A mobil CMOS-érzékelők belső mechanikája: Bayer-szűrők és fotodióda-kutak
Minden okostelefonnal készített digitális fénykép a Kiegészítő fém-oxid félvezető (CMOS) aktív pixel érzékelő. A szilícium érzékelő felülete milliónyi mikroszkopikus fotodióda fényüregből áll. Mivel a szilícium fotodiódák alapvetően színvakok (csak a teljes fényintenzitást mérik), egy mikroszkopikus mozaik színszűrő tömb, az úgynevezett Bayer szűrő váltakozó mintázatban van az érzékelő felületéhez kötve 50% zöld, 25% piros és 25% kék mikrolencsék.
A fényfotonok minden fotodiódát jól eltalálnak, és a fotoelektromos hatás révén kimozdítják az elektronokat, és elektromos töltést halmoznak fel. A chipen belüli analóg-digitális átalakítók (ADC) ezt a töltést 10 vagy 14 bites digitális számokká alakítják. Az ISP (Image Signal Processor) demozaikálja ezeket a nyers RGB értékeket, több képkocka zajcsökkentést, tónusleképezést hajt végre, és 30–60 FPS sebességgel eredeti videókockákat ad ki.
Érzékelőhibák diagnosztizálása: holt képpontok, forró pixelek és kozmikus sugárzás
A félvezető gyártási folyamat során, vagy a természetes háttérsugárzás és a hőciklus következtében az egyes fotodióda kutakban mikrohibák alakulhatnak ki:
- Halott pixelek (fekete): Akkor fordul elő, ha egy fotodióda elektromos összekötése teljesen meghibásodik, vagy egy pixeláramkör testzárlatos. A pixel a bejövő fénytől függetlenül nulla feszültséget termel, állandó fekete foltként jelenik meg.
- Forró pixelek (világos piros, zöld vagy kék): A szilícium kristályrács diszlokációi okozzák, amelyek lehetővé teszik a hőenergia számára, hogy még abszolút sötétben is elektron-lyuk párokat hozzon létre (sötétáram szivárgása). A forró képpontok kirívóan szembetűnővé válnak hosszú expozíció során, vagy amikor az eszköz érzékelője felmelegszik hosszabb videórögzítés közben.
- Elakadt pixelek: Akkor fordul elő, ha egy tranzisztor nyitott állapotban zárva marad, telítve az ADC-t és teljes fénysűrűséget (tiszta fehér vagy teljes RGB színt) bocsát ki minden fényviszonyok között.
Sötét keret kivonása: Az érzékelő-auditálás tudományos szabványa
A professzionális asztrofotózásban és a tudományos spektrometriában az érzékelők állapotának auditálása a következőkkel történik sötét keret kivonás. Azáltal, hogy megakadályozza, hogy minden beeső foton elérje az érzékelőt (zárva vagy letakart lencsével), a kamera által rögzített bármely jel tiszta elektronikus hőzajt és fotodióda-szivárgást jelent. A FlashSoft online szkennere felerősített kontraszttal elemzi ezeket a sötét kereteket, hogy felismerje az elszigetelt forró képpontokat, amelyek jelzik az érzékelő romlását.