Сегодня 25 октября 2026
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Фото и видео

Анатомия цифрового фотоаппарата: сенсоры

⇣ Содержание

Коллизии фотонов

Электроны, вырабатываемые в результате фотоэлектрического эффекта, перемещаются по сенсору практически хаотически. На движение электронов влияет множество факторов - это и угол попадания фотона, и энергия фотона, и длина волны фотона, и расположение атомов кремния, и качество кремния, и количество слоев на матрице. Кроме того, влияют ещё и другие законы физики. В итоге электроны перемещаются беспорядочно, а не прямолинейно. Также факт высвобождения электрона вовсе не означает попадание этого электрона на пиксель - электрон может снова вернуться в кремний, а может направиться совершенно в другом направлении.

В зависимости от угла падения фотона, при прохождении массива цветных фильтров траектория может измениться, и фотон может попасть на фотодиод соседнего пикселя, а не на свой фотодиод. Это может привести к искажению заряда соседнего пикселя - такой эффект называется оптической перекрестной помехой (cross-pixel talk или optical crosstalk). К примеру, фотон, летевший на красный фильтр, после его прохождения попал на пиксель с зеленым фильтром. В результате искажается изображение (см. рисунок).


Результат такого эффекта нельзя устранить на стадии обработки изображения. Но с помощью специальных стенок между фильтрами этот эффект можно нейтрализовать. Например, Kodak и другие производители, для того, чтобы избежать такого эффекта, в массивах цветных фильтров используют черные перегородки. В других технологиях (к примеру, Philips) используют металлические щиты, которые расположены за фильтрами. Считается, что этот метод надежнее, чем черные границы в фильтрах. Но, во-первых, металл дороже стоит, во-вторых, занимает больше места, а в третьих, добавляет вес.


Электрические помехи объясняются свойствами света. Глубина проникновения фотона в кремний (прежде чем высвободится электрон) зависит от длины световой волны. (Помните, мы говорили, что если длина волны слишком большая, свет просто не задержится в кремнии) Чем короче волна, тем большей энергией обладают фотоны и тем скорее они высвободят электроны. Конечно, если длина волны не слишком коротка. В этом случае, фотоны просто отразятся от поверхности сенсора. Из основных цветов системы Байера, красный обладает максимальной диной волны (соответственно фотоны красного света обладают меньшей энергией), а длина синего цвета - самая короткая. Поэтому, когда фотоны проходят через красный фильтр, они проникают глубже в кремний, перед тем как высвободить электроны. Это может привести к неадекватной реакции на различные цвета, потерю заряда на подложке, а также к переходу электронов в другие пиксели. Как и оптические помехи, электрические помехи нельзя откорректировать на стадии обработки изображений, и посему должны быть предотвращены дизайном сенсора.


Помутнение


Помутнение слева вызвано излишком электронов.

Помутнение - это самый распространенный побочный эффект. Пиксели могут накопить лишь ограниченное количество заряда. Этот параметр называется коэффициентом заполнения. При очень ярком свете электроны переполняют пиксель и попадают в соседние. По этой причине на изображении возникает яркое пятно или полоса, которые мы и называем расплыванием или помутнением.

Чтобы избавиться от этого эффекта создаются специальные перегородки и пиксели, способные забрать избыточные электроны и не допустить их дальнейшую обработку. К сожалению, перегородки занимают более 30 процентов полезной площади, при этом уменьшается чувствительность сенсора и квантовая эффективность. А так как цена - это главный сдерживающий фактор, то в некоторых случаях приходится мириться с такими недостатками.

Способность сенсора детализовать изображение при различных условиях освещенности определяется динамическим диапазоном. Чем шире этот диапазон, тем лучше сенсор.


Помехи

Соотношение сигнал/шум - также является важной характеристикой сенсора. Это соотношение можно определить по динамическому диапазону. Другими словами, не зная, как много посторонних помех или шумов возникает на сенсоре, вычислить динамический диапазон невозможно. Самое интересное, чтобы обеспечить ту же степень детализации при различной освещенности, что и у обыкновенной фотопленки, динамический диапазон сенсора должен быть больше, чем динамический диапазон пленки.

Итак, помехи в изображениях могут возникать по целому ряду вышеописанных причин. Кроме того, часто пиксели неравномерно реагируют на свет, таким образом, создаются зоны с разной чувствительностью. Это также можно рассматривать как помеху. Из всех этих шумов, пожалуй, самую негативную роль, особенно в связи с динамическим диапазоном, играют темновые токи. Темновой ток - это те нежелательные сигналы, вырабатываемые камерой в полной темноте - без всякого освещения, своеобразный фон.

Основная причина возникновения темнового тока - это примеси в кремниевой пластине или повреждение кристаллической решетки кремния. Чем чище кремний, тем меньше темновой ток. Отметим, однако, что при этом и камера становится дороже. Также, ток может возникать вследствие некорректного производственного процесса (например, от неправильного ионного легирования). Ток возникает и от нагревания (при увеличении температуры на 6-8 градусов, значение темнового тока удваивается)

Было интересно? Скажите об этом Google, чтобы чаще получать ссылки на наши новости про справочные материалы
Следующая страница → ← Предыдущая страница
⇣ Содержание
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Новая статья: Order of the Sinking Star — королева головоломок. Рецензия 25 мин.
Основатель Twitter представил голосовой ИИ, обученный с нуля только на человеческой речи 22 ч.
«Цунами уязвимостей» надвигается: эксперты предупредили, что дальше будет только хуже, но потом станет лучше 24 ч.
OpenAI возобновила обучение ИИ-моделей, но не пускает их в интернет 24-10 09:03
DeepSeek и MiniMax получили право разворачивать свои ИИ-модели за пределами Китая 24-10 05:16
Xbox лишилась первого операционного директора спустя всего несколько месяцев после назначения 24-10 04:30
Новая статья: Forever Ago — вместо письма. Рецензия 24-10 00:08
Google разрешила себе использовать личную информацию из Gmail и «Фото» при показе рекламы 24-10 00:01
Галактическая холодная война, наследие Шепарда и матриарх Лиара: блогер рассказал, чего лишились игроки из-за отмены Mass Effect: Universe 23-10 20:39
Студия разработчиков Marvel’s Blade, Deathloop и Dishonored оказалась под угрозой закрытия — на поиск покупателя у Arkane осталось три недели 23-10 19:29
Дженсен Хуанг стал предводителем робоутят — и теперь все хотят быть как Хуанг 20 ч.
Supermicro представила стойку с 256 процессорами NVIDIA Vera на жидкостном охлаждении 21 ч.
В Швеции появился суперкомпьютер Sferical One на базе NVIDIA DGX GB300 21 ч.
Запущен суперкомпьютер Daedalus — самая мощная НРС-система Греции 21 ч.
Infineon и NVIDIA разработают технологию питания на основе GaN для стоек на 800 В 21 ч.
NASA переписало план возвращения на Луну: высадить астронавтов планируют в 2028 году 22 ч.
Мировые затраты на строительство ЦОД уже в этом году достигнут $1 трлн, а в 2028 году более чем удвоятся до $2,1 трлн 24-10 07:15
Основатель Nvidia Дженсен Хуанг впервые побывал в Казахстане, высоко оценив технологический потенциал страны 24-10 06:31
Как во времена первых «Айфонов»: старт продаж iPhone Duo собрал у магазинов Apple большие очереди 24-10 01:19
В MIT создали крошечного робота с плавниками из живых мышц — чтобы плыть, ему не нужны батарейки 23-10 22:00