Paul Uszak

Was fotografiere ich INNERHALB meiner Kamera?


Digital Sensor Licht Foto

Ich experimentiere mit Low-Light-Fotografie. Ich habe etwas Seltsames in meiner Kamera fotografiert und weiß nicht wirklich was es ist. Dies ist das ursprünglich aufgenommene Bild ...

ursprünglicher dunkler Rahmen

Scheint ineffektiv genug. Nach etwas Verarbeitung fand ich folgendes ...

erweiterter Rahmen

Was ist es?

Etwas backgound. Dies wurde mit einer Nikon D80, die auf ISO 3200 eingestellt war, und einer zeitgesteuerten 30-sekündigen Belichtung aufgenommen. Das Bildformat war RAW. Es wurde ein f2.8 - 4, 24 - 85mm Zoomobjektiv eingebaut (sperrig - und dazu komme ich später). Das Bild wurde entzerrt und durch (a) GIMP gestreckt. Alle Bilder sind / waren RAW- oder PNG-Format, daher sollten dort keine JPEG-Artefakte enthalten sein. Ich habe also ein paar Fragen.

  1. Was verursacht das weiße Bit an der Spitze des Bildes? Es ist nicht leicht zu bluten. Das Bild wurde mit der Objektivkappe aufgenommen, mit der Kamera in einer Schublade aus Stahl, in der Nacht in meiner unbeleuchteten Garage. Es ist nicht leicht zu bluten. Um das zu bestätigen, habe ich 2 Bilder gemacht, indem ich die Kamera auf den Sucher gedreht habe. Dieses weiße Bit ist immer auf den Sucher gerichtet.

  2. Was ist der Teilkreis in der Masse des Rahmens? Ist das ein Wärmebild? Ich glaube, dass Kameras mit CMOS-Sensor ein wenig in das nahe IR-Band sehen können. Die Linse ist ziemlich sperrig und könnte wärmer als der Hauptkörper der Kamera gewesen sein. Ist die Antwort auf Frage (1) auch thermisch? Oben auf der Kamera befinden sich viele Steuerelemente und Bits.

  3. Was verursacht die vertikalen Linien im Bild? Hat das etwas mit dem Bayer-Filter oder der linearen Adressierung der einzelnen CMOS-Photodetektoren zu tun?

  4. Was verursacht die violetten und grünen Flecken? Ich erkenne, dass dies keine echten Farben sind, aber dennoch sind sie repräsentativ für Intensitätsschwankungen im Makrobereich über den gesamten Bildbereich hinweg.

Irgendwelche Gedanken?

Mark Hurd
(Ich füge meinen Kommentar hinzu, weil es keine Antwort ist, und wenn das OP dies beantwortet hat, habe ich es nicht gesehen, bevor die Kommentare gelöscht wurden.) Ich habe das oberste schwarze Bild in Office 2010 Picture Manager geöffnet und eine Reihe von automatische und manuelle manipulationen Ich sah etwas, das den verarbeiteten Ergebnissen von cla bacchio ähnlicher war, aber die Farben ähnelten eher den OP-Ergebnissen. Besteht die Möglichkeit, dass das kreisförmige Muster auf die Nachbearbeitung zurückzuführen ist?

clabacchio
Ist möglicherweise nicht relevant, aber welche Blendeneinstellung haben Sie verwendet?

Antworten


Blrfl

Zunächst einmal ein paar Dinge verstehen:

Obwohl wir diese Dinge "Digitalkameras" nennen, ist der Prozess der Umwandlung von Photonen in Zahlen völlig analog. Analoge Schaltungen nehmen alle möglichen Geräusche von ihrer Umgebung auf.

Rauschen ist nicht ein konstanter Wert, es ist eine Reihe von ihnen, die auf einem Niveau, das als Grundrauschen bezeichnet wird, die Obergrenze erreichen . Die Verarbeitung, die Sie auf dem ansonsten schwarzen Bild vorgenommen haben, erstreckt sich über das gesamte Dunkel-zu-Hell-Spektrum in jedem Kanal unter dem Grundrauschen, von denen die meisten fast schwarz sind. Die Histogramme vor und nach der Verarbeitung zeigen das.

Was verursacht das weiße Bit an der Spitze des Bildes?

Meine Vermutung ist, dass es thermisch ist, vielleicht ist der untere Teil der Kamera aus irgendeinem Grund ein bisschen wärmer als die Spitze. Ihre Verarbeitung wird dies übertreiben.

Was ist der Teilkreis in der Masse des Rahmens?

Das könnte alles sein. Der Sensor könnte IR erfassen, der Tiefpassfilter fehlt und man schaut auf den Objektivdeckel. Dies könnte das Ergebnis von Deformationen sein, die entstehen, wenn der Sensor während der Montage mit einem Saugnapf von der Rückseite aufgenommen wird oder wenn durch die Halteteile winzige Mengen an Spannung darauf ausgeübt werden. Ich bin mir sicher, dass Nikon das weiß, aber wenn man bedenkt, wie tief das Rauschen ist, ist es entweder nicht wichtig, sich darum zu kümmern, oder es wurde im Design des Rests der Kamera berücksichtigt.

Was verursacht die vertikalen Linien im Bild?

Unter diesen Bedingungen wäre die beste Theorie, dass eine Taktschaltung im Körper regelmäßig einen Strom auf einen der analogen Teile induziert. Wenn Sie sich dieses D80-IR-Umwandlungs-Tutorial ansehen , werden Sie bemerken, dass sich Komponenten auf der gleichen Platine wie der Sensor und andere in der Nähe auf der Hauptplatine dahinter befinden. Es gibt viele Möglichkeiten für diese Art von Leckagen.

Was verursacht die violetten und grünen Flecken?

Die Sensoren in Digitalkameras sind am lautesten im blauen Kanal , und wenn Sie sich die RGB-Zusammensetzung von Purpur ansehen, gibt es viel mehr Blau als Rot oder Grün. Die grüneren Patches können darauf zurückzuführen sein, dass einige Teile der Kamera auf unterschiedliche Weise lauter sind. Noch einmal, Ihre Verarbeitung überspitzt diese Unterschiede. Die meisten Farben sind eigentlich so nah an Schwarz, dass man sie sonst nie bemerken würde.

Fumidu
Ich mag die Idee des Saugnapfs!

Olin Lathrop
@Nick: Aber der blaue Kanal ist normalerweise weniger empfindlich, hat also mehr Verstärkung, also ein niedrigeres Signal-Rausch-Verhältnis als die anderen Kanäle.

Olin Lathrop
@Nick: Es könnte so funktionieren. Eigentlich wäre ich nicht überrascht, wenn es 3 separate Verstärkungsstufen mit 3 separaten A / Ds gäbe. Eine dynamische Umschaltung der Verstärkung pro Pixel wäre zu langsam. Wenn Sie die Verstärkung nicht ändern, kann dies zu einer geringen Auflösung in einer oder zwei Farben führen. Ich bin nicht mit dieser Art von Sensordesign beschäftigt gewesen, also weiß ich nicht, wie es gehandhabt wird. Es könnte möglicherweise zwischen Sensoren unterschiedlich gehandhabt werden. All diese technischen Kompromisse stehen den Sensorentwicklern zur Verfügung. Ich weiß nicht, was Kunden ist.

BlueRaja - Danny Pflughoeft
+1 das ist die richtige Antwort. EM Lärm ist überall um uns herum. Die Sensor + Schaltung nimmt notwendigerweise alle Arten von Rauschen auf, sowohl innerhalb als auch außerhalb der Kamera. Heck, die Gesetze der Physik verlangen, dass jeder elektrisch basierte Sensor Geräusche erzeugt, die er selbst aufnimmt. So funktioniert Strom.

Blrfl
@ColeJohnson: Die Anforderung von Teil 15 bezüglich der Akzeptanz von Interferenzen muss für Interferenzen von anderen Geräten von Part 15 gelten. Zuletzt überprüfte ich, dass die FCC keine Zuständigkeit für Mutter Natur und grundlegende Physik hatte. :-)

Fumidu

Vielleicht repräsentiert es die kleine Variation der Temperatur des Sensors.

Ein heißer Sensor erzeugt mehr Geräusche als ein kühler.

Der kleine Temperaturunterschied kann durch das Vorhandensein von elektronischen Komponenten oder die Art, in der der Sensor in Kontakt mit anderen Teilen steht, erklärt werden, was mehr oder weniger Wärmeableitung ermöglicht.

Einige verwandte Links:

http://en.wikipedia.org/wiki/Image_noise#Sensor_heat

http://www.zodiaclight.com/astrophotography/chipHeating5.htm

https://thephoblographer.wordpress.com/2010/01/22/freeze-your-camera-get-better-high-iso/

(Ich werde das wahrscheinlich selbst versuchen, um zu sehen, ob wir das gleiche Muster erhalten können!)

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Nach einigen Diskussionen in den Kommentaren scheint es, dass der Sensor selbst eine signifikante Menge an Wärme erzeugen kann (Danke an Davidmh und Chris H.).

Ich habe das mit meiner Kamera ausprobiert. Olympus EM-1, Iso 200, 60s, F2.8. Das Rohbild wurde dann in Lightroom verarbeitet. Die Kamera war natürlich in völliger Dunkelheit, bei Raumtemperatur (18 ° C). Hier ist das Ergebnis: Olympus EM-1, Iso 200, 60s, F2.8.

Ich würde sagen ... nun, nicht sehr schlüssig! Kann irgendjemand etwas sehen? Natürlich ist es eine andere Kamera. Wir sollten versuchen, mit anderen D80 zu sehen, ob es spezifisch für dieses Modell ist.

Davidmh
Ich habe ähnliche kreisförmige Muster auf einem astronomischen CCD mit aktiver Kühlung gesehen, bevor ich vollständig abgekühlt bin. Ich könnte mir vorstellen, dass der Sensor einen Dissipator hat und wahrscheinlich am besten in der Mitte angebracht ist. Es erinnert mich auch an einen CPU-Kühlkörper: ifisc.uib-csic.es/nuredduna/2004/fotos/cc_radiator.jpg

Davidmh
Ich sehe das Muster auch. Es erinnert mich an Scherspannung, die mit der Leimhypothese vereinbar wäre. Alternativ könnte es etwas wie die Wärmeleitpaste in einem CPU-Kühlkörper (die grauen Bänder) sein.

Chris H
Wie @Davidmh sagt, ist dies sicherlich ein Problem mit CCDs. Bei der Verwendung von Webcams, die für die Astronomie (oder andere Low-Light-Aufnahmen) modifiziert wurden, könnte die Hitze des On-Chip-Verstärkers dazu führen, dass eine Region beleuchtet aussieht. Und ich war überrascht zu sehen, dass laut dpreview die D80 einen CCD und nicht einen CMOS-Sensor verwendet. Das deutet auf Selbsterwärmung hin.

Fumidu
Off topic, aber "Glue hypothesis" klingt für mich total nach "Big Bang Theory" ... :-)

Chris H
Auf einem CMOS-Sensor wie Ihrem Olympus ist das wahrscheinlich sehr anders. CCDs sind in Spiegelreflexkameras eher selten, so dass die Replizierung auf einer anderen Kamera ein wenig schwierig zu arrangieren ist. Ihr Bild sieht für mich wie pures Rauschen aus - und ich habe in den letzten Jahren ziemlich viel Zeit damit verbracht, schwache Stellen in verrauschten Bildern von wissenschaftlichen CCD- und CMOS-Kameras zu finden.

Olin Lathrop

Dies ist im Grunde Lärm, aber von mehreren verschiedenen Mechanismen. Betrachten Sie die extreme Verstärkung von kleinen Details, die Sie anwenden mussten, um dieses Bild zu erhalten. Hier gibt es mehrere unterschiedliche Geräuschquellen.

Die Gesamtkörnigkeit ist ein zufälliges Rauschen von individuellen Sinneswahrnehmungen. Das wird passieren. Jeder Sensor hat zu jedem Signal, das er misst, ein endliches Zufallsrauschen.

Die vertikalen Streifen sind Sensormusterrauschen. Nichts ist jemals genau, einschließlich der Geometrien und anderer Parameter des Sensors, wie er hergestellt wurde. Der Sensor ist eine rechteckige Anordnung, und einige Arten von Positions- und Größenfehlern der Matrix werden als vertikale und horizontale Streifen angezeigt. Warum Ihr mehr vertikale Streifen zeigt, hat wahrscheinlich mit der genauen Struktur dieses Sensors zu tun. Beachten Sie, dass es auch einige horizontale Steaks gibt, aber weniger offensichtlich.

Der weiße Teil oben ist wahrscheinlich eine kleine thermische Differenz zwischen der Unterseite und der Oberseite des Sensors. Auch hier haben Sie das winzige Rauschsignal stark verstärkt, so dass dies aus einem kleinen Bruchteil eines Grades C resultieren kann. Die Elektronik muss irgendwo in der Kamera sein und dort etwas mehr Wärme erzeugen als anderswo. Ein gewisser Temperaturgradient über den Sensor ist unmöglich zu vermeiden und ist bei dieser extremen Vergrößerung des Rauschens nicht außerhalb der Linie.

Das gesamte "Double D" -Muster ist das Innere Ihrer Linsenkappe. Es ist wirklich ein Beweis für das niedrige Signal-Rausch-Verhältnis dieses Sensors, dass es überhaupt in der Objektivkappe abgebildet werden kann. Werfen Sie einen Blick auf die Innenseite der Objektivkappe und Sie werden dieses Muster sehen. Versuchen Sie das Experiment erneut, wenn die Objektivabdeckung um 90 ° gedreht ist, und Sie sehen das Großbild um 90 ° gedreht.

Sie wundern sich vielleicht, wie es in der Lage war, die Linsenabdeckung abzubilden, wenn Sie sorgfältig darauf geachtet haben, das Licht aus der Umgebung der Kamera zu entfernen. Die Antwort ist, dass es kein sichtbares Licht ist, stell dir die Linsenkappe vor. Das Bild wird durch nahes IR erzeugt und kommt von kleinen Temperaturunterschieden und Schwarzkörperemissionseigenschaften von verschiedenen Teilen der Linsenkappe. Die Strahlung des schwarzen Körpers ist immer um uns herum und wird von jedem Objekt ausgesendet, das sich nicht auf der absoluten 0-Temperatur befindet. Dies beinhaltet die interne Struktur Ihrer Kamera, das Objektiv und die Objektivkappe. Objekte bei normalen Temperaturen des Menschen emittieren so wenig Schwarzkörperstrahlung, und die von ihnen emittierte Strahlung hat eine so große Wellenlänge, dass wir dies nicht bemerken. Normalerweise bemerkt Ihre Kamera dies auch nicht, weil das Licht von der Szene um ein Vielfaches stärker ist und die empfangene Schwarzkörper-IR überfordert. In diesem Fall haben Sie große Anstrengungen unternommen, um dieses gewöhnliche Szenenlicht zu eliminieren und das winzige verbleibende Signal zu verstärken, und Sie können das Bild gerade noch ausmachen.

Die Strahlung von schwarzem Körper ist bei menschlichen Temperaturen auf menschlicher Ebene unbemerkt, kann jedoch für einige wissenschaftliche Messungen von Bedeutung sein. Aus diesem Grund werden die Sensoren in High-End-Teleskopen aktiv gekühlt. Das Weltraumteleskop Hubble verwendet flüssiges Helium, um den Sensor bei etwa 4 ° K zu halten, wenn ich mich recht erinnere.

Chris H
Ich bin skeptisch, dass es die Objektivkappe ist, die im IR abgebildet wird (es ist weit außerhalb des Fokus und schlecht fokussiert durch eine sichtbare Linse). Aber du hast dem OP eine Möglichkeit zum Testen gegeben, also werden wir hoffentlich sehen.

Olin Lathrop
@Chris: Du hast vielleicht Recht. Ich habe gerade versucht, dies mit meiner Nikon D3s zu reproduzieren und ist gescheitert. Ich benutzte einen 24-120 Zoom bei 24 mm, Objektivdeckel, 30 Sekunden, f / 4, ISO 12800, Okularverschluss geschlossen, in einem geschlossenen Metallgehäuse (erreicht mit 5s Selbstauslöser). Ich nahm zwei Bilder mit der Objektivkappe um 90 Grad drehen. Beide Bilder sehen einfach wie zufälliges Rauschen aus, wie Sie es erwarten würden, keine großformatigen Merkmale wie im OP-Bild.

Caleb

Ist der Objektivdeckel der Center-Pinch-Stil? Scheint, als ob du die Konturen der Kappe in Grün sehen könntest. Wenn ja, sind die anderen sichtbaren Formen (Kreis) wahrscheinlich auch auf die Linseneigenschaften zurückzuführen. Versuchen Sie, das Objektiv zu entfernen und schießen Sie mit einer angebrachten Abdeckkappe, um zu sehen, wie sich das Bild ändert.

Der weiße Teil könnte Licht (IR, möglicherweise) sein, das durch den Sucher eindringt. Mein Kameragurt hat einen Gummieinsatz, der über den Sucher passt, um kleine Lichtlecks bei langen Belichtungszeiten zu vermeiden. Versuchen Sie, den Finder abzudecken und sehen Sie, wie sich das Bild verändert.

Davidmh
Ich bin mir nicht sicher, ob Sie davon ein Bild bekommen würden. Die Kappe wäre extrem unscharf. Mein Geld ist auf thermische Homogenitäten auf dem Sensor. OP: kannst du bitte ein anderes Bild ohne das Objektiv machen? Dies sollte ausreichen, um eine der beiden Hypothesen zu fälschen.

M L

Ich empfehle dieses Papier für mögliche Erklärungen. Es handelt sich um die Pancams, die in beiden Mars Exploration Rovern verwendet werden. Es beschreibt eine gründliche Untersuchung von Rauschquellen in CCDs und beschreibt die detaillierte Kalibrierungsroutine für die Pancam-CCDs.

Hier ist der Link zur Zeitung: Mars Exploration Rover Athena Panoramakamera (Pancam) Untersuchung (PDF Dokument)

Ein anderes interessantes Papier: Kalibrierung während des Fluges und Durchführung der Mars Panoramakamera Pancam (PDF-Dokument)

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Nachdem ich mit den ursprünglichen und verarbeiteten Bildern in ImageJ herumgespielt habe, tendiere ich zu der Schlussfolgerung, dass die radiale Struktur möglicherweise ein Artefakt der Verarbeitung selbst ist, weil sie hauptsächlich im grünen Kanal des verarbeiteten Bildes erscheint. Auch im roten Kanal gibt es einen leichten Hinweis auf einen Ring. Es wäre interessant, was Ihre Bearbeitungsschritte waren.

Hier ist, was ich bekomme, wenn ich Kontrast jeden Kanal einzeln auf seinen Min- und Max-Wert gegenüber OP-Version verbessern:

Verschiedene Verarbeitungsergebnisse

Ich kann keine ähnliche Struktur in meiner Version sehen, außer den vertikalen Streifen und dem helleren oberen Rand des Bildes.

Die Tatsache, dass das Ringmuster im grünen Kanal, aber kaum im roten Kanal erscheint, spricht gegen die IR-Hypothese, denn wenn ich mich nicht irre, erscheint IR eher im roten Kanal. IR sollte im roten Kanal zumindest mit einer ähnlichen Intensität erscheinen, es sei denn, es gibt ein IR-Leck im grünen Filter, aber nicht im roten Filter.

2. Bearbeiten

Ich denke, dass die "ursprüngliche" Version, die hier gezeigt wird, die Information während der Umwandlung zum PNG Format verlor. Es ist unmöglich, das seltsame Muster, das im verarbeiteten Bild sichtbar ist, neu zu erstellen. Das nächste, was ich zur verarbeiteten Version bekommen könnte, ist folgendes:

Stark abgeschnittene Version des kontrasteingestellten Bildes

Zuerst habe ich den Kontrast maximiert, ohne das Bild zu beschneiden. Dann erstellte ich ein 3D-Oberflächendiagramm von Intensitätswerten, die auf die Werte des verbesserten Bildes auf einen Bereich zwischen 66 (26% von 255) und 26 (10% von 255) begrenzt waren. Es scheint ein leicht kreisförmiges Muster ähnlich der verarbeiteten Version von OP zu sein, aber ich denke, dass der Rest des Musters aufgrund der niedrigeren Bitauflösung der PNG-Datei verloren geht.

Die Originalversion, kontrastverstärkt, sieht so aus:

Kontrastverstärkte Vorlage

Hugo
Bitte erläutern Sie, was diese Papiere über das Bild erklären würden.

M L
In den Beiträgen wird ausführlich erläutert, wie Rauschquellen (Temperaturabhängigkeit, Lese-Rauschen, volle Well-Kapazitätsschwankungen, Digitalisierungsrauschen, Dunkelstrom (thermisches Rauschen) und Flat-Field-Irregularitäten) in der Kalibrier-Pipeline analysiert und kompensiert werden. Vor allem die Kapitel über Dunkelstrom und Flachfeld kamen mir in den Sinn, als ich das Bild sah. Das regelmäßige Muster scheint beispielsweise durch die Photomaske und die Oberflächenstruktur des CCD verursacht zu sein. Wenn ich das schwarze Foto verarbeite, bekomme ich ein Ergebnis, das dem clabaccio-Ergebnis ähnlich ist. Das radiale Muster erscheint überhaupt nicht.

clabacchio

Zum Glück habe ich eine D80, also habe ich versucht, Ihr Experiment zu replizieren. Unglücklicherweise:

  • Es war während des Tages;
  • Ich war in meiner Garage, obwohl es ein Fenster hat, von dem etwas Licht hereingeleckt ist;
  • Mein Schrank ist aus Holz, nicht aus Stahl;
  • Meine Linse ist eine Sigma 18-50 f / 2.8, anders als deine;)

Aber ich habe den Objektivdeckel benutzt, ich habe das Gehäuse geschlossen und die Blende auf f / 22 eingestellt, nur für den Fall. Ich habe zwei Schüsse in 30 Sekunden genommen, nur für den Fall, und habe ähnliche Ergebnisse für beide, aber anders als deine:

Dies ist das RAW, wie es aus der Kamera kam (in der Größe 600 Pixel breit): Bildbeschreibung hier eingeben

Hier habe ich auf RawTherapee +4.5 EV Belichtungskorrektur angewendet, um die Artefakte hervorzubringen: Bildbeschreibung hier eingeben

Es zeigt das weiß-ish-Glühen an der Spitze, vielleicht weniger Aussprache, nur weil ich nicht den ganzen Weg mit Kontrast gegangen bin. Es zeigt auch die vertikalen Bänder, aber ich kann die Kreisform nicht sehen.

Ich stimme der Theorie über ungleichmäßige Erwärmung auf dem Sensor zu, und die Bänder könnten von der CCD-Technologie des Sensors kommen. Je nachdem, wie es aufgebaut ist, könnte der Ladungstransportmechanismus die Streifen verursachen.

Olin Lathrop
Um zu sehen, ob es eine Möglichkeit gibt, das Innere des Objektivdeckels abzubilden, müssten Sie die Öffnung vollständig öffnen und nicht schließen. Es könnte auch interessant sein, die Kamera zu kühlen und / oder den Objektivdeckel vor dem Test zu erwärmen. Das würde die Chance maximieren, den Objektivdeckel in IR abzubilden.

clabacchio
@OlinLathrop gut ich habe nicht impliziert, dass es das Bild der Objektivdeckel war, mein Verfahren war darauf ausgerichtet, Anomalien im Sensor zu erkennen. Würde ich versuchen, den Fußabdruck des Objektivdeckels zu untersuchen, würde ich definitiv einen dunkleren Platz brauchen, um Lecks zu vermeiden.

Lightness Races in Orbit

Das Bild wurde mit aufgesetzter Objektivkappe aufgenommen

Was ist der Teilkreis in der Masse des Rahmens?

Es ist die Objektivkappe.

Anonymous
Auch wenn dies korrekt ist, wäre es besser mit den Vorschlägen, wie man diese Theorie testen könnte (Wiederholung mit Objektivdeckel gedreht) und möglicherweise ein Versuch, sich selbst zu reproduzieren.
For any question please email answer.adv@gmail.com