암전류잡음 (Dark Current Noise)
쉽게 풀면
빛이 전혀 없어도 검출기 자체의 열 때문에 저절로 생기는 신호 잡음입니다.
왜 중요한가
암전류는 CCD나 CMOS 검출기가 빛 없이도 열로 전자를 만들어 내는 신호이므로, 어두운 천체를 오래 노출하는 관측에서는 반드시 빼 주어야 하는 계통 성분입니다. 이 때문에 연구용 카메라는 검출기를 액체질소나 열전 소자로 냉각하며, 관측 전후에 같은 온도와 노출 시간의 다크 프레임을 찍어 차감하는 절차가 CCD 측광의 표준 전처리에 포함됩니다. 암전류잡음은 검출기의 픽셀마다 크기가 조금씩 달라 균일하지 않기 때문에, 단순히 평균값을 빼는 것만으로는 완전히 제거되지 않고 공간적 얼룩(패턴 잡음)이 남을 수 있습니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
검출기를 차갑게 식힐수록 필요 없는 잡음이 줄어들어, 훨씬 더 어둡고 희미한 천체까지 신호를 구별해낼 수 있게 된다는 설명이다.
암전류잡음을 줄이기 위해 검출기를 냉각하거나 노출 시간을 조절하는 방법이 흔히 사용됩니다.
조금 더 깊게 보면
암전류 자체는 다크 프레임으로 뺄 수 있지만 그 통계적 요동인 암전류 잡음은 뺄 수 없어, 냉각으로 발생량 자체를 줄이는 것만이 근본 해법입니다. 온도에 지수적으로 민감해 몇 도 차이로 크게 달라지므로 다크 프레임은 실제 관측과 같은 온도에서 얻어야 합니다. 일부 화소는 암전류가 유난히 큰 핫픽셀이라 별로 오인될 수 있고, 판독 잡음과는 원인과 노출 시간 의존성이 다릅니다. 암전류는 반도체 내 결함 준위나 표면 결함에서 열에너지를 받은 전자가 뛰어올라 생기는 열생성 전류로, 온도가 대략 5~7도 올라갈 때마다 대략 두 배로 늘어나는 지수적 특성을 보입니다. 연구자들은 다크 프레임을 여러 장 찍어 중앙값 결합으로 우주선(cosmic ray) 흔적을 제거한 뒤 평균 다크를 만들어 사용하며, 이 과정에서 발생하는 잔여 산탄잡음까지 오차 예산에 포함시키는 것이 표준적인 처리 방식입니다.
주의할 점
암전류잡음은 노출 시간이 길어질수록 함께 누적되므로, 장시간 노출 관측일수록 냉각과 암흑 보정 촬영이 더욱 중요해진다.