人造的东西,毕竟会有所限制。

光电二极管暗电流噪声
Dark Current Noise,即使在没有光的情况下,传感器自身也会因为热效应而产生虚假的信号。
光电二极管由硅材料制成,在正常工作温度下,即使没有光的激发,热能也会导致硅原子产生电子-空穴对,这些电子会被误认为是光子产生的信号,从而产生噪声。实际的光电流是暗电流和光照产生电流的综合,因此暗电流必须被最小化来提高器件对光的灵敏度。
温度越高,热运动越剧烈,暗电流噪声越严重;曝光时间越长,积累的暗电流电子就越多。这就是为什么长曝光拍摄或摄像机长时间工作后,画面噪点会变多(传感器发热)。高温会显著增加暗电流噪声。天文摄影为了极致画质,甚至会使用液氮冷却相机传感器来消除热噪声。
每个像素产生的暗电流量并不完全相同,会导致固定的“热像素”(Hot Pixels)或“坏点”。
为何传感器尺寸(Sensor Size)是影响画质的最关键因素之一?
更大的传感器意味着每个像素通常可以做得更大。更大的像素就像更大的“桶”,能在同一时间内接收容纳更多的光子,信噪比自然就更高。
大像素(如 2.4µm以上):集光能力强,高感光度(ISO)下表现好,噪声低;小像素(如 1.0µm以下):单个像素集光能力弱,更易产生噪声。


信号处理噪声
这是传感器在读取、放大和转换电信号过程中引入的电子噪声。每个像素产生的微小电荷需要被放大器放大,然后由模数转换器(ADC)转换为数字信号。这个过程中的电路本身就会产生噪声。

该噪声是固定存在的,与信号强弱和曝光时间无关。它是决定传感器在极暗环境下表现下限的关键因素。当环境光线不足时,为了提高画面亮度,相机会调高ISO值。这相当于把传感器收集到的微弱信号(以及附带的噪声)一起进行放大。虽不会产生新的噪声,但它会把已有的噪声(特别是读出噪声和暗电流噪声)放大得更明显。
如何减少噪声?
更多的光!使用更长的曝光时间、更大的光圈。
为相机降温(避免长时间录制视频)。
使用更大传感器和更大像素的相机。
