При исключении влияния темнового тока основным фактором, ограничивающим порог чувствительности, становится тепловой «шум» (thermal noise), вызванный хаотичным движением носителей заряда внутри ПЗС-элемента даже при отсутствии потенциала на электродах. При съемке с «длинной» выдержкой блуждающие носители заряда постепенно накапливаются в потенциальной яме, искажая истинное значение фототока, причем их количество тем больше, чем «длиннее» выдержка.

Следует отметить, что вследствие особенностей технологии изготовления ПЗС-матриц практически во всех пикселах сенсора накопление паразитного заряда, вызванного как темновым током, так и тепловым «шумом», происходит с различной интенсивностью. Неравномерность распределения усугубляется несогласованностью при подаче управляющих импульсов на электроды ПЗС-матрицы. Именно поэтому по всему кадру бывают разбросаны хорошо заметные пикселы постороннего цвета, называемые «шумом» фиксированного распределения (fixed pattern noise). При этом яркость пикселов напрямую связана с выдержкой: чем дольше длится экспонирование, тем резче выделяются на снимке точки с паразитными зарядами.

Для борьбы с неоднородным распределением паразитных зарядов фотографы стали применять «народное средство» – съемку кадра при закрытом крышкой объективе. В этом случае пользователь получает на черном фоне «маску», которую можно использовать для «вычитания» фиксированного «шума» из изображения. Данный способ зарекомендовал себя настолько хорошо, что используется в качестве штатной системы шумоподавления в некоторых новых моделях любительских камер. При включении режима подавления «шумов» методом «темного кадра» (dark frame) камера сначала фотографирует кадр, а затем при закрытом затворе снимает «маску» с матрицы при том же значении выдержки.

В отличие от светочувствительности фотопленки, которая не может изменяться от кадра к кадру, чувствительность цифровой камеры может настраиваться индивидуально для каждого кадра. Делается это простым усилением сигнала на выходе с матрицы – такая процедура чем-то сродни повороту регулятора громкости радиоприемника. В результате получается более высокое значение эквивалентной чувствительности. Повышение эквивалентной чувствительности матрицы позволяет получить нормальную экспозицию кадра в тех случаях, когда один либо другой экспопараметр (а порой и оба) не может быть больше или меньше определенного значения. Наиболее распространенный пример – необходимость иметь большую глубину резкости (малую диафрагму) при съемке движущихся объектов («короткая» выдержка). Тем не менее усиление сигнала матрицы имеет неприятные последствия, так как при повышении уровня полезного сигнала гораздо заметнее становятся пикселы с паразитными зарядами. Следуя аналогии с радиоприемником – чем выше громкость, тем сильнее «шум» от помех.

Чтобы сенсор мог работать и в сумерках, и на ярком солнце, у каждого пиксела должна быть довольно емкая потенциальная яма. Эта яма, с одной стороны, должна удержать минимальное количество электронов при слабой освещенности, а с другой – вместить большой заряд, получаемый при попадании на сенсор мощного светового потока. Следует помнить также, что кадр может содержать как ярко освещенные участки, так и глубокие тени, и желательно, чтобы все их оттенки отображались на сформированном сенсором изображении.

Способность сенсора обеспечивать качественное изображение при разных условиях освещения и сильной контрастности объектов съемки называется динамическим диапазоном.

Динамический диапазон – величина, характеризующая способность ЭОП отличать в изображении, отображаемом на его регистрирующей поверхности, самые темные тона от самых светлых. Чем шире динамический диапазон, тем большее количество оттенков будет присутствовать на снимке, а переходы между ними будут максимально соответствовать реальному изображению (рис. 2.11).

Способность потенциальной ямы удерживать заряд определенной величины именуется глубиной потенциальной ямы (well depth), именно от этой характеристики зависит динамический диапазон сенсора.

Рис. 2.11. Влияние динамического диапазона на качество кадра: а – широкий диапазон, б – узкий диапазон

Очевидно, что при съемке слабоосвещенных объектов на динамический диапазон влияет также порог чувствительности и, как следствие, величина темнового тока.