CCD類成像器件的噪聲研究
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光散粒噪聲和暗電流散粒噪聲一樣，將入射光電二極管的光子數(shù)Ns的平方根當作光散粒噪聲Nn。舉例來說，假設光強使一個光電二極管內發(fā)生10 000個信號電荷的條件下，發(fā)生100個光散粒噪聲，信噪比為40 dB。
總的說來，器件的散粒噪聲公式如下：
根據式(4)可得出，要想提高散粒噪聲，使其成為主要噪聲來源，最直接的方法就是提高電子增益G。
2．4 暗電流噪聲
對于CCD圖像傳感器而言，導致暗自點、白色損傷或顆粒的原因是由于光電二極管的暗電流，這也是決定畫質最重要的因素。固定圖像噪聲的起因是各像素中暗電流不均勻，即使沒有入射光一樣會發(fā)生，它與噪聲信號電壓的儲存時間成正比，并具有與溫度密切相關的性質．如式(5)所示：
由式(5)可以看出，暗電流噪聲的大小與溫度關系密切。另外，它還與點荷包在勢阱中存儲的時間長短有關，存儲時間越長，暗電流噪聲越大。
3 抑制CCD圖像傳感器噪聲的方法
在分析圖像質量的時候，要考慮其信噪比，信噪比越高，圖像的質量就越好。因此必須對決定CCD圖像傳感器性能的信噪比，進行綜合性評估。
首先，一旦改變攝影條件，隨著噪聲種類的不同，有些會變得比較明顯，有些會出現(xiàn)大小的替換?？紤]到攝影條件中的溫度，總體來說，隨機噪聲與絕對溫度的平方根成正比；另一方面，在固定圖像噪聲中，溫度每升高10℃，暗電流噪聲就會提高2倍，具有很強的溫度相關性。因此降低溫度可以減小隨機噪聲和暗電流噪聲。
此外，考慮光強度的關系，光的散粒噪聲與信號電荷量的平方根成正比，當光強度增加時，信噪比會變得越大，并且暗電流與信號的儲存時間成正比。存儲時間越長，暗電流噪聲就越大。因此應盡量減低電荷的轉移時間。
對于轉移噪聲，可以采用提高襯底電壓或者CCD電壓取反倒置來消除界面態(tài)的俘獲噪聲，并且降低器件的運行溫度也可以使俘獲的噪聲明顯呈指數(shù)減小。另外，也可以將CCD在序列圖像取出之前放電，這樣也能有效減小轉移噪聲。對于輸出的復位噪聲，一般采用相關雙采樣電路來消除。
圖1是相關雙采樣的原理電路。根據圖1分析相關雙采樣電路的工作原理。當開關打到t1時，復位電平為高電平的參考信號，經過△τ時期，假設在電容C1上采樣保持的初始信號是n(t)，這個信號包括復位電平、復位失調電壓和復位噪聲。當開關打到t2時刻，復位電平為低電平，此時的電平攜帶有用信號，經過△τ的時期送到差分放大器輸入端的信號除了復位電平，復位失調電壓和復位噪聲外，還要外加有用的視頻信號，因此可以表述成n(t)+s(t)。這個信號與C1電容上保持的信號經過差分運放輸出到C2電容之后，通過A／D轉換器輸出數(shù)字信號。最理想的情況是n(t)+s(t)-n(t)=s(t)，剩下的信號只是有用的視頻信號。因此對照圖1可以看出，CCD信號出來后經過CDS電路，輸出的就是有用的視頻信號，復位噪聲已經消除。
在CCD的應用領域中。相關雙采樣電路得到了廣泛的應用。很多公司專門研發(fā)了相關雙采樣的集成電路芯片。這些專用芯片不僅使用方便，且性能也能得到很大的提高。CDS1402芯片是一種典型的相關雙采樣電路芯片，它是專門為CCD成像器件研制的，用來消除復位噪聲。 CDSl402進行了優(yōu)化，適合用于10～14位轉換精度的數(shù)字視頻。低噪聲的CDS1402芯片也是利用對高低電平信號的采樣并相減來精確確定視屏信號的。結果在CCD輸出的浮動電容器上，那些剩余電荷和kTC噪聲被最大限度的消除。
CDSl402芯片一共有24個引腳。它包含有2個獨立的采樣保持放大器和s／H電路。每個S／H電路都有獨立的控制線，輸入和輸出管腳，有兩個管腳提供偏置調流和調壓。一般來說，CCD的輸出信號都要連接到2個S／H的輸入端，S／H1端用來采集和保持偏置信號，它的輸出值與CCD輸出信號相減，當CCD輸出偏置+視頻信號的時候，s／H2端就進入信號的采集狀態(tài)，從而獲得有用的視頻信號。
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