Den indre mekanik af mobile CMOS-sensorer: Bayer-filtre og fotodiodebrønde
Hvert digitalt fotografi, der tages af en smartphone, stammer fra en Komplementær Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) aktiv-pixel sensor. Overfladen af siliciumsensoren består af millioner af mikroskopiske fotodiodelysbrønde. Fordi siliciumfotodioder i sig selv er farveblinde (måler kun total lysintensitet), kaldes et mikroskopisk mosaikfarvefilter. Bayer filter er bundet til sensoroverfladen i et vekslende mønster af 50 % grøn, 25 % rød og 25 % blå mikro-linser.
Lysfotoner rammer hver fotodiode godt og fjerner elektroner via den fotoelektriske effekt for at akkumulere en elektrisk ladning. On-chip analog-til-digital konvertere (ADC'er) omdanner denne ladning til 10-bit eller 14-bit digitale tal. En ISP (Image Signal Processor) demonstrerer disse rå RGB-værdier, udfører multi-frame støjreduktion, tonemapping og udsender uberørte videoframes ved 30 til 60 FPS.
Diagnosticering af sensordefekter: Døde pixel, varme pixel og kosmisk stråling
Under halvlederfremstillingsprocessen, eller som en konsekvens af naturlig baggrundsstråling og termisk cyklus, kan individuelle fotodiodebrønde udvikle mikrodefekter:
- Døde pixel (sort): Opstår, når en fotodiodes elektriske forbindelse fejler fuldstændigt, eller et pixelkredsløb kortslutter til jord. Pixelen producerer nul spænding uanset indkommende lys, der vises som en permanent sort plet.
- Hot Pixels (lyse rød, grøn eller blå): Forårsaget af forskydninger af siliciumkrystalgitter, der tillader termisk energi at skabe elektron-hul-par selv i absolut mørke (mørkestrømlækage). Varme pixels bliver tydelige under lange eksponeringer, eller når enhedssensoren varmes op under forlænget videooptagelse.
- Stuck Pixels: Opstår, når en transistor forbliver låst i en åben tilstand, mætter ADC'en og udsender fuldskala luminans (ren hvid eller fuld RGB-farve) på tværs af alle lysforhold.
Dark Frame Subtraction: Den videnskabelige standard for sensorauditering
Inden for professionel astrofotografi og videnskabelig spektrometri auditeres sensorsundheden vha mørk ramme subtraktion. Ved at blokere alle indfaldende fotoner i at nå sensoren (lukker lukket eller linse dækket), repræsenterer ethvert signal, der optages af kameraet, ren elektronisk termisk støj og fotodiodelækage. FlashSofts online scanner analyserer disse mørke rammer med forstærket kontrast for at detektere isolerede varme pixels, der signalerer sensornedbrydning.