Den inre mekaniken hos mobila CMOS-sensorer: Bayer-filter och fotodiodbrunnar
Varje digitalt fotografi som tagits av en smartphone kommer från enKompletterande metalloxid-halvledare (CMOS) aktiv pixelsensor. Ytan på kiselsensorn består av miljontals mikroskopiska fotodiodljusbrunnar. Eftersom kiselfotodioder i sig är färgblinda (som endast mäter den totala ljusintensiteten), kallas en mikroskopisk mosaikfärgfilteruppsättning enBayer filterär bunden till sensorytan i ett alternerande mönster av50 % grönt, 25 % rött och 25 % blåttmikrolinser.
Ljusfotoner träffar varje fotodiod väl och förskjuter elektroner via den fotoelektriska effekten för att ackumulera en elektrisk laddning. On-chip analog-till-digital-omvandlare (ADC) omvandlar denna laddning till 10-bitars eller 14-bitars digitala tal. En bildsignalprocessor (ISP) demonstrerar dessa råa RGB-värden, utför brusreducering med flera bildrutor, tonmappning och matar ut orörda videorutor med 30 till 60 FPS.
Diagnostisera sensordefekter: döda pixlar, heta pixlar och kosmisk strålning
Under halvledartillverkningsprocessen, eller som en konsekvens av naturlig bakgrundsstrålning och termisk cykling, kan individuella fotodiodbrunnar utveckla mikrodefekter:
- Döda pixlar (svart):Uppstår när en fotodiods elektriska sammankoppling misslyckas helt eller en pixelkrets kortsluts till jord. Pixeln producerar noll spänning oavsett inkommande ljus, och visas som en permanent svart fläck.
- Heta pixlar (ljusröd, grön eller blå):Orsakas av kiselkristallgitterdislokationer som tillåter termisk energi att skapa elektron-hålpar även i absolut mörker (mörkströmsläckage). Heta pixlar blir uppenbara under långa exponeringar eller när enhetssensorn värms upp under långvarig videoinspelning.
- Fastnade pixlar:Uppstår när en transistor förblir låst i öppet tillstånd, mättar ADC:n och avger fullskalig luminans (ren vit eller full RGB-färg) över alla ljusförhållanden.
Dark Frame Subtraction: The Scientific Standard for Sensor Auditing
Inom professionell astrofotografi och vetenskaplig spektrometri granskas sensorns hälsa med hjälp avsubtraktion av mörk ram. Genom att blockera alla infallande fotoner från att nå sensorn (slutaren stängd eller linsen täckt), representerar varje signal som registreras av kameran rent elektroniskt termiskt brus och fotodiodläckage. FlashSofts onlineskanner analyserar dessa mörka ramar med förstärkt kontrast för att upptäcka isolerade heta pixlar som signalerar sensorförsämring.