The random changes of an amount to be measured are better known with the noise term.  It represents a strong limit for the quality of the CCD images and can be caused by various factors.

Dark current or thermal noise:

This parameter (expressed in electrons/pixel/second for a fixed temperature) shows the number of electrons which are stored in the pixels when these are not exposed to the light. It represents a type of noise to which the shoot is always subject, and is a strong limit when we must acquire images of poor intensity. In fact, if the electrons coming from the image do not exceed the ones due to the noise, we will not be able to distinguish them.

Unfortunately this trouble cannot be physically removed, as been linked to the nature of the sensor.

We can only attenuate it, by cooling the camera.

Calculation of the dark current by one fixed temperature (Temperature in Celsius):

Con il termine rumore si indicano le variazioni casuali di una quantità da misurare. Esso rappresenta un forte limite per la qualità delle immagini CCD e puo' essere causato da diversi fattori.

  Corrente di buio (Dark current) o Rumore termico:

Questo parametro (espresso in elettroni/pixel/secondo ad una data temperatura) indica il numero di elettroni che vengono immagazzinati nei pixel quando questi non sono esposti alla luce. Esso rappresenta un tipo di rumore al quale la ripresa e' sempre soggetta, ed e' un forte limite quando dobbiamo acquisire immagini di scarsa intensità. Infatti, se gli elettroni provenienti dall’immagine non superano quelli dovuti al rumore, non saremo in grado di distinguerli.

Purtroppo, questo disturbo non puo' essere fisicamente eliminato, in quanto connesso alla natura del sensore. Puo' essere soltanto attenuato grazie al raffreddamento della camera.

Calcolo della corrente di buio per una data temperatura (la Temperatura è espressa in Celsius):

• Dark = Value of the dark current at the requested temperature, expressed in e-/pix*s

• Dk = Value of the dark current specified for a certain temperature, expressed in e-pixel to per second

• TDk = Value of temperature to which Dk refers in Celsius

• Top = Value of temperature to which one wants to use the CCD.

• Dd = Value of temperature for which the dark current halves

Example:

Camera DS260: What is the dark current if I work at -30 C?

• Dark  = Valore della corrente di buio alla temperatura voluta, espressa in e-/pix*s

• Dk  = Valore della corrente buio specificata per una certa temperatura, espressa in e- pixel al secondo

• TDk  = Valore di temperatura a cui Dk si riferisce in Celsius

• Top  = Valore di temperatura a cui si vuole far operare il CCD

• Dd  = Valore idell atemperatura per cui la corrente di buio si dimezza

Esempio:

Camera DS260: Qual e’ la corrente di buio se opero a -30C?

Various images, taken again with the same exposure time and at the same temperature, present the same dark current.

Reading noise

It represents the measure of the mistakes executed by the amplifier on-chip during the process of reading of the charges accumulated on the sensor. (Effective value) is a specification provided by the building, expressed in electrons. For example a value of 10e shows that the average change in the reading of the signal is of 10 electrons.

This kind of noise is only guaranteed if the CDS (Correlated Double Sampling) is used and obviously if electronics of the camera has an equivalent noise much lower than this.

Quantization noise

The digitalization of the signal coming from the CCD causes this kind of noise. The A/D converter carries out a rounding off, dividing the signal into levels: 256 for 8 bits, 4096 for 12 bits, 65536 for 16 bits. Minor it is the number of levels, major will be the introduced mistake.

With an 8 bit converter the approximation could be greater than the thermal and the reading noises and therefore limit the accuracy in the acquisition of the images.

The quantization noise is:

Immagini diverse, riprese con lo stesso tempo di esposizione ed alla stessa temperatura, presentano la stessa corrente di buio.

  Rumore di lettura

Esso rappresenta la misura degli errori eseguiti dall’amplificatore on-chip nel corso del processo di lettura delle cariche accumulate sul sensore. E’ un dato fornito dal costruttore, espresso in elettroni (valore efficace). Per esempio, un valore di 10e indica che la variazione media nella lettura del segnale e' di 10 elettroni.

Questo tipo di rumore viene garantito solo se si utilizza il CDS (Correlated Double Sampling) e naturalmente se l'elettronica della camera ha un rumore equivalente molto inferiore.

  Rumore di quantizzazione

Questo tipo di rumore e' dovuto alla digitalizzazione del segnale proveniente dal CCD. Il convertitore A/D attua un arrotondamento dividendo il segnale in livelli: 256 se e' a 8 bit, 4096 a 12 bit, 65536 a 16 bit. Minore e' il numero di livelli, maggiore sarà l’errore introdotto.

Con un convertitore a 8 bit l’approssimazione potrebbe essere maggiore del rumore termico e di lettura e quindi limitare la accuratezza nell’ acquisizione delle immagini.

Il rumore di quantizzazione e' dato da:

To obtain this values in electrons you have just to multiply for the gain:

Per ottenere questo valore in elettroni, basta moltiplicarlo per il valore di gain:

In case we are optimizing the FWC and the maximum counts, we have:

Nel caso in cui stiamo ottimizzando la FWC e il numero di conteggi, si ha:

where FWC is the Full Well Capacity for every single pixel (number of electrons) and n is the bit number of the A/D converter.

For iexample, for a CHROMA with KAF400, the QN is:

dove FWC e' la Full Well Capacity del singolo pixel in elettroni ed n e' il numero di bit del convertitore A/D.

Ad esempio per una CHROMA con KAF400, il QN vale: