如今，電荷耦合器件（CCD）數碼相機無處不在，但是很難設計出一種高性能的相機，無論用戶在何時何地使用它都可以使用。優化數碼相機的設計不僅需要了解如何將相機連接到系統，還需要了解可能降低相機捕獲清晰圖像的能力的噪聲源。

在良好的數碼相機設計中，系統的噪聲性能受CCD的限制，而不是受其連接的系統的限制。通常，噪聲有兩種主要類型：時間噪聲和空間噪聲。時間噪聲通常在很短的持續時間內僅限于單個像素，并且可以通過平均技術來緩解。空間噪聲在更大范圍內是常見的，并且可以通過幀減法或增益/偏移校正技術來消除其中的一些噪聲。

時間噪聲有五個主要來源：

• 散粒噪聲：散粒噪聲受泊松統計量控制，并且與到達傳感器的光子數量成正比。它是自然邊界，可建立最小可能的本底噪聲和信噪比。
• 復位噪聲：CCD通常使用感測電容器和源跟隨器電路將帶電的像素轉換為電信號。復位噪聲可應對感測電容器基準電壓的變化，并且通常使用相關雙采樣器電路（可測量復位電壓與信號電壓之差）來消除噪聲。然后將信號調整相應的量，從而消除此噪聲源。
• 輸出放大器噪聲：這有兩種形式-白噪聲和閃爍噪聲。白噪聲與頻率無關，并且是由源極跟隨器FET中的熱阻引起的。白噪聲受電路靈敏度和放大器增益的影響。白噪聲通常隨放大器面積的增加而增加。

閃爍噪聲與像素采樣率成反比，并且與流過放大器MOSFET的硅氧化物界面的電流效率有關。噪聲功率每增加十倍頻次便降低10倍，直到噪聲趨于平穩為止。對于緩慢采樣像素（約1MHz采樣率）的CCD，閃爍噪聲通常決定本底噪聲。閃爍噪聲通常隨放大器面積而減小。

設計以給定頻率工作的源跟隨放大器時，目標是在競爭的傳感器幾何結構之間找到最低的噪聲折衷。

• 時鐘噪聲：時鐘噪聲是由時鐘的切換波形產生的，這些時鐘是通過CCD傳輸信號并處理電路輸出所必需的。時鐘噪聲通常與時鐘頻率的平方根成正比。
• 暗電流散粒噪聲：暗電流散粒噪聲無法消除，并且等于暗信號的平方根。可以通過冷卻CCD傳感器來解決，這可以減少暗電流的總量。有關暗電流噪聲的說明，請參見下文。

空間噪聲的主要來源包括：

• 暗電流不均勻。暗電流中的不均勻性可以通過從每個圖像中減去暗參考幀來校準。此過程可校正過程變化，硅中的缺陷以及金屬雜質，這些雜質會在傳感器的不同區域產生不同數量的暗電流。
• 光響應非均勻性（PRNU）。這種噪聲是由工藝變化引起的，表現為對平場圖像的光敏度變化的“棋盤”圖案。它通常是平均信號的百分之一到百分之二，并且與平均信號呈線性關系。可以校準PRNU –盡管散粒噪聲的增加成本是√2。

暗電流的解釋：暗電流噪聲是傳感器耗盡的大塊硅中或硅-二氧化硅界面處產生的熱噪聲。它是由具有足夠熱能進入中間狀態并隨后發射到導帶中的電子產生的。硅-二氧化硅層上產生的暗電流噪聲（表面暗電流）可以通過累積模式時鐘來緩解，該模式會產生空穴的反型層，該空穴反型層可以有效地收集熱激發的表面電子。體硅中產生的噪聲為體暗電流，主要由硅中的缺陷引起。如上所述，減去暗參考系是校正整體暗電流變化的最佳方法。

一旦設計并制造了相機，就可以通過生成光子傳遞曲線來對其進行表征。這給出了有關傳感器的完整阱和轉換常數的信息，并用于導出系統的動態范圍。此外，曲線還顯示了相機的讀取噪底，限制了相機受到散粒噪聲的動態范圍以及限制了圖案噪聲的范圍。

編輯：hfy