22/06/01Donkere stroomis een cameraruisbron die afhankelijk is van temperatuur en belichtingstijd, gemeten in elektronen per pixel per seconde belichtingstijd. Voor toepassingen met belichtingstijden van minder dan één seconde, met donkerstroom van minder dan 1 e-/p/s, kan deze doorgaans worden genegeerd in de signaal-ruisverhoudingsberekening.
Bijvoorbeeld, bij een donkerstroomwaarde van 0,001 e/p/s leiden belichtingstijden van 1 ms of 60 seconden beide tot een verwaarloosbare ruisbijdrage. De ruiswaarde wordt berekend door de donkerstroomwaarde te vermenigvuldigen met de belichtingstijd, alles onder een vierkantswortel. Een andere camera met 2 e-/p/s bij een belichting van 60 seconden zou echter √120 = 11 e- aan donkerstroomruis toevoegen, wat veel significanter kan zijn dan de leesruis bij lage lichtniveaus. Toch zou zelfs dit hogere donkerstroomniveau bij een belichting van 1 ms verwaarloosbaar zijn.
Figuur 1: Figuur 1(a) komt van een Tucsen-gekoelde CMOS-cameraFL 20BWdat de donkere stroom zo laag is als 0,001 e/pixel/s. Figuur 1(b) laat zien dat Figuur 1(a)a uitstekende achtergrond dieaVrijwel immuun voor donkerstroomruis, hoewel de belichtingstijd wel 10 seconden bedraagt.
Donkerstroomruis wordt veroorzaakt door de thermische beweging van elektronen in de camerasensor. Alle atomen ondergaan thermische trillingsbewegingen, en af en toe kan een elektron uit het substraat van de camerasensor 'springen' in de pixelholte waar gedetecteerde foto-elektronen worden opgeslagen. Het is onmogelijk om onderscheid te maken tussen deze 'thermische' elektronen en elektronen die zijn ontstaan door de succesvolle detectie van een foton. Tijdens de belichting van een afbeelding kunnen deze thermische elektronen zich ophopen en bijdragen aan een donkerstroomsignaal op de achtergrond. Het precieze aantal elektronen is echter willekeurig, wat leidt tot de bijdrage van donkerstroomruis. Aan het einde van de belichting worden alle ladingen uit de pixel verwijderd, klaar voor de volgende belichting.
Donkere stroomruis is niet alleen afhankelijk van de temperatuur, maar ook van het ontwerp, de architectuur en de elektronica van de camerasensor. De ruis kan dus per camera sterk verschillen bij dezelfde sensortemperatuur.
Is een lage donkerstroom belangrijk voor mijn beeldvorming?Of een bepaalde donkerstroomwaarde aanzienlijk bijdraagt aan de signaal-ruisverhouding en de beeldkwaliteit van uw beelden, hangt volledig af van uw beeldscenario.
Bij scenario's met hoge lichtbeelden met duizenden fotonen per pixel na een camerabelichting is het zeer onwaarschijnlijk dat de donkere stroom een significante invloed heeft op de beeldkwaliteit, tenzij de belichtingstijdmes zijn erg lang (tientallen seconden tot minuten), zoals in astronomische toepassingen.
Figuur 2: Aanbeveling voor een Tucsen-camera met lange sluitertijd
