CCD灵敏度和噪音-什么是噪音，噪音有什么关系?

相机的灵敏度通常以光子数量或光子通量的度量来表示，这种度量与人类的观测有关，称为Lux。勒克斯是照度的量度单位，每平方米有1流明。流明是一瓦特光度的等量物，其权重与“标准观察者”的眼睛反应相匹配。

人眼的灵敏度因波长的不同而不同，这意味着光子的数量相当于给定的光度量。上表中的光子转换假设光是单色黄绿光，波长为555nm，这是人眼灵敏度的峰值。例如，对于给定的最小光敏度，光子的数量会发生变化，见下表，该表显示了典型的人类观察者在各种测量方法中可识别的最小光级。

光度法(考虑到人类对光强的感知)与辐射法(光强的绝对测量)的细节将在后面的章节中介绍。

如果一个给定的光信号在相机上感应到一个低于相机读出噪声的信号，它就不能被检测到，所以相机的总噪声是定义相机灵敏度的一个有用的方法。由数码相机测量的噪声来自许多来源，将在后面的章节中详细介绍。

这里，我们将主要关注三个主要来源，它们是:
传感器读出噪声
热噪声
来自信号本身的噪声:光子噪声

相机的总噪声是一个和，在正交中(即噪声的各平方之和取平方根)计算如下:

读出噪声是传感器的固有特性，除了EMCCD相机(将在后面的章节中介绍)，它通常是大多数相机灵敏度的限制。读出噪声是噪声源的组合，它来自于将产生的光电子放大和转换成电压的过程。多年来，读出的噪声有所改善，但从根本上说，相机读出的速度越快，由于所需带宽的增加，读出的噪声就越高。低噪声CCD在过去通常采用非常低的读出速度，因此它们通常被称为慢扫描CCD。

第二个噪声源是硅传感器中由热产生的电荷产生的暗噪声。最近在CCD设计上的改进大大降低了暗噪声到可以忽略的水平，并将其在室温下对总读出噪声的贡献降低到每像素10个电子以下。为了达到最终的灵敏度，还需要将CCD冷却到~-100°C。

一些室温相机可能有一个如此低的暗信号，它可以忽略积分周期为一秒或更少。冷却进一步降低暗信号，并允许更长的整合时间，长达几个小时，没有明显的暗电荷积累。暗电荷产生的噪声由泊松统计给出，作为热效应产生的电荷的平方根，即:

入射光子有一种固有的噪声信号，称为光子脉冲噪声。如果我们考虑光子数量P的影响，它将在像素上产生一个Ne电子信号QE DQE，它们将有一个噪声定义由泊松统计显示:

如果我们看看上面的图表，我们可以通过计算DW436相机在冷却到- 65°C或- 25°C时曝光从1秒增加到1000秒时的灵敏度(以及噪声)，看到一个实际例子的结果。

从规格表中，我们可以看到读出噪声= 7.5e- @ 1MHz和暗电流在-65°C = 0.003 e-/像素/秒，在- 25°C是1e-/像素/秒。

如上图所示，在-25°C时，较高的暗电流开始增加曝光10秒或更长时间的总体噪声。当冷却到-65°C时，暗电流对曝光时间少于1000秒的影响可以忽略不计。需要注意的是:计算的噪声是平均值，实际测量的峰值值通常比平均值高5倍。在后面的章节中，您将看到，要检测具有相当高可信度的信号，信号通常必须大于读噪声的平方!