Крок пікселяце проста концепція. Це відстань від центру одного пікселя до центру сусіднього пікселя, яка зазвичай вимірюється в мікрометрах (мкм). У міру зменшення кроку пікселя перехресні перешкоди між пікселями стають більш імовірними.
В електроніці перехресні перешкоди – це будь-яке явище, коли сигнал, що передається в одному ланцюзі чи каналі, створює небажані перешкоди в іншому. Зазвичай це спричинено ненавмисним ємнісним, індуктивним або провідним зв’язком між ланцюгами. Перехресні перешкоди є критичною проблемою в структурованих кабелях, аудіоелектроніці, інтегральних схемах, бездротовому зв’язку та інших системах зв’язку.
У датчиках зображення перехресні перешкоди виникають, коли крок пікселів стає меншим і електрони, створені в результаті фотоелектричного ефекту, перетікають на сусідні фотодіоди, створюючи шум. Наприклад, через розташування масиву пікселів електрони, що утворюються під час проходження світла через зелений фільтр, можуть просочуватися до сусідніх червоних пікселів. У результаті процесор сигналу зображення отримує неправильні дані, що призводить до кольорового шуму.
Іншою причиною є розсіяне світло, що проникає в сусідні пікселі, коли відстань між пікселями занадто мала, ненавмисно активуючи сусідні пікселі.
Інші джерела шуму
Шум спричинений не лише перехресними перешкодами. Високі налаштування ISO та перегрів датчика також можуть спричинити шум.
Збільшення ISO ефективно збільшує посилення підсилювача, підвищуючи як сигнал, так і шум.
Довгі витримки можуть створювати тепловий шум через накопичення тепла в сенсорах CMOS. Хоча шумопоглинання-камери може пом’якшити це, тепловий шум стає помітнішим після певної тривалості експозиції.
Поширені типи шуму включають:
Фіксований шаблон шуму (довга витримка, низька ISO)
Смуговий шум (проблеми зчитування)
Випадковий шум (коротка експозиція, висока ISO)
Покращення якості зображення
Одним із способів покращити якість зображення є збільшення кількості пікселів, що ефективно підвищує роздільну здатність.
Щоб зменшити шум, спричинений малим кроком пікселів, загалом існує два підходи:
Використовуйте більший датчик CMOS, щоб підтримувати більший крок пікселів
Удосконалення процесів виготовлення для ефективнішої ізоляції пікселів, запобігання витоку фотонів і електронів між ними
Наприклад, запровадження фізичних бар’єрів або повітряних проміжків між пікселями може допомогти блокувати розсіяне світло та дифузію електронів.
Практичні обмеження в мобільних пристроях
У смартфонах компактні розміри є критичним обмеженням. Використовувати великі датчики, такі як повнокадрові-або APS-C, неможливо. Тому виробники зазвичай застосовують другий підхід,-покращуючи технології ізоляції пікселів, одночасно зменшуючи крок пікселів і збільшуючи площу датчика в обмеженому просторі.
Для цього використовуються такі технології, як глибока ізоляція траншей.
Досягнення сенсорної технології
Останніми роками вдосконалення технологій зменшення шуму CMOS і виготовлення дозволили розробити датчики зображення високої-щільності.
Наприклад, датчик Samsung ISOCELL HP3 досяг:
Крок пікселя 0,56 мкм
Роздільна здатність 200 мегапікселів
14-бітний вихід RAW із розширеним динамічним діапазоном (HDR)
Tetra²pixel (технологія об’єднання пікселів 16 в 1)
Ці досягнення підтримують зростаючий попит на сенсори з високою-роздільністю та малими-пікселями в багато-камерних мобільних пристроях.
Компроміс-високої щільності пікселів
Вища щільність пікселів забезпечує більшу роздільну здатність, що покращує збереження деталей під час масштабування та кадрування.
Однак є компроміси:-
Менші окремі пікселі вловлюють менше світла, що призводить до нижчої -ефективності при слабкому освітленні
Збільшення кількості пікселів понад певну точку забезпечує зменшення прибутку
Ще одне обмеження пов’язане з об’єктивом. Коли роздільна здатність датчика досягає межі дифракції оптичної системи, подальше збільшення кількості пікселів не покращує якість зображення.
