Vnitřní mechanika mobilních CMOS snímačů: Bayerovy filtry a fotodiodové jamky
Každá digitální fotografie pořízená chytrým telefonem pochází z a Doplňkový metal-oxid-polovodičový (CMOS) aktivní pixelový senzor. Povrch křemíkového senzoru tvoří miliony mikroskopických fotodiodových světelných jamek. Vzhledem k tomu, že křemíkové fotodiody jsou ze své podstaty barvoslepé (měří pouze celkovou intenzitu světla), vytvořilo se pole mikroskopických mozaikových barevných filtrů tzv. Bayerův filtr je připojen k povrchu snímače ve střídavém vzoru 50 % zelená, 25 % červená a 25 % modrá mikročočky.
Světelné fotony narážejí na každou fotodiodu a uvolňují elektrony prostřednictvím fotoelektrického jevu, aby akumulovaly elektrický náboj. Analogově-digitální převodníky na čipu (ADC) převádějí tento náboj na 10bitová nebo 14bitová digitální čísla. Procesor obrazového signálu (ISP) demosaizuje tyto nezpracované hodnoty RGB, provádí vícesnímkovou redukci šumu, mapování tónů a vydává původní snímky videa při 30 až 60 FPS.
Diagnostika defektů senzoru: Mrtvé pixely, horké pixely a kosmické záření
Během procesu výroby polovodičů nebo v důsledku přirozeného vyzařování pozadí a tepelného cyklování mohou jednotlivé jamky fotodiody vyvinout mikrodefekty:
- Mrtvé pixely (černé): Objeví se, když úplně selže elektrické propojení fotodiody nebo se obvod pixelu zkratuje k zemi. Pixel produkuje nulové napětí bez ohledu na příchozí světlo a zobrazuje se jako permanentní černá skvrna.
- Horké pixely (jasně červená, zelená nebo modrá): Způsobené dislokacemi krystalové mřížky křemíku, které umožňují tepelné energii vytvářet páry elektron-díra i v absolutní tmě (únik temného proudu). Horké pixely se stanou do očí bijícími při dlouhých expozicích nebo když se snímač zařízení zahřeje během dlouhého nahrávání videa.
- Zaseknuté pixely: Vyskytuje se, když tranzistor zůstává uzamčen v otevřeném stavu, saturuje ADC a vydává plný jas (čistě bílá nebo plná barva RGB) za všech světelných podmínek.
Odečítání tmavých snímků: Vědecký standard pro auditování senzorů
V profesionální astrofotografii a vědecké spektrometrii je stav senzoru auditován pomocí odečítání tmavého snímku. Blokováním všech dopadajících fotonů před dosažením senzoru (zavřená závěrka nebo zakrytá čočka) jakýkoli signál zaznamenaný kamerou představuje čistý elektronický tepelný šum a únik fotodiody. Online skener FlashSoft analyzuje tyto tmavé snímky se zesíleným kontrastem, aby detekoval izolované horké pixely, které signalizují degradaci senzoru.