Ist ein niedriger Dunkelstrom für meine Bildgebung wichtig?

Dunkle StrömungDas Dunkelstromrauschen ist eine temperatur- und belichtungszeitabhängige Rauschquelle der Kamera und wird in Elektronen pro Pixel und Sekunde Belichtungszeit gemessen. Bei Anwendungen mit Belichtungszeiten unter einer Sekunde und einem Dunkelstrom von weniger als 1e-/p/s kann es in der Regel bei der Berechnung des Signal-Rausch-Verhältnisses vernachlässigt werden.

Bei einem Dunkelstromwert von beispielsweise 0,001 e/p/s führen Belichtungszeiten von 1 ms oder 60 Sekunden zu einem vernachlässigbaren Rauschbeitrag. Der Rauschwert ergibt sich dabei aus dem Produkt von Dunkelstromwert und Belichtungszeit (unter der Quadratwurzel). Eine andere Kamera mit 2e-/p/s würde bei einer Belichtungszeit von 60 s jedoch zusätzlich √120 = 11e- Dunkelstromrauschen beitragen, was bei schwachem Licht deutlich signifikanter sein kann als das Ausleserauschen. Selbst dieser höhere Dunkelstromwert wäre bei einer Belichtungszeit von 1 ms jedoch vernachlässigbar.

Abbildung 1: Die Abbildung 1(a) stammt von einer gekühlten CMOS-Kamera von Tucsen.FL 20BWdass der Dunkelstrom nur 0,001e/Pixel/s beträgt. Abbildung 1(b) zeigt, dass Abbildung 1(a)a ausgezeichneter HintergrundaNahezu immun gegen Dunkelstromrauschen, selbst bei Belichtungszeiten von bis zu 10 Sekunden.

Dunkelstromrauschen entsteht durch die thermische Bewegung von Elektronen im Kamerasensor. Alle Atome unterliegen einer thermischen Schwingungsbewegung, und gelegentlich kann ein Elektron aus dem Substrat des Kamerasensors in die Pixelvertiefung „springen“, wo die detektierten Photoelektronen gespeichert werden. Es ist unmöglich, zwischen diesen „thermischen“ Elektronen und den Elektronen, die durch die erfolgreiche Detektion eines Photons entstanden sind, zu unterscheiden. Während der Belichtung eines Bildes können sich diese thermischen Elektronen ansammeln und zu einem Dunkelstromsignal beitragen. Die genaue Anzahl der Elektronen ist jedoch zufällig, was zu dem Dunkelstromrauschen beiträgt. Nach Beendigung der Belichtung werden alle Ladungen aus dem Pixel entfernt, sodass dieser für die nächste Belichtung bereit ist.

Das Dunkelstromrauschen ist temperaturabhängig, hängt aber auch stark von der Konstruktion und Architektur des Kamerasensors sowie der Kameraelektronik ab und kann daher bei gleicher Sensortemperatur von Kamera zu Kamera stark variieren.

Ist ein niedriger Dunkelstrom für meine Bildgebung wichtig?Ob ein bestimmter Dunkelstromwert einen signifikanten Beitrag zum Signal-Rausch-Verhältnis und zur Bildqualität Ihrer Bilder leistet, hängt ausschließlich von Ihrem Aufnahmeszenario ab.

Bei Aufnahmen mit hoher Lichtintensität und Tausenden von Photonen pro Pixel nach der Kamerabelichtung ist der Dunkelstrom höchstwahrscheinlich nicht signifikant für die Bildqualität, es sei denn, die Belichtungszeit beträgt [Zeitangabe fehlt im Originaltext].mDie Messzeiten sind sehr lang (zehn Sekunden bis Minuten), wie beispielsweise in astronomischen Anwendungen..