Objetivos
Examinar cuáles son las etapas que generan los ruidos principales en una imagen grabada. La agitación térmica
del captor y el tránsito de los electrones hacia los registros de lectura son parte de las etapas más ruidosas de la
secuencia de observación.
Etapas de lectura
Después de la fase de adquisición de la señal científica empieza la fase de tránsito de los
fotoelectrones desde los píxeles hacia un registro de lectura, cronometrada por la electrónica
del CCD. El registro, de tamaño similar a una línea del CCD es leído de manera secuencial a
su vez.
El movimiento de los electrones desde un píxel a su vecino es controlado por una báscula de
la tensión de polarización del CCD.
Los electrones de cada uno de los píxeles leídos cargan un condensador. La tensión así generada
es proporcional a la carga colectada (de electrones). Esta tensión es luego amplificada de manera
analógica y finalmente digitalizada.
Corriente y ruido de oscuridad
La corriente de oscuridad proviene de la creación de cargas por agitación térmica, sin ninguna
intervención de una señal luminosa. La cantidad de cargas así creada está fuertemente ligada
a la temperatura: un valor típico es de 0.1 electrones por píxel y segundo.
La corriente de oscuridad es una
señal parásita. Como el proceso es
poissoniano,
la señal resultante es ruidosa: el ruido del proceso varía como la raíz cuadrada de la cantidad de cargas
creadas.
Ruido de tránsito de las cargas
Las cargas acumuladas en un píxel tienen que transitar a lo largo de una columna hacia un
registro para ser leídas y amplificadas. La eficacia de este proceso, aunque muy buena, no es
perfecta. El número de cargas creadas de esta manera depende (a) de la cantidad
de electrones por píxel que hay que mover, (b) de la ineficacia
de un tránsito y (c) del número total de tránsitos
. El ruido final ocasionado por las imperfecciones de tránsito se escribe:
El factor 2 viene del hecho que 2 píxeles se ven afectados: el primero, que pierde un electrón,
y el segundo, que lo gana sin querer.
Por ejemplo, tomamos una señal igual a la mitad de la capacidad de un píxel (50 000 e-más o
menos). Una eficacia de tránsito de típicamente
, genera una ineficacia de (
). Hay que contar alrededor de mil tránsitos en promedio por cada columna de 2k píxels. El
ruido final ocasionado por el tránsito es en este caso de 32 e-/píxel.
Amplificación, cuantificación
Con el fin de proporcionar señales fuertes a los circuitos electrónicos, la señal está amplificada.
Esta etapa también está un poco afectada por un ruido. Pero en la mayoría de los casos, este
ruido se puede ignorar con respecto a las otras fuentes de ruido.
La digitalización (la conversión de una señal analógica en una digital) se hace luego de tal forma que el
ruido asociado (el
ruido de digitalización
) sea también despreciable. Este ruido proviene del aspecto discreto (cuántico) de las señales digitales.
De esta manera la tasa de conversión es elegida para minimizar este ruido y sus valores típicos son de
algunos electrones por
ADU
(analog to digital unit).
Ruido de lectura
La lectura de la cámara está afectada por los ruidos de corriente de oscuridad, de tránsito
de cargas y de amplificación. Según las condiciones, uno de estos ruidos domina los
demás:
- Si el detector no esta frío, la corriente de oscuridad es importante
- Cuanto más rápida sea la lectura más elevado será el ruido de transito
Introducción 