Den indre mekanikken til mobile CMOS-sensorer: Bayer-filtre og fotodiodebrønner
Hvert digitalt fotografi tatt av en smarttelefon stammer fra en Komplementær Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) aktiv pikselsensor. Overflaten til silisiumsensoren består av millioner av mikroskopiske fotodiodelysbrønner. Fordi silisiumfotodioder er i seg selv fargeblinde (måler kun total lysintensitet), kalles en mikroskopisk mosaikkfargefiltergruppe en Bayer filter er bundet til sensoroverflaten i et vekslende mønster av 50 % grønn, 25 % rød og 25 % blå mikrolinser.
Lysfotoner treffer hver fotodiode godt, og fjerner elektroner via den fotoelektriske effekten for å akkumulere en elektrisk ladning. On-chip analog-til-digital-omformere (ADCer) transformerer denne ladningen til 10-biters eller 14-biters digitale tall. En bildesignalprosessor (ISP) demonstrerer disse rå RGB-verdiene, utfører multi-frame støyreduksjon, tonekartlegging og sender ut uberørte videobilder med 30 til 60 FPS.
Diagnostisering av sensordefekter: døde piksler, varme piksler og kosmisk stråling
Under halvlederproduksjonsprosessen, eller som en konsekvens av naturlig bakgrunnsstråling og termisk syklus, kan individuelle fotodiodebrønner utvikle mikrodefekter:
- Døde piksler (svart): Oppstår når en fotodiodes elektriske sammenkobling svikter fullstendig eller en pikselkrets kortslutter til jord. Pikselen produserer null spenning uavhengig av innkommende lys, og vises som en permanent svart flekk.
- Varme piksler (lys rød, grønn eller blå): Forårsaket av forskyvninger av silisiumkrystallgitter som lar termisk energi skape elektron-hull-par selv i absolutt mørke (mørkstrømlekkasje). Varme piksler blir tydelige under lange eksponeringer eller når enhetssensoren varmes opp under lengre videoopptak.
- Stuck piksler: Oppstår når en transistor forblir låst i åpen tilstand, metter ADC og sender ut fullskala luminans (ren hvit eller full RGB-farge) i alle lysforhold.
Dark Frame Subtraksjon: Den vitenskapelige standarden for sensorrevisjon
I profesjonell astrofotografering og vitenskapelig spektrometri revideres sensorhelse ved hjelp av mørk ramme subtraksjon. Ved å blokkere alle innfallende fotoner fra å nå sensoren (lukkeren lukket eller linsen dekket), representerer ethvert signal som tas opp av kameraet ren elektronisk termisk støy og fotodiodelekkasje. FlashSofts nettskanner analyserer disse mørke rammene med forsterket kontrast for å oppdage isolerte varme piksler som signaliserer sensordegradering.