モバイル CMOS センサーの内部機構: ベイヤー フィルターとフォトダイオード ウェル
スマートフォンで撮影されたすべてのデジタル写真は、相補型金属酸化膜半導体 (CMOS) アクティブピクセルセンサー。シリコン センサーの表面は、何百万もの微細なフォトダイオードの光井戸で構成されています。シリコンフォトダイオードは本質的に色盲であるため（総光強度のみを測定する）、ベイヤーフィルター交互パターンでセンサー表面に接着されます。50% 緑、25% 赤、25% 青マイクロレンズ。
光の光子が各フォトダイオードのウェルに衝突し、光電効果によって電子を追い出し、電荷を蓄積します。オンチップのアナログ - デジタル コンバータ (ADC) は、この電荷を 10 ビットまたは 14 ビットのデジタル数値に変換します。画像信号プロセッサ (ISP) は、これらの生の RGB 値をデモザイクし、マルチフレーム ノイズ リダクション、トーン マッピングを実行し、30 ～ 60 FPS で元のビデオ フレームを出力します。
センサーの欠陥の診断: デッドピクセル、ホットピクセル、宇宙放射線
半導体製造プロセス中、または自然バックグラウンド放射や熱サイクルの結果として、個々のフォトダイオード ウェルに微小欠陥が発生する可能性があります。
- デッドピクセル (黒):フォトダイオードの電気的相互接続が完全に故障した場合、またはピクセル回路がグランドに短絡した場合に発生します。ピクセルは、入射光に関係なくゼロ電圧を生成し、永久的な黒い点として表示されます。
- ホット ピクセル (明るい赤、緑、または青):シリコン結晶の格子転位によって引き起こされ、完全な暗闇でも熱エネルギーによって電子と正孔のペアが生成されます (暗電流リーク)。ホットピクセルは、長時間露光中、または長時間のビデオ録画中にデバイスのセンサーがウォームアップすると、はっきりと目立ちます。
- スタックピクセル:トランジスタがオープン状態でロックされたままになると発生し、ADC が飽和し、すべての照明条件にわたってフルスケールの輝度 (純白またはフル RGB カラー) が出力されます。
ダーク フレームの減算: センサー監査の科学的標準
プロの天体写真や科学分光測定では、センサーの状態が次の方法で監査されます。ダークフレーム減算。すべての入射光子がセンサーに到達するのをブロックする (シャッターを閉じるか、レンズを覆う) ことにより、カメラによって記録される信号は純粋な電子熱ノイズとフォトダイオードの漏れを表します。 FlashSoft のオンライン スキャナは、増幅されたコントラストを使用してこれらのダーク フレームを分析し、センサーの劣化を示す孤立したホット ピクセルを検出します。