El principi de CMOS és relativament senzill. El seu procés de treball generalment es pot dividir en quatre etapes: restabliment, conversió fotoelèctrica, integració i lectura.
Quan la llum incident passa a través dels filtres de color RGB i arriba al sensor CMOS, es produeix l'efecte fotoelèctric. Els electrons es generen i llegeixen, i després es converteixen en senyals analògics. Aquests senyals s'amplifiquen (ajust ISO) i finalment es converteixen en valors de voltatge. Quan aquests valors s'agreguen, formen la imatge que veiem.
Un sensor CMOS en brut no pot capturar imatges en color. Després de prémer l'obturador, el fotodíode de cada píxel converteix la intensitat de la llum en un valor digital (0–255).
Aquest rang representa els nivells de brillantor, des del negre (0) fins al blanc (255).
Matriu de filtres de color (CFA)
Per capturar imatges en color, cal una estructura anomenada Color Filter Array (CFA). Aquesta matriu funciona de manera similar a les cèl·lules del con de l'ull humà. Les longituds d'ona específiques de la llum passen pels filtres de color corresponents, permetent que cada píxel capti informació de color.
Patró Bayer
El CFA més comú és la matriu de filtres de Bayer. Consisteix en files alternades de filtres vermells, verds i blaus. En aquesta disposició, el 50% dels filtres són verds, mentre que el vermell i el blau representen cadascun el 25%.
El patró de Bayer també es coneix com el patró RGGB, que representa la unitat de repetició més petita de la disposició del filtre.
Durant les dues últimes dècades, molts fabricants d'òptica han explorat dissenys alternatius de CFA. Tanmateix, malgrat les diverses innovacions, la matriu Bayer segueix sent l'estàndard dominant avui dia.
Estructura de píxel únic
Cada píxel d'un sensor CMOS es mesura en micròmetres (µm) i inclou tant el fotodíode com els components electrònics circumdants.
Un píxel CMOS normalment consta de:
- Fotodiode
- Amplificador
- Restableix la porta
- Porta de transferència
- Difusió flotant
A la part superior d'aquests components hi ha una microlent, que ajuda a concentrar més llum al fotodíode, millorant la sensibilitat.
Mida del sensor, resolució i mida de píxels
La mida global del sensor està determinada tant per la resolució com per la mida dels píxels. En general, els sensors més grans proporcionen una resolució més alta o mides de píxels més grans en comparació amb sensors més petits.
Tanmateix, a causa de les limitacions d'espai en dispositius com els telèfons intel·ligents, el desenvolupament de sensors ha adoptat enfocaments alternatius dins de mides fixes. Les optimitzacions relacionades amb els píxels-es discutiran amb més detall en seccions posteriors.
Resum
En essència, els sensors CMOS converteixen els senyals de llum en senyals elèctrics mitjançant una sèrie de processos i, a continuació, utilitzen algorismes per produir una imatge llegible.
