Принцип КМОП относительно прост. Его рабочий процесс обычно можно разделить на четыре этапа: сброс, фотоэлектрическое преобразование, интеграция и считывание.
Когда падающий свет проходит через цветные фильтры RGB и достигает датчика CMOS, возникает фотоэлектрический эффект. Электроны генерируются и считываются, а затем преобразуются в аналоговые сигналы. Эти сигналы усиливаются (регулировка ISO) и, наконец, преобразуются в значения напряжения. Когда эти значения суммируются, они формируют изображение, которое мы видим.
Датчик Raw CMOS не может захватывать цветные изображения. После нажатия затвора фотодиод в каждом пикселе преобразует интенсивность света в цифровое значение (0–255).
Этот диапазон представляет уровни яркости: от черного (0) до белого (255).
Массив цветных фильтров (CFA)
Для захвата цветных изображений требуется структура, называемая массивом цветных фильтров (CFA). Этот массив функционирует аналогично колбочкам в человеческом глазу. Свет определенной длины проходит через соответствующие цветовые фильтры, позволяя каждому пикселю улавливать информацию о цвете.
Шаблон Байера
Наиболее распространенным CFA является массив фильтров Байера. Он состоит из чередующихся рядов красных, зеленых и синих фильтров. В такой схеме 50% фильтров зеленые, а на красный и синий приходится по 25%.
Шаблон Байера также называется шаблоном RGGB и представляет собой наименьшую повторяющуюся единицу схемы фильтра.
За последние два десятилетия многие производители оптики исследовали альтернативные конструкции CFA. Однако, несмотря на различные инновации, массив Байера сегодня остается доминирующим стандартом.
Однопиксельная структура
Каждый пиксель в CMOS-сенсоре измеряется в микрометрах (мкм) и включает в себя как фотодиод, так и окружающие его электронные компоненты.
Пиксель CMOS обычно состоит из:
- Фотодиод
- Усилитель
- Сбросить ворота
- Трансферные ворота
- Плавающая диффузия
Над этими компонентами находится микролинза, которая помогает концентрировать больше света на фотодиоде, повышая чувствительность.
Размер сенсора, разрешение и размер пикселя
Общий размер сенсора определяется как разрешением, так и размером пикселей. Как правило, более крупные сенсоры либо обеспечивают более высокое разрешение, либо больший размер пикселей по сравнению с сенсорами меньшего размера.
Однако из-за нехватки места в таких устройствах, как смартфоны, при разработке датчиков использовались альтернативные подходы с фиксированными размерами. Оптимизация, связанная с пикселями-, будет обсуждаться более подробно в последующих разделах.
Краткое содержание
По сути, CMOS-сенсоры преобразуют световые сигналы в электрические сигналы посредством ряда процессов, а затем используют алгоритмы для вывода читаемого изображения.
