2.1. Шуми та методи їх усунення

Нижня межа виявлення об'єкта на ПЗЗ залежить від рівня шумів, як випадкових, так і виготовлених самою матрицею. Якщо ваша матриця виробляє більше електронів за рахунок своїх внутрішніх властивостей, ніж виробляють фотони від джерела, то, образно кажучи, корисний сигнал "потоне в шумі" і жодна, навіть найсучасніша програма, не дозволить вам отримати якісне зображення досліджуваного об'єкта. Існує безліч внутрішніх джерел шумів: в основному це термоелектрони, вироблені самою матрицею, і шуми зчитування, що виникають при переміщенні зарядів. До цих, звичайних джерел, можна додати безліч екзотичних - таких як можливі радіочастотні наведення від оточуючих проводів, включення і виключення різних приладів, і навіть реєстрацію космічних променів! Можна погодитися, що для реєстрації гранично слабких світлових потоків, зменшення небажаних шумів - головний показник якості матриці.

Тепловий шум - це результат генерації термоелектронів самими пікселями ПЗЗ за час експозиції. Кількість виникнених електронів залежить від двох основних параметрів: тривалості експозиції й температури матриці. Охолодження матриці - один з ефективних способів зменшити теплові шуми. Як стверджують виробники, кількість теплоелектронів зменшується вдвічі при зменшенні температури кристала лише на 8 градусів! Тому практично всі сучасні астрономічні ПЗЗ забезпечені мініатюрним електричним холодильником на ефекті Пельтьє (укріплений на матриці терморезистор дозволяє управляти електронною схемою, що підтримує температуру з точністю до 0.1 градуса, з можливістю її фіксації в збереженому на комп'ютері зображенні). 

Практика зйомки полягає в отриманні теплового фрагмента з такою ж тривалістю і температурою, з якими буде проводиться зйомка об'єкта. Тоді, при обробці результату, комп'ютер зможе відняти цей тепловий шум з отриманого зображення. Висока точність відтворення параметрів зйомки, часто дозволяє використовувати одного разу отриманий тепловий фрагмент багаторазово, тому що швидкість генерації термоелектронів в кожному пікселі визначається технологією його виготовлення, і повинна з високим ступенем точності відтворюватися при однаковій температурі і однаковій тривалості експозиції. Охолодження матриці може настільки зменшити виробництво термоелектронів, що стають доступними дуже тривалі експозиції (до 1 години і більше!). У той час, як при кімнатній температурі, у більшості ПЗЗ, пікселі заповнюються термоелектронами вже за кілька секунд, навіть за відсутності засвітки! Великою конструктивною гідністю багатьох матриць є наявність вбудованого, керованого з комп'ютера (за допомогою мініатюрного електромагніта) механічного пелюстка-затвора, який без проблем дозволяє отримувати тепловий фрагмент будь-якої тривалості як окремо, так і в процесі зйомки об'єкта. Як було відзначено вище, при операціях переміщення зарядів по пікселям неминуче виникає шум зчитування (при переливанні нашої води з відра в відро важко вилити кожного разу все до останньої краплі!). Більшість сучасних матриць можуть працювати в такому режимі, коли перед початком кожного наступного зчитування окремо вимірюється кількість залишених в осередках електронів і це значення віднімається з фінального результату (що практично подвоює повний час обробки інформації). Якщо ви просто шукаєте об'єкт зйомки або наводите різкість, то для економії часу передбачений режим швидкого зчитування, при якому малі залишкові заряди не враховуються. Великий шум зчитування не є наріжним каменем в оцінці якості матриці. Для ST6 цей шум складає близько 30 електронів на піксель (у ST5 - 20 ел.). Звичайно, такий рівень суттєвий при зйомці з короткими витягами. Якщо фотони від об'єкта генерують 100 електронів на піксель, то відношення сигнал / шум буде близько 3:1. Але просте збільшення часу експозиції швидко виправить цю проблему. Так, накопичивши від того самого об'єкта 1000 електронів, ми тим самим легко збільшимо це важливе співвідношення практично в 10 разів.