4.5. A képpontcella

A kameraérzékelő fényérzékeny cellák kétdimenziós rácsa, képpontonként egy. Minden cella egy kis elektromos áramkör, amely egy fotodióda köré épül, amely a fényt feszültséggé alakítja, és amelyet minden képkocka végén egyetlen numerikus képpontértékké digitalizálnak.

4.5.1. Az áramkör

Az egyes cellák aktív eleme egy fotodióda – egy kis fényérzékeny p-n átmenet a szilíciumban. Záróirányú előfeszítés alatt a fotodióda kis töltéstartalékot tárol, amelyet a beérkező fotonok darabonként, egy kis részletben felszabadíthatnak.

A képpont-áramkör: egy fotodióda egy reset kapcsolóval, amely előtölti azt, egy transzfer kapcsolóval, amely az exponált feszültséget átadja egy kis tartókondenzátornak, és egy kimenettel a kiolvasó erősítőhöz.

4.5.2. Az expozíciós ciklus

Minden cella ugyanazt a négylépéses ciklust követi képkockánként.

Előtöltés. A ciklus egy rövid reset impulzussal kezdődik, amely zárja a RST reset kapcsolót, összekötve a fotodiódát a tápfeszültség-sínnel, és felemelve tárolt feszültségét egy ismert referenciaszintre. A kapcsoló ezután kinyílik, a fotodiódát a reset feszültségen izolálva hagyva, töltéstartályával tele.

Expozíció. Az expozíciós ablak alatt a fotodióda fényt gyűjt. Minden elnyelt foton a fotodióda tárolt töltésének egy kis részébe kerül. A fény eltünteti a tárolt töltést – minél fényesebb a jelenet, annál gyorsabban kisül a fotodióda, és annál alacsonyabb a feszültsége az ablak végére. A teljes csökkenés a képpont jele.

Mintavétel. Az expozíciós ablak egy rövid impulzussal végződik a TX transzfer kapcsolón. Amíg a TX zárva van, a fotodióda maradék töltése a B csomóponthoz bekötött kis C tartókondenzátorra ürül. A C-n lévő feszültség most rögzíti a képpont mérését. A TX ezután ismét kinyílik, zárolva a C-n lévő értéket, és felszabadítva a fotodiódát, hogy a következő képkockára reszetelhető legyen, miközben a C várja a sorát a kiolvasó erősítőnél.

Kiolvasás. A kiolvasó erősítő a C-n lévő feszültséget egy ADC-be tölti, amely egész értékké alakítja – jellemzően 10-12 bit nyers pontosság képpontonként (néha 14 a felsőbb kategóriás érzékelőkben). Ez az érték a nyers képpontérték. Minden más, amit a folyamat a képpel tesz – korrekciók, debayerelés, színkorrekció, formátumkonverzió – ebből a számból indul ki, cellánként egyből.

4.5.3. Telítettség

A fotodiódának maximális mennyiségű töltése van, amelyet leadhat, mielőtt tartálya teljesen kiürül. Ezen a ponton túl a képpont telített – a további fény nincs hatással a rögzített feszültségre, és a cella a maximális értékét olvassa, bármennyire is fényesebb lesz a jelenet.

A maximális mennyiség, amelyet a fotodióda telítődés előtt elveszíthet, a teljes tartálykapacitása. A nagyobb fizikai képpontok több tárolt töltést tartanak, és így magasabb a teljes tartálykapacitásuk, ezért a kisebb, nagyobb számú képponttal rendelkező érzékelőknek általában alacsonyabb a dinamikatartományuk, mint alacsonyabb felbontású társaiknak.