กลไกภายในของเซ็นเซอร์ CMOS แบบเคลื่อนที่: ตัวกรองของไบเออร์และโฟโตไดโอดเวลส์
ภาพถ่ายดิจิทัลทุกภาพที่ถ่ายด้วยสมาร์ทโฟนมีต้นกำเนิดที่ เซนเซอร์แอคทีฟพิกเซลแบบแอคทีฟโลหะออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์ (CMOS) เสริม. พื้นผิวของเซ็นเซอร์ซิลิกอนประกอบด้วยหลุมแสงโฟโตไดโอดขนาดจิ๋วหลายล้านเซลล์ เนื่องจากโฟโตไดโอดซิลิคอนตาบอดสีโดยเนื้อแท้ (วัดเฉพาะความเข้มแสงทั้งหมด) อาเรย์ฟิลเตอร์สีโมเสกด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่เรียกว่า ตัวกรองไบเออร์ ถูกยึดติดกับพื้นผิวเซ็นเซอร์ในรูปแบบสลับกันของ สีเขียว 50% สีแดง 25% และสีน้ำเงิน 25% เลนส์ไมโคร
โฟตอนของแสงจะโจมตีโฟโตไดโอดแต่ละตัวได้ดี โดยจะไล่อิเล็กตรอนออกโดยใช้โฟโตอิเล็กทริกเพื่อสะสมประจุไฟฟ้า ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) บนชิปแปลงการชาร์จนี้เป็นตัวเลขดิจิทัล 10 บิตหรือ 14 บิต โปรเซสเซอร์สัญญาณภาพ (ISP) สาธิตค่า RGB ดิบเหล่านี้ ทำการลดสัญญาณรบกวนแบบหลายเฟรม ทำแผนที่โทน และส่งออกเฟรมวิดีโอดั้งเดิมที่ 30 ถึง 60 FPS
การวินิจฉัยข้อบกพร่องของเซนเซอร์: พิกเซลที่ตาย, พิกเซลร้อน และรังสีคอสมิก
ในระหว่างกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ หรือเป็นผลจากการแผ่รังสีพื้นหลังตามธรรมชาติและการหมุนเวียนของความร้อน หลุมโฟโตไดโอดแต่ละหลุมสามารถพัฒนาข้อบกพร่องระดับไมโครได้:
- พิกเซลที่เสีย (สีดำ): เกิดขึ้นเมื่อการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าของโฟโตไดโอดล้มเหลวอย่างสมบูรณ์ หรือวงจรพิกเซลลัดวงจรลงกราวด์ พิกเซลจะสร้างแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์โดยไม่คำนึงถึงแสงที่เข้ามา โดยแสดงเป็นจุดดำถาวร
- พิกเซลร้อน (แดงสด เขียว หรือน้ำเงิน): เกิดจากการเคลื่อนตัวของโครงผลึกซิลิคอนที่ยอมให้พลังงานความร้อนสร้างคู่อิเล็กตรอนรูแม้ในที่มืดสนิท (การรั่วไหลของกระแสมืด) พิกเซลร้อนจะเห็นได้ชัดเจนในระหว่างการเปิดรับแสงเป็นเวลานาน หรือเมื่อเซ็นเซอร์ของอุปกรณ์อุ่นขึ้นระหว่างการบันทึกวิดีโอเป็นเวลานาน
- พิกเซลค้าง: เกิดขึ้นเมื่อทรานซิสเตอร์ยังคงล็อคอยู่ในสถานะเปิด ทำให้ ADC อิ่มตัว และส่งสัญญาณความสว่างเต็มสเกล (สีขาวบริสุทธิ์หรือสี RGB เต็มรูปแบบ) ในทุกสภาพแสง
การลบเฟรมสีเข้ม: มาตรฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับการตรวจสอบเซ็นเซอร์
ในการถ่ายภาพดาราศาสตร์และสเปกโตรเมตรีทางวิทยาศาสตร์ระดับมืออาชีพ จะมีการตรวจสอบสภาพของเซ็นเซอร์โดยใช้ การลบกรอบสีเข้ม. ด้วยการปิดกั้นโฟตอนที่ตกกระทบทั้งหมดไม่ให้เข้าถึงเซ็นเซอร์ (ปิดชัตเตอร์หรือปิดเลนส์) สัญญาณใดๆ ที่กล้องบันทึกไว้จะแสดงถึงสัญญาณรบกวนความร้อนทางอิเล็กทรอนิกส์และการรั่วไหลของโฟโตไดโอด เครื่องสแกนออนไลน์ของ FlashSoft วิเคราะห์กรอบสีเข้มเหล่านี้ด้วยคอนทราสต์ที่ขยาย เพื่อตรวจจับพิกเซลร้อนที่แยกออกมาซึ่งส่งสัญญาณการเสื่อมสภาพของเซ็นเซอร์