雖然知道CCD的雜訊可分為許多種類的來源, 可是想請教CCD的低曝光量的時候比較容易產生雜訊的原因是什麼, 請知道的好心人士可以告訴我, 謝謝!



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在弱光時,CCD產生的訊號很弱,就會被一些雜訊所干擾。這些雜訊有:量子雜訊、陰極暗電流、CCD暗電流、CCD讀出雜訊。

 

※量子雜訊Quantum Noise

CCD是光電效應的原理,光子打中CCD,然後產生電子。在量子效應中的不確定原理uncertainty principle,使得我們在觀測的結果上,不是絕對的值,而是隨機的變化,這種因為不確定原理而產生的量子雜訊。

 

※陰極暗電流Cathode Current

CCD等光電管的電流由陰極光電子所生,但是會受到其他因素影響電流,稱為陰極暗電流。主要的陰極暗電流是陽極反向電流。

陽極反向電流:在光電管製造時或使用光照之後,陽極會受到陰極蒸發出的鹼金屬污染,形成電流。一般去除這種污染的方法是在陽極兩端施加電壓,加熱使鹼金屬蒸發。

 

CCD暗電流Dark Current

在絕對零度,所有電子的活動歸於零,隨著溫度的增加而活動。所以CCD在無光照射時,受熱熱運動可能使部分電子逸出,形成暗電流。尤其CCD本身就是一個耗電的裝置,自然就會產生熱量。隨著使用時間的增加,CCD會發熱,產生暗電流。CCD暗電流也算是廣義的陰極暗電流。

另外像一些環境因素,也會造成CCD暗電流,例如EMI沒做好。

 

CCD讀出雜訊Readout Noise,或稱轉換雜訊

這是電子線路設計的問題。例如在電荷轉移、信號放大、模數變換等作法上,除了處理恰當外,還要累積經驗值,掌握元件特性。所以類比工程師調CCD訊號是很累的。

 

在一般消費型數位相機,電子工程師多針對CCD暗電流和CCD讀出雜訊來加以著墨。做法大多是:電子電路改善、裝設濾波器、調整CCD訊號。

到了高階的CCD系統,可以用冷凝CCD來消除CCD暗電流,冷凝CCD必須作真空封裝或是氮氣封裝來避免水汽凝結。

到了最敏感的系統,例如生物晶片掃描器,多使用光電倍增管PMT。光電倍增管具有陰極亮度靈敏度,才能從微弱的螢光中,分辨出細胞激出螢光及激發光線。