Внутрішня механіка мобільних датчиків CMOS: фільтри Байєра та фотодіодні колодязі
Кожна цифрова фотографія, зроблена смартфоном, походить від aКомплементарний сенсор з активними пікселями на основі оксиду металу (CMOS).. Поверхня кремнієвого датчика складається з мільйонів мікроскопічних фотодіодних світлових лунок. Оскільки кремнієві фотодіоди за своєю суттю є дальтоніками (вимірюють лише загальну інтенсивність світла), мікроскопічний мозаїчний масив кольорових фільтрів, який називаєтьсяФільтр Байєраприкріплюється до поверхні датчика в чергуванні50% зеленого, 25% червоного та 25% синьогомікролінзи.
Світлові фотони добре вражають кожен фотодіод, витісняючи електрони через фотоелектричний ефект для накопичення електричного заряду. Вбудовані аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) перетворюють цей заряд у 10- або 14-бітні цифрові числа. Процесор сигналу зображення (ISP) демозаїзує ці необроблені значення RGB, виконує багатокадрове шумозаглушення, тональне відображення та виводить чисті відеокадри зі швидкістю від 30 до 60 кадрів/с.
Діагностика дефектів сенсора: мертві пікселі, гарячі пікселі та космічне випромінювання
Під час процесу виробництва напівпровідників або внаслідок природного фонового випромінювання та теплового циклу окремі лунки фотодіодів можуть утворювати мікродефекти:
- Мертві пікселі (чорні):Виникає, коли електричне з’єднання фотодіода повністю виходить з ладу або ланцюг пікселя замикається на землю. Піксель виробляє нульову напругу незалежно від вхідного світла, що відображається як постійна чорна пляма.
- Гарячі пікселі (яскраво-червоні, зелені або сині):Викликається дислокаціями кристалічної решітки кремнію, які дозволяють тепловій енергії створювати електронно-діркові пари навіть в абсолютній темряві (темновий витік струму). Гарячі пікселі стають яскраво помітними під час тривалої витримки або коли датчик пристрою нагрівається під час тривалого запису відео.
- Застряглі пікселі:Виникає, коли транзистор залишається заблокованим у відкритому стані, насичуючи АЦП і виводячи повномасштабну яскравість (чистий білий або повний колір RGB) у всіх умовах освітлення.
Віднімання темної рамки: науковий стандарт аудиту датчиків
У професійній астрофотографії та науковій спектрометрії справність сенсора перевіряється за допомогоювіднімання темної рамки. Блокуючи всі падаючі фотони від досягнення датчика (затвор закритий або закритий об’єктив), будь-який сигнал, записаний камерою, представляє чистий електронний тепловий шум і витік фотодіода. Онлайн-сканер FlashSoft аналізує ці темні кадри з посиленим контрастом, щоб виявити окремі гарячі пікселі, які сигналізують про погіршення якості датчика.