[ Dunkelstrom ] – Ist ein niedriger Dunkelstrom für meine Bildgebung wichtig? |

Dunkler Stromist eine temperatur- und belichtungszeitabhängige Rauschquelle der Kamera, gemessen in Elektronen pro Pixel und Sekunde Belichtungszeit. Bei Anwendungen mit Belichtungszeiten von weniger als einer Sekunde und einem Dunkelstrom von weniger als 1e-/p/s kann es bei der Berechnung des Signal-Rausch-Verhältnisses normalerweise ignoriert werden.

Beispielsweise führen Belichtungszeiten von 1 ms oder 60 Sekunden bei einem Dunkelstromwert von 0,001 e/p/s zu vernachlässigbarem Rauschen. Der Rauschwert ergibt sich aus dem Dunkelstromwert multipliziert mit der Belichtungszeit (alles unter der Quadratwurzel). Eine andere Kamera mit 2e-/p/s bei 60 s Belichtung würde jedoch ein zusätzliches Dunkelstromrauschen von √120 = 11e- verursachen, das weitaus signifikanter sein kann als das Leserauschen bei schwachen Lichtverhältnissen. Bei einer Belichtung von 1 ms wäre jedoch selbst dieser höhere Dunkelstrom vernachlässigbar.

Abbildung 1: Abbildung 1(a) stammt von der gekühlten CMOS-Kamera von TucsenFL 20BWdass der Dunkelstrom nur 0,001e/Pixel/s beträgt. Abbildung 1(b) zeigt, dass Abbildung 1(a)a hervorragenden Hintergrund, deraFast immun gegen Dunkelstromrauschen, obwohl die Belichtungszeit bis zu 10 Sekunden beträgt.

Dunkelstromrauschen wird durch die thermische Bewegung von Elektronen im Kamerasensor verursacht. Alle Atome unterliegen thermischen Schwingungen, und gelegentlich kann ein Elektron aus dem Substrat des Kamerasensors in den Pixelbereich „springen“, wo die detektierten Photoelektronen gespeichert werden. Es ist unmöglich, zwischen diesen „thermischen“ Elektronen und Elektronen zu unterscheiden, die durch die erfolgreiche Detektion eines Photons entstanden sind. Während der Belichtung eines Bildes können sich diese thermischen Elektronen ansammeln und zu einem Hintergrund-Dunkelstromsignal beitragen. Die genaue Anzahl der Elektronen ist jedoch zufällig, was zum Dunkelstromrauschen beiträgt. Am Ende der Belichtung werden alle Ladungen gemessen und vom Pixel entfernt, sodass es für die nächste Belichtung bereit ist.

Dunkelstromrauschen ist temperaturabhängig, hängt aber auch stark vom Design und der 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 wesentlich zum Signal-Rausch-Verhältnis und zur Bildqualität Ihrer Bilder beiträgt, hängt ganz von Ihrem Bildgebungsszenario ab.

Bei High-Light-Bildgebungsszenarien mit Tausenden von Photonen pro Pixel nach einer Kamerabelichtung ist es höchst unwahrscheinlich, dass der Dunkelstrom die Bildqualität signifikant beeinflusst, es sei denn, die Belichtungszeitmes sind sehr lang (zehn Sekunden bis Minuten), wie in der Astronomie.