。但是由于一些暗噪聲是散粒噪聲，因此在執(zhí)行微分時(shí)，該噪聲將增加兩倍的平方根。

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