המכניקה הפנימית של חיישני CMOS ניידים: מסנני Bayer ו-Photodiode Wells
כל צילום דיגיטלי שצולם בסמארטפון מקורו ב-a חיישן פיקסל פעיל משלים מתכת-תחמוצת-מחצה (CMOS).. פני השטח של חיישן הסיליקון מורכבים ממיליוני בארות אור פוטודיודות מיקרוסקופיות. מכיוון שפוטודיודות סיליקון הן עיוורות צבעים באופן מהותי (מודדות רק את עוצמת האור הכוללת), מערך מסנן צבעי פסיפס מיקרוסקופי הנקרא מסנן באייר מחובר למשטח החיישן בתבנית מתחלפת של 50% ירוק, 25% אדום ו-25% כחול מיקרו עדשות.
פוטונים אור פוגעים היטב בכל פוטודיודה, ומוציאים אלקטרונים ממקומם באמצעות האפקט הפוטואלקטרי כדי לצבור מטען חשמלי. ממירים אנלוגיים-דיגיטליים (ADC) על-שבב הופכים את המטען הזה למספרים דיגיטליים של 10 סיביות או 14 סיביות. מעבד איתות תמונה (ISP) מציג את ערכי ה-RGB הגולמיים הללו, מבצע הפחתת רעשים מרובת מסגרות, מיפוי גוונים ומוציא פריימים וידיאו טהורים בקצב של 30 עד 60 FPS.
אבחון פגמים בחיישנים: פיקסלים מתים, פיקסלים חמים וקרינה קוסמית
במהלך תהליך ייצור המוליכים למחצה, או כתוצאה מקרינת רקע טבעית ומחזוריות תרמית, בארות פוטודיודות בודדות עלולות לפתח מיקרו-פגמים:
- פיקסלים מתים (שחור): מתרחש כאשר החיבור החשמלי של פוטודיודה נכשל לחלוטין או שמעגל פיקסל מקצר לאדמה. הפיקסל מייצר מתח אפס ללא קשר לאור הנכנס, ומוצג כנקודה שחורה קבועה.
- פיקסלים חמים (אדום בהיר, ירוק או כחול): נגרמת על ידי נקעים של סריג גביש סיליקון המאפשרים לאנרגיה תרמית ליצור זוגות אלקטרונים-חורים גם בחושך מוחלט (דליפת זרם כהה). פיקסלים חמים הופכים ברורים לעין במהלך חשיפות ארוכות או כאשר חיישן המכשיר מתחמם במהלך הקלטת וידאו ממושכת.
- פיקסלים תקועים: מתרחשים כאשר טרנזיסטור נשאר נעול במצב פתוח, מרווה את ה-ADC ומפיק זוהר בקנה מידה מלא (לבן טהור או צבע RGB מלא) בכל תנאי התאורה.
חיסור מסגרת כהה: התקן המדעי לביקורת חיישנים
באסטרופוטוגרפיה מקצועית ובספקטרומטריה מדעית, תקינות החיישן נבדקת באמצעות חיסור מסגרת כהה. על ידי חסימת כל הפוטונים המתרחשים מלהגיע לחיישן (תריס סגור או עדשה מכוסה), כל אות שנקלט על ידי המצלמה מייצג רעש תרמי אלקטרוני טהור וזליגת פוטודיודה. הסורק המקוון של FlashSoft מנתח את המסגרות הכהות הללו עם ניגודיות מוגברת כדי לזהות פיקסלים חמים מבודדים שמאותתים על השפלה בחיישן.