Warum sehen die Schatten der Klingen auf Ingenuity Navcam-Fotos heller aus als die Schatten der Beine?

Betrachten Sie dieses Foto von der Ingenuity-Navcam beim ersten (?) Flug:Schatten mit unterschiedlicher Deckkraft

Sie können sehen, dass die Schatten der Klingen heller erscheinen als die Schatten der Beine. Es fällt besonders auf, wenn sie sich überlappen.

Es sieht so aus, als wären die Klingen irgendwie transparent. Aber das ist nicht der Fall: Auch wenn die Kamera im nahen IR arbeitet, sollten Carbonblätter nicht transparent sein.

Also, was ist der Grund?

Erstellt Ingenuity HDR-Bilder durch die Kombination von „Kurzbelichtung“ (Blätter sehen still aus) und „Langzeitbelichtung“ (Blätter drehen sich vollständig)?

Und warum zeigt der Schatten der Klinge oben links (auf dem Foto) einen Farbverlauf? (Es ist heller näher am Körper des Copters)

Die Klingen sind höher über dem Boden als der Körper und die Beine. Licht hatte aufgrund der größeren Entfernung mehr Gelegenheit, in die Schatten der Klingen zu diffundieren als in die Schatten des Körpers und der Beine. Das ist zumindest meine Vermutung. Ich bin mir nicht sicher, ob die Marsluft für so viel Streuung verantwortlich sein könnte.
@BMF: Nein, die Marsatmosphäre ist viel zu dünn, um einen solchen Streueffekt zu erzeugen (und wenn es auf Streuung zurückzuführen wäre , wären die Umrisse der Klingen viel verschwommener). Die Klingen müssen durchscheinend sein.
@TonyK durchscheinend? Huh, das ist eine Möglichkeit. businessinsider.com/… Ich kann einige Bilder finden, auf denen die Schatten der Klingen genauso dunkel aussehen wie der Körper. Vielleicht ist es irgendwie die Bewegung der Klingen.
@BMF: Interessant! Ich habe keine Erklärung dafür. Beachten Sie jedoch, dass der Körper des Hubschraubers einen quadratischen Querschnitt hat, während das Solarpanel rechteckig ist. Und das Bild des OP zeigt ein undurchsichtiges Rechteck, das nur ein Schatten des Solarpanels sein kann. Aber das Solarpanel ist höher als die Rotorblätter, also kann es wirklich nicht an Streuung liegen.
@BMF: Siehe die letzten drei oder vier Bilder dieses Videos . Mir fällt auf, dass 2400 U/min sehr schnell sind, daher ist es überraschend, dass sie keine Bewegungsunschärfe zeigen. Vielleicht macht die Navi-Kamera eine Aufnahme mit großer Blende und kurzer Belichtung und mischt sie mit einer Aufnahme mit längerer Belichtung? Ich weiß nicht, warum es das tun möchte, aber es würde den teilweisen Schatteneffekt erklären.
@ TonyK oh, 2400 U / min? Ich dachte ehrlich gesagt, es wäre schneller, wenn die Marsluft so dünn ist. Das sind ungefähr 40 Hz, oder ein Eb1, das so klingt . Es geht auch um die Geschwindigkeit, mit der sich ein Rennwagenreifen mit 200 Meilen pro Stunde drehen würde. Ich freue mich auf eine Antwort auf diese Frage, weil ich verwirrt bin. Ich bin mir nicht sicher, aber ich glaube, ich kann die Form des Schattens der Rotorblätter in bestimmten Bereichen unter dem Schatten des Solarmoduls nachvollziehen. Das könnte (nicht?) passieren, wenn es doppelt belichtet wäre.
(okay, wenn man bedenkt, dass die Klingen einen Durchmesser von über einem Meter haben, ist das ziemlich schnell)
Ich verstehe irgendwie, was Sie mit den Schatten der Klingen meinen, aber ich denke, das ist nur unser unstillbarer Appetit, Muster zu sehen, wo keine existieren.
Ich denke, @BMF hat die richtige Antwort; Wenn Sie genau hinsehen, ist die Schattenhelligkeit in der Reihenfolge der Entfernung vom Boden; Beine am dunkelsten, dann Körper, Solarpanel und Lichtungen. Der Unterschied reicht aus, um zu vermuten, dass das Fahrzeug ziemlich nahe am Boden war, als das Bild aufgenommen wurde.
@antlersoft Ich glaube nicht, dass ich Recht habe. Das Solarpanel befindet sich tatsächlich über den Klingen. Beine, Körper, Klingen, dann Solarpanel.
Die Klingen sind abgewinkelt, oder? Vielleicht sehen wir Licht, das von der Unterseite der Klingen zurück auf den schattigen Bereich reflektiert wird? Das Licht konnte jedoch nicht perfekt mit dem Schatten übereinstimmen, hmm.
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Antworten (1)

Ich glaube, ich habe die Antwort bekommen.

Lassen Sie uns diese Erklärung überprüfen:

Es ist unbeabsichtigt und ein Artefakt der Funktionsweise des Sensors. Grundsätzlich funktioniert es immer noch als Bildsensor mit viel geringerer Leistung, nachdem der Verschluss geschlossen wurde, aber bevor die gespeicherten Pixeldaten ausgelesen wurden. Im Wesentlichen können noch Photoelektronen in den Speicherknoten gelangen. https://mobile.twitter.com/sdamico/status/1384221915422724096

Das Licht leckt also während des Auslesens zum Pixel. In extrem niedriger Rate im Vergleich zur Belichtungszeit, aber die Belichtungszeit beträgt etwa 100 us, was 100-mal kleiner ist als 10 ms Auslesung.

(Sie können die Belichtungszeit anhand des Verschmierungswinkels im Klingenschatten abschätzen. Die Auslesezeit kann anhand der maximalen FPS geschätzt werden - 100 fps ergeben 10 ms für ein Bild.)

Können wir diesen Effekt reproduzieren?

Glücklicherweise habe ich ein Video gefunden, in dem genau dieselbe Kamera einen kleinen Propeller unter dem hellen Licht filmt:

Propeller

Sie können das Video anhalten und die Schaltflächen < > verwenden, um Bild für Bild zu navigieren und genau dieselbe Durchsichtigkeit zu beobachten.

Auch dieser Beitrag https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?t=267563 desselben Autors zeigt ein Standbild der Klingen mit einem markanten durchscheinenden Kreis:

globaler Shutter mit weißem Propeller

Beachten Sie, dass der Effekt hier viel ausgeprägter ist. Ich glaube das liegt daran:

a) Weißer Propeller und dunkler Hintergrund ergeben einen höheren Kontrast

b) Die Belichtungszeit war 4-mal kürzer (0x04 im Video, 0x01 im Forumsbeitrag), wodurch das Verhältnis zwischen Anzeige und Belichtung 4-mal größer wird.

UPD 21. Juli 2021: Infrarot-Haftungsausschluss

Es scheint, dass ich mich geirrt habe, als ich annahm, dass die Ingenuity-Navigationskamera im IR funktioniert. OV7251 kann in IR arbeiten und es ist ein lustiges kleines PDF, das über "integrierten 850-nm-Bandpassfilter" sagt (von dem ich dachte, dass es nur IR-Version hat). Aber wie sich herausstellt, gibt es verschiedene Versionen für IR und nur für sichtbares Licht. Und jetzt kann ich keine Beweise dafür finden, dass Ingenuity tatsächlich die IR-Version verwendet. Aber der IR-Teil scheint für andere Fälle immer noch plausibel, also werde ich ihn nicht löschen.

Ich denke auch, dass dieser Effekt bei Infrarotlicht stärker ausgeprägt ist, da Silizium (aus dem der Sensor besteht) im IR irgendwie durchscheinend ist.

Silizium und IR-LED( https://www.flickr.com/photos/imager/3380554807 )

Machen Sie es also einfacher, sich zu verteilen und Speicherknoten zu erreichen:

Speicherknoten auf CMOS-Sensor

Es kann erklären, warum die Effektmenge für Ingenuity und für Video gleich aussieht, obwohl die Anzeige / Belichtung für Video viel höher ist (ich habe die Belichtung in der Größenordnung von 10 us geschätzt): Im Video wurde eine LED für die Beleuchtung verwendet, und LED hat Größenordnungen weniger IR als die Sonne.

Schön! Das ist eine wirklich interessante Antwort. Die Querschnittszeichnung zeigt, dass sie eine Metallisierung über dem Speicherbereich angebracht haben, damit sie Photonen nicht direkt erkennt, aber aus irgendeinem Grund nicht ausreichend isoliert ist, um zu verhindern, dass eine geringe Rate von Photoelektronen von anderen Stellen innerhalb des Pixels währenddessen hineindriftet diese "langen" Zeiten zwischen Shutter-Belichtung und Auslesen. Cool!
Ich habe doppelseitig polierte Siliziumwafer vor IR-Wärmebildkameras gehalten, und sie sind bei diesen Wellenlängen so transparent wie Glas, ebenso wie bei jeder wesentlich längeren Bandlücke in der Nähe von IR. Hochohmiges Einkristall-Silizium in Elektronikqualität ist im IR unglaublich transparent, aber mit einem Brechungsindex von 2,5 bis 3,5 gibt es immer noch eine böse Fresnel-Reflexion an jeder Grenzfläche.
@uhoh Ich glaube jetzt, dass ich mich in Bezug auf die IR-Empfindlichkeit der Kamera von Ingenuity geirrt habe (siehe aktualisierte Antwort). Aber ich liebe diese Streuidee immer noch. Werde Global-Shutter-Kamera besorgen und testen.
Warum sehen die Schatten der Klingen auf Ingenuity Navcam-Fotos heller aus als die Schatten der Beine?
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