Kamera mit guter linearer Lichtempfindlichkeit für photometrische Genauigkeit?

Ich möchte Räume und Räume in Innenräumen und überdachte Bereiche im Freien fotografieren und gute Beleuchtungsmessungen erhalten. Lichtquellen sind Sonne, Himmel und künstlich. Eine andere Verwendung besteht darin, Materialien nebeneinander mit einer Vielzahl von Reflektivitäten zu fotografieren, um genaue Messungen dieser Reflektivitäten zu erhalten.

Ich kann mit der Physik umgehen - Watt pro Quadratmeter und so weiter. Ich brauche nur eine Kamera, mit der ich sicher sein kann, dass die Pixelwerte proportional zur physischen Beleuchtung sind - keine eingebaute Gammakorrektur oder Kurven oder andere Verbesserungen usw.

Ich könnte RAW verwenden, aber ich würde es vorziehen, gewöhnliche Formate für kleinere Größen zu verwenden. Natürlich geben mir 8-Bit / Kanal-Formate nur 256 verschiedene Werte; Damit kann ich leben, da ich Belichtungen weitestgehend einordnen kann. Es gibt keinen Grund zur Sorge.

Welche Standardkameras eignen sich am besten für diesen Einsatz? Oder wie kann man eine bestimmte Kamera auf Linearität und Genauigkeit testen?

Es hört sich so an, als bräuchten Sie ein wissenschaftliches Bildgebungsgerät. Als ich mit diesen Dingen arbeitete, wurde mir gesagt, dass CCD-Bildgebungsgeräte von wissenschaftlicher Qualität die linearsten Geräte sind, die dem Menschen bekannt sind, im Gegensatz zu den von @Guffa diskutierten Bildgebern. Ich spreche von Kameras, die von Photometrics, pco (der Sensicam) oder Geräten für Astrofotografie oder Mikroskopie hergestellt wurden.

Diese Imager unterscheiden sich von handelsüblichen Bildgebungsgeräten darin, dass:

• Kein Objektiv. Das muss man liefern; Dies ist ein reiner Detektor. Die Halterung ist normalerweise eine C- oder F-Halterung.
• Es gibt keine heißen oder kalten Pixel (zumindest im Bereich von 20.000 USD / Chip). Wenn dies der Fall ist, wenden Sie sich an den Hersteller, um einen Ersatz zu erhalten.
• Vor einigen Jahren wurde 1280x1024x8fps als sehr gut angesehen. Vielleicht sind sie seitdem größer geworden, ich weiß es nicht.
• Sie können Bin (Pixel kombinieren, um die Empfindlichkeit des Geräts zu erhöhen und die räumliche Auflösung zu verringern).
• Die Logik zum Lesen von Pixeln vom Gerät ist sehr gut. Bei älteren Geräten (über zehn Jahre) trat beim Verschieben der Pixelwerte von einem Pixel zum nächsten ein kleiner Fehler auf, um den Wert am Analog / Digital-Wandler am Rand des Chips auszulesen. Dieser Fehler ist bei modernen Geräten im Wesentlichen Null. Vergleichen Sie dies mit CMOS-Bildgebern, bei denen das Auslesen für jedes Pixel erfolgt (und daher die A / D-Wandlung möglicherweise nicht von Pixel zu Pixel gleich ist).
• Der Chip wird normalerweise auf -20 bis -40 ° C abgekühlt, um das Rauschen zu minimieren.
• Ein Teil der Herstellerspezifikation ist die Quanteneffizienz oder die prozentuale Wahrscheinlichkeit, dass ein Photon in ein Elektron umgewandelt und aufgezeichnet wird. Ein rückverdünntes CCD kann eine QE von etwa 70-90% für ein grünes (450 nm) Photon aufweisen, während andere eher im Bereich von 25-45% liegen.
• Diese Imager sind rein schwarz und weiß und zeichnen ein Spektrum auf, das vom Hersteller angegeben wird und in den IR- und UV-Bereich gehen kann. Das meiste Glas schneidet UV (Sie müssen spezielles Glas oder Quarz benötigen, um es passieren zu lassen), aber IR benötigt wahrscheinlich etwas mehr Filterung.

Die Summe dieser Unterscheidungen bedeutet, dass der Wert jedes Pixels sehr stark mit der Anzahl der Photonen korreliert, die den physischen Ort des Pixels getroffen haben. Mit einer kommerziellen Kamera können Sie nicht garantieren, dass sich Pixel gleich verhalten (und tatsächlich ist es eine gute Wette, dass dies nicht der Fall ist) oder dass sie sich von Bild zu Bild gleich verhalten.

Mit dieser Geräteklasse kennen Sie die genaue Menge des Flusses für ein bestimmtes Pixel innerhalb der Grenzen des Rauschens. Die Bildmittelung ist dann der beste Weg, um mit Rauschen umzugehen.

Diese Informationsebene ist möglicherweise zu viel für das, was Sie möchten. Wenn Sie eine kommerzielle Klasse benötigen, ist hier ein Weg zu gehen:

• Holen Sie sich einen Sigma Imaging Chip (Foveon). Diese wurden ursprünglich für den Markt für wissenschaftliche Bildgebung hergestellt. Der Vorteil dieses Chips besteht darin, dass sich jedes Pixel rot, grün und blau überlappt, anstatt einen Bayer-Sensor zu verwenden, bei dem sich das Pixelmuster nicht überlappt.
• Verwenden Sie diese Kamera nur bei ISO 100. Gehen Sie nicht zu den anderen ISO.
• Stellen Sie die Kamera in bekannter Entfernung vor eine Lichtquelle mit bekannter Leistung. Je flacher diese Beleuchtung ist (dh von Kante zu Kante der Kamera geht), desto besser.
• Nehmen Sie Bilder zu einer bestimmten Belichtungszeit auf und ändern Sie dann entweder die Belichtungszeit, um den scheinbaren Fluss am Sensor zu ändern, oder ändern Sie Ihre Lichtquelle.
• Erstellen Sie aus diesem Satz von Bildern eine Kurve, die den durchschnittlichen Pixelwert in Rot, Grün und Blau für einen bekannten Fluss anzeigt. Auf diese Weise können Sie die Pixelintensität in Fluss umwandeln.
• Wenn Sie ein völlig flaches Beleuchtungsprofil hatten, können Sie auch das Verhalten Ihres Objektivs beschreiben, nämlich den Kantenabfall.

Von hier aus können Sie unter kontrollierten Bedingungen ein Bild von einem Raum (oder etwas anderem) machen, in dem Sie die Antwort kennen, und Ihre Kurven validieren.

Ich denke, dass die meisten Kameras dafür funktionieren würden, vorausgesetzt, sie produzieren RAW- (oder DNG-) Dateien und haben manuelle Belichtungseinstellungen.

Wenn Sie das RAW-Format nicht verwenden, wird das Bild verarbeitet. Dies bedeutet normalerweise, dass eine Kurve angewendet wird, und es bedeutet immer, dass Sie einige Informationen verlieren. Das RAW-Format hat normalerweise eine höhere Datenauflösung (z. B. 12 Bit pro Pixel anstelle von 8), und die JPEG-Komprimierung wirft viele Informationen weg.

Ich glaube nicht, dass man mit einer Kamera ein vollständig lineares Ergebnis erzielen kann. Der Chip ist einfach nicht mit einer vollständig linearen Reaktion als wichtigstem Aspekt ausgestattet. Sie benötigen also immer noch eine Anpassungskurve, um die Pixelwerte in Luminanzwerte zu übersetzen. Sie können eine Graustufe fotografieren, um die Reaktion für jeden Ton zu bestimmen.

Sie sollten manuelle Einstellungen in der Kamera verwenden, um ein konsistentes Ergebnis zu erhalten. Sie können unterschiedliche Einstellungen für unterschiedliche Lichtmengen vornehmen, aber da die Reaktion nicht vollständig linear ist, benötigen Sie meiner Meinung nach für jede Einstellung eine separate Einstellkurve.

Wenn Sie JPEG aufnehmen müssen, stellen Sie sicher, dass die Kamera über gut anpassbare Bildeinstellungen verfügt. Verringern Sie den Kontrast und deaktivieren Sie jede Art von Glanzlicht- oder Schattenkorrektur.

Wenn ich beispielsweise auf meiner Kamera den natürlichen Modus mit Kontrast-4, Schärfe-4 aufnehme, ist dieser nahezu linear. Sehen Sie, ob Sie dpreview fragen können, wie ihre Tests durchgeführt werden, oder gehen Sie einfach alle Bewertungen durch, während sie ausgeführt werden Tonkurven haben. Soweit ich weiß, erlauben die meisten anderen Hersteller (in meiner Klasse) keine linearen unkompensierten Highlights im Ausmaß der Pentax. Schauen Sie sich den Link unter Dynamic Range comparedund anContrast