Das Signal-Rausch-Verhältnis (Signal to Noise Ratio, SNR) ist eine der wichtigsten Kenngrößen, die Lichtdetektoren beschreiben und deren statistische Eigenschaften angeben. Das SNR lässt sich als Verhältnis zwischen dem empfangenen Lichtsignal und dem Rauschen definieren, das mit der Erfassung dieses Signals verbunden ist. Der SNR-Wert steigt mit zunehmender Signalstärke. Der maximale SNR-Wert wird bei der Erfassung des maximalen Signals erreicht (d. h. beim Erreichen des Sättigungspegels). Vor Erreichen des Sättigungspegels ist die sogenannte Photonen- Schussrauschen die dominierende Rauschquelle.
Mathematisch wird das SNR definiert als der quadratische Mittelwert des Signalstroms im Verhältnis zur Summe der Schwankungen der einzelnen Rauschquellen – des Dunkelsignals (Dark Signal), des Ausleserauschens (Readout Noise) und des Photonen-Schussrauschens (Photon Shot Noise).
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Dunkelsignal (Dark Signal) – eine Rauschquelle, die durch den Dunkelstrom (Dark Current) während der Belichtung entsteht. Der Dunkelstrom wird von allen CCD-Sensoren erzeugt und ist in der Regel im Bereich von einigen zehn mA pro Pixel messbar. Das Dunkelsignal erhöht das Gesamtrauschen im gemessenen Signal, und zwar durch die Erhöhung des Anteils des Photonenrauschens. Da das Dunkelsignal temperaturabhängig ist, lässt sich sein Wert durch Kühlung des CCD-Sensors Sensors reduziert werden (eine Temperaturabsenkung um 7 °C halbiert das Dunkelstromsignal). Es wird üblicherweise in Elektronen pro Sekunde pro Pixel bei einer definierten Temperatur angegeben.
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Ausleserauschen (Readout Noise) – dies ist eine natürliche Eigenschaft des Sensors und stellt , mit Ausnahme des EMCCD , meist die Grenze der Empfindlichkeit für die meisten Kameras dar . Es handelt sich um eine Kombination von Rauschquellen, die aus dem Verstärkungs- und Umwandlungsprozess der erzeugten Photoelektronen in Spannung stammen. Es wird in Elektronen angegeben.
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Photonenrauschen (Photon Shot Noise) – eintreffende Photonen weisen ein eigenes Rauschen auf, das als Photonenrauschen bezeichnet wird – es handelt sich also um Rauschen, das vom Signal selbst stammt. Photonen sind zeitlich zufällig verteilt und werden meist durch die Poisson-Verteilung beschrieben. Das Photonenrauschen gehört zu den Eigenschaften der auf den Detektor einfallenden Lichtstrahlung und ist daher nicht beseitigbar – es lässt sich lediglich durch eine Verkürzung der Belichtungszeit auf ein Minimum oder durch Kühlung des Detektors reduzieren, wodurch das Dunkelsignal und damit auch das Photonenrauschen verringert wird.