Wewnętrzna mechanika mobilnych czujników CMOS: filtry Bayera i studnie fotodiodowe
Każde zdjęcie cyfrowe wykonane smartfonem pochodzi z:Uzupełniający czujnik z aktywnymi pikselami z tlenkiem metalu (CMOS).. Powierzchnia czujnika krzemowego składa się z milionów mikroskopijnych fotodiodowych studni świetlnych. Ponieważ fotodiody krzemowe są z natury daltonistami (mierzą jedynie całkowite natężenie światła), mikroskopijny układ mozaikowych filtrów kolorów zwanyFiltr Bayerajest połączony z powierzchnią czujnika w sposób naprzemienny50% zielony, 25% czerwony i 25% niebieskimikrosoczewki.
Fotony światła dobrze uderzają w każdą fotodiodę, wypierając elektrony poprzez efekt fotoelektryczny i gromadząc ładunek elektryczny. Wbudowane w układ przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC) przekształcają ten ładunek na 10- lub 14-bitowe liczby cyfrowe. Procesor sygnału obrazu (ISP) demontuje te surowe wartości RGB, przeprowadza wieloklatkową redukcję szumów, mapowanie tonów i generuje nieskazitelne klatki wideo z szybkością od 30 do 60 klatek na sekundę.
Diagnozowanie wad czujnika: martwe piksele, gorące piksele i promieniowanie kosmiczne
Podczas procesu produkcji półprzewodników lub w wyniku naturalnego promieniowania tła i cykli termicznych w poszczególnych studzienkach fotodiod mogą pojawić się mikrodefekty:
- Martwe piksele (czarne):Występuje, gdy połączenie elektryczne fotodiody ulegnie całkowitemu uszkodzeniu lub obwód piksela zostanie zwarty do masy. Piksel wytwarza zerowe napięcie niezależnie od wpadającego światła, co objawia się trwałą czarną plamą.
- Gorące piksele (jasnoczerwony, zielony lub niebieski):Spowodowane dyslokacjami sieci krystalicznej krzemu, które umożliwiają energii cieplnej tworzenie par elektron-dziura nawet w absolutnej ciemności (upływ ciemnego prądu). Gorące piksele stają się wyraźnie widoczne podczas długich ekspozycji lub gdy czujnik urządzenia nagrzewa się podczas długiego nagrywania wideo.
- Zablokowane piksele:Występuje, gdy tranzystor pozostaje zablokowany w stanie otwartym, nasycając przetwornik ADC i generując luminancję w pełnej skali (czysta biel lub pełny kolor RGB) we wszystkich warunkach oświetleniowych.
Odejmowanie ciemnych klatek: naukowy standard kontroli czujników
W profesjonalnej astrofotografii i spektrometrii naukowej stan czujnika jest kontrolowany za pomocąodejmowanie ciemnych klatek. Blokując dostęp wszystkich padających fotonów do czujnika (zamknięta przesłona lub zasłonięty obiektyw), każdy sygnał rejestrowany przez kamerę reprezentuje czysty elektroniczny szum termiczny i wyciek fotodiody. Skaner online FlashSoft analizuje te ciemne klatki ze wzmocnionym kontrastem, aby wykryć izolowane gorące piksele, które sygnalizują degradację czujnika.