La mecánica interna de los sensores CMOS móviles: filtros Bayer y pocillos de fotodiodos
Cada fotografía digital capturada por un teléfono inteligente se origina en unSensor de píxeles activos complementario de semiconductor de óxido metálico (CMOS). La superficie del sensor de silicio está formada por millones de fotodiodos microscópicos. Debido a que los fotodiodos de silicio son intrínsecamente daltónicos (miden sólo la intensidad de la luz total), se utiliza una matriz de filtros de color de mosaico microscópico llamadafiltro bayerestá adherido a la superficie del sensor en un patrón alterno de50% verde, 25% rojo y 25% azulmicrolentes.
Los fotones de luz golpean bien cada fotodiodo, desalojando electrones mediante el efecto fotoeléctrico para acumular una carga eléctrica. Los convertidores analógico-digital (ADC) en chip transforman esta carga en números digitales de 10 o 14 bits. Un procesador de señal de imagen (ISP) muestra estos valores RGB sin procesar, realiza reducción de ruido de cuadros múltiples, mapeo de tonos y genera cuadros de video impecables de 30 a 60 FPS.
Diagnóstico de defectos del sensor: píxeles muertos, píxeles calientes y radiación cósmica
Durante el proceso de fabricación de semiconductores, o como consecuencia de la radiación natural de fondo y del ciclo térmico, los pocillos de fotodiodos individuales pueden desarrollar microdefectos:
- Píxeles muertos (negro):Ocurre cuando la interconexión eléctrica de un fotodiodo falla por completo o un circuito de píxel hace un cortocircuito a tierra. El píxel produce voltaje cero independientemente de la luz entrante y se muestra como un punto negro permanente.
- Píxeles activos (rojo brillante, verde o azul):Causado por dislocaciones de la red cristalina de silicio que permiten que la energía térmica cree pares de huecos de electrones incluso en la oscuridad absoluta (fuga de corriente oscura). Los píxeles calientes se vuelven notoriamente evidentes durante exposiciones prolongadas o cuando el sensor del dispositivo se calienta durante una grabación de video prolongada.
- Píxeles atascados:Ocurre cuando un transistor permanece bloqueado en un estado abierto, saturando el ADC y generando luminancia a escala completa (blanco puro o color RGB completo) en todas las condiciones de iluminación.
Resta de marco oscuro: el estándar científico para la auditoría de sensores
En astrofotografía profesional y espectrometría científica, el estado del sensor se audita medianteresta de marco oscuro. Al bloquear todos los fotones incidentes para que no lleguen al sensor (obturador cerrado o lente cubierta), cualquier señal registrada por la cámara representa ruido térmico electrónico puro y fuga de fotodiodo. El escáner en línea de FlashSoft analiza estos cuadros oscuros con contraste amplificado para detectar píxeles calientes aislados que indican la degradación del sensor.