Mecanica interioară a senzorilor CMOS mobili: filtre Bayer și puțuri fotodiode
Fiecare fotografie digitală capturată de un smartphone are originea la a Senzor de pixeli activi complementar de oxid de metal (CMOS).. Suprafața senzorului de siliciu este alcătuită din milioane de godeuri de lumină fotodiode microscopice. Deoarece fotodiodele de siliciu sunt intrinsec daltonice (măsurând doar intensitatea totală a luminii), o matrice microscopică de filtre color mozaic numită filtru Bayer este lipit de suprafața senzorului într-un model alternativ de 50% verde, 25% roșu și 25% albastru micro-lentile.
Fotonii de lumină lovesc bine fiecare fotodiodă, dislocand electronii prin efectul fotoelectric pentru a acumula o sarcină electrică. Convertoarele analog-digitale (ADC) pe cip transformă această taxă în numere digitale de 10 sau 14 biți. Un procesor de semnal de imagine (ISP) demonstrează aceste valori RGB brute, efectuează reducerea zgomotului în mai multe cadre, maparea tonurilor și emite cadre video impecabile la 30 până la 60 FPS.
Diagnosticarea defectelor senzorului: pixeli morți, pixeli fierbinți și radiații cosmice
În timpul procesului de fabricație a semiconductorilor sau ca o consecință a radiației naturale de fond și a ciclului termic, godeurile individuale de fotodiodă pot dezvolta micro-defecte:
- Pixeli morți (negri): Apare atunci când interconectarea electrică a unei fotodiode se defectează complet sau un circuit de pixeli scurtează la masă. Pixelul produce tensiune zero indiferent de lumina care vine, arătând ca o pată neagră permanentă.
- Hot Pixels (rosu aprins, verde sau albastru): Cauzat de dislocațiile rețelei cristaline de siliciu care permit energiei termice să creeze perechi electron-gaură chiar și în întuneric absolut (scurgere de curent întunecat). Pixelii fierbinți devin foarte evidenti în timpul expunerilor lungi sau când senzorul dispozitivului se încălzește în timpul înregistrării video extinse.
- Pixeli blocați: Apare atunci când un tranzistor rămâne blocat într-o stare deschisă, saturând ADC-ul și eliberând luminanță la scară completă (alb pur sau culoare RGB complet) în toate condițiile de iluminare.
Scăderea cadrului întunecat: standardul științific pentru auditarea senzorilor
În astrofotografie profesională și spectrometrie științifică, sănătatea senzorului este auditată folosind scăderea cadrului întunecat. Blocând toți fotonii incidenti să ajungă la senzor (oblonul închis sau obiectivul acoperit), orice semnal înregistrat de cameră reprezintă zgomot termic pur electronic și scurgere de fotodiodă. Scanerul online FlashSoft analizează aceste cadre întunecate cu contrast amplificat pentru a detecta pixelii fierbinți izolați care semnalează degradarea senzorului.