모바일 CMOS 센서의 내부 메커니즘: 베이어 필터 및 포토다이오드 웰
스마트폰으로 촬영한 모든 디지털 사진은상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 활성 픽셀 센서. 실리콘 센서의 표면은 수백만 개의 미세한 포토다이오드 광 우물로 구성됩니다. 실리콘 포토다이오드는 본질적으로 색맹이기 때문에(총 빛의 강도만 측정), 미세한 모자이크 컬러 필터 어레이는바이엘 필터교대로 패턴으로 센서 표면에 접착됩니다.녹색 50%, 빨간색 25%, 파란색 25%마이크로 렌즈.
빛 광자는 각 포토다이오드에 잘 충돌하여 광전 효과를 통해 전자를 이탈시켜 전하를 축적합니다. 온칩 아날로그-디지털 변환기(ADC)는 이 전하를 10비트 또는 14비트 디지털 숫자로 변환합니다. ISP(이미지 신호 프로세서)는 이러한 원시 RGB 값을 디모자이크하고 다중 프레임 노이즈 감소, 톤 매핑을 수행하고 30~60FPS에서 깨끗한 비디오 프레임을 출력합니다.
센서 결함 진단: 데드 픽셀, 핫 픽셀 및 우주 방사선
반도체 제조 공정 중 또는 자연 배경 복사 및 열 순환의 결과로 개별 포토다이오드 웰에 미세 결함이 발생할 수 있습니다.
- 데드 픽셀(검은색):포토다이오드의 전기적 상호 연결이 완전히 실패하거나 픽셀 회로가 접지로 단락되었을 때 발생합니다. 픽셀은 들어오는 빛에 관계없이 0 전압을 생성하여 영구적인 검은 점으로 표시됩니다.
- 핫 픽셀(밝은 빨간색, 녹색 또는 파란색):절대 암흑(암전류 누출)에서도 열 에너지가 전자-정공 쌍을 생성할 수 있도록 하는 실리콘 결정 격자 전위로 인해 발생합니다. 장시간 노출 시 또는 장시간 비디오 녹화 중에 장치 센서가 예열될 때 핫 픽셀이 눈에 띄게 나타납니다.
- 고정된 픽셀:트랜지스터가 열린 상태로 고정되어 ADC를 포화시키고 모든 조명 조건에서 전체 휘도(순백색 또는 전체 RGB 색상)를 출력할 때 발생합니다.
다크 프레임 차감: 센서 감사를 위한 과학적 표준
전문 천체 사진 및 과학 분광법에서는 다음을 사용하여 센서 상태를 감사합니다.다크 프레임 빼기. 모든 입사 광자가 센서(셔터가 닫혀 있거나 렌즈가 덮여 있음)에 도달하는 것을 차단함으로써 카메라에 기록된 모든 신호는 순수한 전자 열 잡음과 포토다이오드 누출을 나타냅니다. FlashSoft의 온라인 스캐너는 증폭된 대비로 이러한 다크 프레임을 분석하여 센서 성능 저하를 알리는 고립된 핫 픽셀을 감지합니다.