Цифровой датчик изображения - это, в конечном счете, устройство, которое использует фотогальванические или фотопроводящие свойства фотодиодов для преобразования фотонов в электроны (заряд), которые могут позже быть считан как значение насыщенности и преобразован в цифровой пиксель. Это аналого-аналоговый, а затем аналого-цифровой процесс преобразования.
Ключевое поведение фотодиода, связанное с визуализацией, преобразование фотонов в электроны , улучшается с общей площадью поверхности. Чем больше площадь поверхности, тем больше площадь для обнаружения фотонных ударов на фотодиод и тем больше площадь физического материала, в которой может быть собран заряд (сигнал) электрона. Другими словами, большая площадь физического пикселя соответствует более высокому отношению сигнала. «Глубина» скважины в конечном счете несущественна для современных датчиков CFA типа Байера, поскольку более глубокое проникновение действительно имеет только фильтрующий эффект ... чем глубже фотон проникает в фотодиод, тем больше синего света будет отфильтровываться в пользу красного смещения свет. Это происходит из-за кривой отклика типа кремния, используемого в фотодиодах ..., который более чувствителен к длинам волн инфракрасного излучения, чем длины волн видимого света, и более чувствителен к длинам волн видимого света, чем к длинам волн ультрафиолетового и рентгеновского излучения. .
Наконец, будучи электронными устройствами, датчики изображения производят различные формы электронного шума. В частности, они чувствительны к низкому количеству электронов в любом конкретном фотодиоде, генерируемом из-за низкого уровня темнового тока , который всегда проходит через датчик. Будучи устройствами, чувствительными к электромагнитным частотам, внутреннее поле самого датчика может подвергаться воздействию сильных соседних устройств, которые излучают собственные электромагнитные частоты (если они не экранированы должным образом), которые могут создавать полосы. Незначительные различия в точном электрическом отклике каждого пикселя могут привести к небольшим изменениям в способе считывания заряда, накопленного в фотодиоде, и могут возникать термически индуцированные формы шума. Эти формы шума создают минимальный уровень сигнала, при котором становится трудно или невозможно определить уровень цифрового пикселя, являющийся продуктом фактического захвата фотонов или из-за электронного и теплового шума. До тех пор, пока сигнал изображения больше минимального уровня шума или, другими словами, отношение сигнал / шум (SNR) высокое, 1018 * высокое, можно получить полезное изображение.
При прочих равных условиях ... и под этим я подразумеваю одинаковое количество пикселей, одинаковые конечные характеристики датчика, одинаковое количество темнового тока, одинаковое количество считываемого шума ... меньший датчик будет шумнее , чем датчик большего размера, потому что датчик большего размера с точно таким же количеством пикселей может иметь большую площадь поверхности для каждого из этих пикселей, что позволяет захватывать больше электронов для любого данного удара фотона. Более крупный пиксель имеет более высокую максимальную точку насыщения , что позволяет увеличить общий заряд электрона до того, как пиксель станет «полным» или полностью белым. Это по сути увеличивает SNR, уменьшая влияние электронного шума на конечный сигнал изображения, создавая менее шумные изображения при тех же настройках, что и меньший датчик.
Динамический диапазон - это общий используемый тональный диапазон, доступный от датчика. В конечном итоге на него влияет количество электронного шума, присутствующего в датчике, и точка максимального насыщения пикселей или отношение среднего значения электронного шума к точке максимального насыщения каждого пикселя в датчике. Опять же, при прочих равных условиях, динамический диапазон будет лучше на большем датчике, поскольку SNR, даже при низких уровнях сигнала, будет немного лучше, чем у меньшего датчика, а при более высоких уровнях сигнала он может быть значительно лучше. Как это часто случается с датчиками изображения в наши дни, увеличение размера пикселя или, в этом отношении, увеличение максимальной чувствительности пикселей (ISO), также приводит к увеличению максимального уровня шума при чтении при низких значениях ISO. В конечном счете, это связано с плохим контролем электронного шума, что приводит к более высокому шуму чтения при минимальном значении ISO для более крупных датчиков, чем для более мелких датчиков. Хотя увеличение шума считывания часто остается незначительным по сравнению с увеличением максимальной точки насыщения, и, следовательно, оно не оказывает существенного влияния на максимальное SNR, оно может уменьшить или устранить любые усиления на минимальном уровне SNR датчиков, уменьшая или устраняя любое улучшение динамического диапазона. а также.