Ich habe mit Fotografie bei schlechten Lichtverhältnissen experimentiert. Ich habe etwas Seltsames in meiner Kamera fotografiert und weiß nicht genau, was es ist. Dies ist das ursprünglich aufgenommene Bild ...
Scheint ungenügend. Nach einiger Bearbeitung habe ich folgendes gefunden ...
Was ist es?
Ein bisschen backgound. Dies wurde mit einer auf ISO 3200 eingestellten Nikon D80 und einer zeitgesteuerten Belichtung von 30 Sekunden aufgenommen. Das Bildformat war RAW. Es gab ein f2.8 - 4, 24 - 85mm Zoomobjektiv (sperrig - und ich werde später darauf zurückkommen). Das Bild wurde ausgeglichen und die Kurve mit (a) GIMP gestreckt. Alle Bilder sind / waren im RAW- oder PNG-Format, daher sollten keine JPEG-Artefakte enthalten sein. Ich habe also ein paar Fragen.
Wodurch wird das weiße Bit oben im Bild verursacht? Es ist nicht licht bluten. Das Bild wurde mit aufgesetztem Objektivdeckel und der Kamera in einer Schublade aus Stahl in meiner nicht beleuchteten Garage bei Nacht aufgenommen. Es ist nicht licht bluten. Um dies zu bestätigen, habe ich 2 Bilder aufgenommen und die Kamera auf den Sucher gedreht. Dieses weiße Bit ist immer zum Sucher gerichtet.
Was ist der Teilkreis im Hauptteil des Rahmens? Ist das ein Wärmebild? Ich glaube, dass auf CMOS-Sensoren basierende Kameras etwas in das nahe IR-Band sehen können. Das Objektiv ist ziemlich sperrig und möglicherweise wärmer als das Hauptgehäuse der Kamera. Ist die Antwort auf Frage (1) auch thermisch. Die Oberseite der Kamera hat dort viele Bedienelemente und Bits.
Was verursacht die vertikalen Linien im Bild? Hat dies etwas mit dem Bayer-Filter oder der linearen Adressierung der einzelnen CMOS-Fotodetektoren zu tun?
Was verursacht die lila und grünen Flecken? Mir ist klar, dass dies keine echten Farben sind, aber sie sind dennoch repräsentativ für Intensitätsschwankungen der Makroskala über den Rahmen.
Irgendwelche Gedanken?
Antworten:
Verstehen Sie zunächst ein paar Dinge:
Obwohl wir diese Dinge "Digitalkameras" nennen, ist der Prozess der Umwandlung von Photonen in Zahlen völlig analog. Analoge Schaltungen nehmen alle Arten von Rauschen aus ihrer Umgebung auf.
Rauschen ist kein konstanter Wert, sondern eine Reihe von Werten, die auf einem Niveau liegen, das als Grundrauschen bezeichnet wird . Die Verarbeitung, die Sie für das ansonsten schwarze Bild durchgeführt haben, erstreckt sich über das gesamte Dunkel-Hell-Spektrum in jedem Kanal auf alle Bereiche unterhalb des Grundrauschens, von denen der größte Teil zunächst in der Nähe von Schwarz liegt. Die Histogramme vor und nach der Verarbeitung zeigen dies.
Ich vermute, dass es thermisch ist, vielleicht ist der untere Teil der Kamera aus irgendeinem Grund etwas wärmer als der obere. Ihre Bearbeitung wird dies übertreiben.
Das könnte alles sein. Möglicherweise hat der Sensor den fehlenden Tiefpassfilter erkannt und Sie sehen auf die Objektivkappe. Dies kann auf Deformitäten zurückzuführen sein, die verursacht wurden, wenn der Sensor während der Montage mit einem Saugnapf von hinten aufgenommen wurde, oder auf geringfügige Belastungen durch die Halteteile. Ich bin sicher, Nikon weiß Bescheid, aber wenn man bedenkt, wie weit unten das Rauschen ist, ist es entweder nicht wert, sich darum zu kümmern, oder es wurde im Design des Restes der Kamera berücksichtigt.
Unter diesen Bedingungen wäre die beste Theorie, dass eine Taktschaltung im Körper regelmäßig ein wenig Strom auf eines der analogen Teile induziert. Wenn Sie sich dieses Tutorial zur D80-IR-Konvertierung ansehen , werden Sie feststellen, dass sich Komponenten auf derselben Platine wie der Sensor befinden und dass sich andere Komponenten auf der Hauptplatine dahinter in der Nähe befinden. Es gibt viele Möglichkeiten für diese Art von Leckage.
Die Sensoren in Digitalkameras sind im blauen Kanal am lautesten , und wenn Sie sich die RGB-Zusammensetzung von Purpur ansehen, gibt es viel mehr Blau als Rot oder Grün. Die grüneren Flecken können darauf zurückzuführen sein, dass einige Teile der Kamera auf unterschiedliche Weise verrauscht sind. Auch diese Unterschiede werden durch Ihre Verarbeitung übertrieben. Die meisten Farben sind tatsächlich so nah an Schwarz, dass Sie sie sonst nie bemerken würden.
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Vielleicht ist es die kleine Änderung der Temperatur des Sensors.
Ein heißer Sensor erzeugt mehr Rauschen als ein kühler.
Der kleine Temperaturunterschied kann durch das Vorhandensein elektronischer Komponenten oder durch den Kontakt des Sensors mit anderen Teilen erklärt werden, wodurch mehr oder weniger Wärme abgeführt werden kann.
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 es 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 erhebliche Menge an Wärme erzeugt (dank Davidmh und Chris H).
Ich habe das mit meiner Kamera versucht. Olympus EM-1, ISO 200, 60er Jahre, F2.8. Das Rohbild wird dann in Lightroom verarbeitet. Die Kamera war bei Raumtemperatur (18 ° C) natürlich total dunkel. Hier das Ergebnis:
Ich würde sagen ... na ja, nicht sehr schlüssig! Kann jemand etwas sehen? Natürlich ist es eine andere Kamera. Wir sollten mit anderen D80 versuchen, um zu sehen, ob es für dieses Modell spezifisch ist.
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Dies ist im Grunde ein Geräusch, das jedoch von mehreren verschiedenen Mechanismen herrührt. Betrachten Sie die extreme Verstärkung kleiner Details, die Sie anwenden mussten, um dieses Bild zu erhalten. Hier gibt es mehrere verschiedene Lärmquellen.
Die Gesamtkörnigkeit ist ein zufälliges Geräusch einzelner Sinne. Das wird passieren. Jeder Sensor hat ein endliches zufälliges Rauschen, das zu dem von ihm gemessenen Signal hinzugefügt wird.
Die vertikalen Streifen sind Sensormusterrauschen. Nichts ist jemals genau, einschließlich der Geometrien und anderer Parameter des Sensors, wie er hergestellt wurde. Der Sensor ist ein rechteckiges Array, und einige Arten von Positions- und Größenfehlern der Matrix werden als vertikale und horizontale Streifen angezeigt. Warum bei Ihnen mehr vertikale Streifen zu sehen sind, hängt wahrscheinlich mit der genauen Struktur dieses Sensors zusammen. Beachten Sie, dass es auch einige horizontale Steaks gibt, die jedoch weniger auffällig sind.
Der weiße Teil oben ist wahrscheinlich ein kleiner thermischer Unterschied zwischen der Unterseite und der Oberseite des Sensors. Auch hier haben Sie das winzige Rauschsignal stark verstärkt, sodass dies aus einem Bruchteil von Grad C resultieren kann. Die Elektronik muss sich irgendwo in der Kamera befinden und verursacht dort etwas mehr Wärme als anderswo. Ein gewisser Wärmegradient über den Sensor ist nicht zu vermeiden und liegt bei dieser extremen Vergrößerung des Rauschens nicht außerhalb der Linie.
Das gesamte "Doppel-D" -Muster befindet sich auf der Innenseite Ihres Objektivdeckels. Tatsächlich ist es ein ziemlicher Beweis für das niedrige Signal-Rausch-Verhältnis dieses Sensors, dass er das Innere des Objektivdeckels überhaupt abbilden kann. Schauen Sie sich die Innenseite des Objektivdeckels an und Sie werden dieses Muster sehen. Versuchen Sie das Experiment mit um 90 ° gedrehtem Objektivdeckel erneut, und Sie sehen das um 90 ° gedrehte Großbild.
Möglicherweise fragen Sie sich, wie der Objektivdeckel abgebildet werden konnte, wenn Sie sorgfältig darauf geachtet haben, das Licht um die Kamera herum zu eliminieren. Die Antwort ist, dass es kein sichtbares Licht ist, stellen Sie sich den Objektivdeckel vor. Das Bild wird durch nahes IR erzeugt und kommt von kleinen Temperaturunterschieden und Schwarzkörperemissionseigenschaften von verschiedenen Teilen des Objektivdeckels. Die Strahlung eines schwarzen Körpers ist immer um uns herum und wird von jedem Objekt abgegeben, das nicht die absolute Temperatur 0 hat. Dies umfasst die interne Struktur Ihrer Kamera, des Objektivs und des Objektivdeckels. Objekte senden bei normalen menschlichen Temperaturen so wenig Schwarzkörperstrahlung aus, und die Strahlung, die sie aussenden, ist so langwellig, dass wir dies nicht bemerken. Normalerweise funktioniert Ihre Kamera nicht Es fällt auch nicht auf, weil das Licht der Szene um ein Vielfaches stärker ist und den empfangenen Schwarzkörper-IR überfordert. In diesem Fall haben Sie große Anstrengungen unternommen, um das gewöhnliche Szenenlicht zu eliminieren und das verbleibende winzige Signal zu verstärken, und Sie können das Bild kaum erkennen.
Die Bestrahlung schwarzer Körper ist bei menschlichen Temperaturen im menschlichen Maßstab unbemerkt, kann jedoch für einige wissenschaftliche Messungen von Bedeutung sein. Aus diesem Grund wird der Sensor in High-End-Teleskopen aktiv gekühlt. Das Hubble-Weltraumteleskop verwendet flüssiges Helium, um den Sensor bei etwa 4 ° K zu halten, wenn ich mich recht erinnere.
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Ist der Objektivdeckel auf die Mitte geklemmt? Sieht so aus, als könnten Sie die Konturen der Kappe in Grün sehen. In diesem Fall sind wahrscheinlich auch die anderen sichtbaren Formen (Kreise) auf die Linsenmerkmale zurückzuführen. Nehmen Sie das Objektiv ab und fotografieren Sie mit einer Gehäusekappe, um zu sehen, wie sich das Bild ändert.
Der weiße Teil könnte hell sein (IR, vielleicht) und durch den Sucher eindringen. Mein Kameragurt hat ein Gummiband, das über den Sucher passt, um kleine Lichtlecks bei Langzeitbelichtungen zu vermeiden. Decken Sie den Sucher ab und sehen Sie, wie sich das Bild ändert.
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Ich empfehle dieses Papier für mögliche Erklärungen. Es geht um die Pancams, die in beiden Mars Exploration Rovers verwendet werden. Es beschreibt eine gründliche Untersuchung der Rauschquellen in CCDs und beschreibt die detaillierte Kalibrierungsroutine für die Pancam CCDs.
Hier ist der Link zum Artikel: Untersuchung der Panorama-Kamera (Pancam) des Mars Exploration Rover Athena (PDF-Dokument)
Ein weiteres Papier, das interessant sein könnte: Flugkalibrierung und Leistung der Pancam-Instrumente (Mars E xplorationRover Panoramic Camera) (PDF-Dokument)
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Nach dem Herumspielen des Originals und der verarbeiteten Bilder in ImageJ komme ich zu dem Schluss, dass die radiale Struktur möglicherweise ein Artefakt der Verarbeitung selbst ist, da sie hauptsächlich im grünen Kanal des verarbeiteten Bildes auftritt. Auch im roten Kanal gibt es einen leichten Hinweis auf einen Ring. Es wäre interessant, was Ihre Verarbeitungsschritte waren.
Folgendes bekomme ich, wenn ich jeden Kanal einzeln auf seinen minimalen und maximalen Wert gegenüber der OP-Version stelle:
Ich kann in meiner Version keine ähnliche Struktur 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, würde IR eher im roten Kanal erscheinen. IR sollte mindestens mit einer ähnlichen Intensität im roten Kanal erscheinen, es sei denn, es liegt ein IR-Leck im grünen Filter vor, jedoch nicht im roten Filter.
2nd Edit
Ich denke, die hier gezeigte "Original" -Version hat die Informationen während der Konvertierung in das PNG-Format verloren. Es ist unmöglich, das seltsame Muster wiederherzustellen, das im verarbeiteten Bild sichtbar ist. Das, was ich der verarbeiteten Version am nächsten kommen könnte, ist folgendes:
Zuerst habe ich den Kontrast maximiert, ohne das Bild zu beschneiden. Dann habe ich ein 3D-Oberflächendiagramm mit Intensitätswerten erstellt, das auf die Werte des erweiterten Bildes in einem Bereich zwischen 66 (26% von 255) und 26 (10% von 255) gekürzt wurde. Es scheint ein leicht kreisförmiges Muster zu geben, das der verarbeiteten Version von OP ähnelt, aber ich denke, der Rest des Musters geht aufgrund der geringeren Bitauflösung der PNG-Datei verloren.
Die kontrastverstärkte Originalversion sieht folgendermaßen aus:
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Zum Glück habe ich eine D80, also habe ich versucht, Ihr Experiment zu replizieren. Unglücklicherweise:
Aber ich habe den Objektivdeckel verwendet, das Gehäuse geschlossen und die Blende auf 1: 22 eingestellt, für alle Fälle. Ich habe für alle Fälle zwei Schüsse mit 30 gemacht und für beide ähnliche Ergebnisse erzielt, die sich jedoch von Ihren unterscheiden:
Dies ist die RAW-Datei, wie sie aus der Kamera stammt (Größe auf 600px geändert):
Hier habe ich eine Belichtungskorrektur von +4,5 EV auf RawTherapee angewendet, um die Artefakte sichtbar zu machen:
Es zeigt das weißliche Leuchten auf der Oberseite, vielleicht weniger ausgeprägt, 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 die ungleichmäßige Erwärmung des Sensors zu und die Bänder könnten von der CCD-Technologie des Sensors stammen. Je nachdem, wie es aufgebaut ist, kann der Ladungstransportmechanismus Streifen verursachen.
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Es ist der Objektivdeckel.
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