Η εσωτερική μηχανική των κινητών αισθητήρων CMOS: Φίλτρα Bayer και φρεάτια φωτοδιόδου
Κάθε ψηφιακή φωτογραφία που λαμβάνεται από ένα smartphone προέρχεται από ένα Συμπληρωματικός αισθητήρας ενεργών εικονοστοιχείων μετάλλου-οξειδίου-ημιαγωγού (CMOS).. Η επιφάνεια του αισθητήρα πυριτίου αποτελείται από εκατομμύρια μικροσκοπικά φρεάτια φωτοδιόδου. Επειδή οι φωτοδίοδοι πυριτίου είναι εγγενώς αχρωματοψίες (μετρούν μόνο τη συνολική ένταση φωτός), μια μικροσκοπική συστοιχία χρωματικών φίλτρων μωσαϊκού που ονομάζεται Φίλτρο Bayer συνδέεται με την επιφάνεια του αισθητήρα σε ένα εναλλασσόμενο σχέδιο του 50% πράσινο, 25% κόκκινο και 25% μπλε μικροφακοί.
Τα φωτόνια του φωτός χτυπούν καλά κάθε φωτοδίοδο, αποσπώντας ηλεκτρόνια μέσω του φωτοηλεκτρικού φαινομένου για να συσσωρεύσουν ένα ηλεκτρικό φορτίο. Οι μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό σε τσιπ (ADC) μετατρέπουν αυτή τη φόρτιση σε ψηφιακούς αριθμούς 10-bit ή 14-bit. Ένας Επεξεργαστής Σήματος Εικόνας (ISP) απομοχοποιεί αυτές τις ακατέργαστες τιμές RGB, εκτελεί μείωση θορύβου πολλαπλών καρέ, χαρτογράφηση τόνου και εξάγει παρθένα καρέ βίντεο στα 30 έως 60 FPS.
Διάγνωση ελαττωμάτων αισθητήρα: νεκρά εικονοστοιχεία, θερμά εικονοστοιχεία και κοσμική ακτινοβολία
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής ημιαγωγών ή ως συνέπεια της φυσικής ακτινοβολίας υποβάθρου και του θερμικού κύκλου, μεμονωμένα φρεάτια φωτοδιόδου μπορεί να αναπτύξουν μικροελαττώματα:
- Νεκρά εικονοστοιχεία (μαύρο): Εμφανίζονται όταν η ηλεκτρική διασύνδεση μιας φωτοδιόδου αποτυγχάνει εντελώς ή ένα κύκλωμα pixel βραχυκυκλώνεται στη γείωση. Το εικονοστοιχείο παράγει μηδενική τάση ανεξάρτητα από το εισερχόμενο φως, που εμφανίζεται ως μόνιμο μαύρο σημείο.
- Hot pixels (έντονο κόκκινο, πράσινο ή μπλε): Προκαλείται από εξαρθρώσεις κρυσταλλικού πλέγματος πυριτίου που επιτρέπουν στη θερμική ενέργεια να δημιουργεί ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών ακόμη και σε απόλυτο σκοτάδι (διαρροή σκοτεινού ρεύματος). Τα θερμά εικονοστοιχεία γίνονται ολοφάνερα κατά τη διάρκεια εκθέσεων μεγάλης διάρκειας ή όταν ο αισθητήρας της συσκευής θερμαίνεται κατά την εκτεταμένη εγγραφή βίντεο.
- Κολλημένα εικονοστοιχεία: Εμφανίζονται όταν ένα τρανζίστορ παραμένει κλειδωμένο σε ανοιχτή κατάσταση, κορεσμένο το ADC και εξάγοντας φωτεινότητα πλήρους κλίμακας (καθαρό λευκό ή πλήρες χρώμα RGB) σε όλες τις συνθήκες φωτισμού.
Αφαίρεση σκοτεινού πλαισίου: Το επιστημονικό πρότυπο για τον έλεγχο αισθητήρων
Στην επαγγελματική αστροφωτογραφία και την επιστημονική φασματομετρία, η υγεία των αισθητήρων ελέγχεται χρησιμοποιώντας αφαίρεση σκούρου πλαισίου. Αποκλείοντας όλα τα προσπίπτοντα φωτόνια από το να φτάσουν στον αισθητήρα (κλειστό κλείστρο ή καλύπτεται ο φακός), οποιοδήποτε σήμα που καταγράφεται από την κάμερα αντιπροσωπεύει καθαρό ηλεκτρονικό θερμικό θόρυβο και διαρροή φωτοδιόδου. Ο διαδικτυακός σαρωτής του FlashSoft αναλύει αυτά τα σκοτεινά πλαίσια με ενισχυμένη αντίθεση για να ανιχνεύσει απομονωμένα θερμά pixel που σηματοδοτούν την υποβάθμιση του αισθητήρα.