Cosa sto fotografando ALL'INTERNO della mia macchina fotografica?

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Ho sperimentato la fotografia in condizioni di scarsa illuminazione. Ho fotografato qualcosa di strano nella mia macchina fotografica e non so davvero cosa sia. Questa è l'immagine inizialmente presa ...

cornice scura originale

Sembra abbastanza inconsueto. Dopo qualche elaborazione, però, ho trovato il seguente ...

telaio migliorato

Che cos'è?

Qualche backgound. Questa è stata scattata con una Nikon D80 impostata su ISO 3200 e un'esposizione temporizzata di 30 secondi. Il formato dell'immagine era RAW. C'era un obiettivo zoom f2,8 - 4, 24 - 85 mm (ingombrante - e ci arriverò più avanti). L'immagine è stata equalizzata e la curva è stata allungata di (a) GIMP. Tutte le immagini sono / erano in formato RAW o PNG, quindi non dovrebbero esserci artefatti JPEG. Quindi ho alcune domande.

Cosa causa il bit bianco nella parte superiore dell'immagine? Non è bleeding della luce. L'immagine è stata scattata con il copriobiettivo inserito, con la fotocamera all'interno di un cassetto in acciaio, nel mio garage spento di notte. Non è bleeding della luce. Inoltre, per confermare ciò ho effettivamente preso 2 fotogrammi, capovolgendo la fotocamera sul suo 'mirino. Questo bit bianco è sempre rivolto al mirino.
Qual è il cerchio parziale evidente nella maggior parte del frame? È un'immagine termica? Credo che le telecamere basate su sensori CMOS possano vedere un po 'nella banda IR vicina. L'obiettivo è piuttosto voluminoso e potrebbe essere stato più caldo del corpo principale della fotocamera. La risposta alla domanda (1) è anche termica. La parte superiore della fotocamera ha molti controlli e bit lì.
Cosa causa le linee verticali nell'immagine? È qualcosa a che fare con il filtro Bayer o l'indirizzamento lineare dei singoli fotorilevatori CMOS?
Cosa causa le macchie viola e verdi? Mi rendo conto che questi non sono colori veri, ma tuttavia sono rappresentativi delle variazioni di intensità della scala macro attraverso il fotogramma.

qualche idea?

digital sensor light

— Paul Uszak
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(Re aggiungendo il mio commento perché non è una risposta e se l'OP ha ricevuto risposta, non l'ho visto prima che i commenti fossero cancellati.) Ho aperto l'immagine nera in alto in Picture Manager di Office 2010 e attraverso una serie di manipolazioni automatiche e manuali ho visto qualcosa di più simile ai risultati elaborati di Clabacchio, ma colori più simili ai risultati dell'OP. C'è qualche possibilità che il motivo circolare sia dovuto alla post elaborazione?

— Mark Hurd,

Potrebbe non essere pertinente, ma quale impostazione di apertura hai utilizzato?

— Clabacchio,

Molto tardi al gioco, ma mi chiedo, c'è stata qualche correzione dell'obiettivo applicata da qualche parte nella catena di elaborazione RAW?

— Scott

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Innanzitutto, capisci un paio di cose:

Anche se chiamiamo queste cose "macchine fotografiche digitali", il processo di trasformazione dei fotoni in numeri è del tutto analogico. I circuiti analogici raccolgono ogni tipo di rumore dall'ambiente circostante.

Il rumore non è un valore costante, è un intervallo di quelli che si completano a un livello chiamato noise floor . L'elaborazione che hai fatto sull'immagine altrimenti nera estende tutto sotto il rumore di fondo, la maggior parte dei quali è vicino al nero per cominciare, attraverso l'intero spettro da scuro a luminoso in ciascun canale. Gli istogrammi prima e dopo l'elaborazione lo mostreranno.

Cosa causa il bit bianco nella parte superiore dell'immagine?

La mia ipotesi è che sia termico, forse la parte inferiore della fotocamera è un po 'più calda per qualche motivo rispetto alla parte superiore. Il tuo trattamento esagererà questo.

Qual è il cerchio parziale evidente nella maggior parte del frame?

Potrebbe essere qualsiasi cosa. Il sensore potrebbe rilevare il filtro passa basso mancante e stai guardando il copriobiettivo. Potrebbe essere il risultato di deformità causate quando il sensore è stato prelevato dalla parte posteriore con una ventosa durante l'assemblaggio o piccole quantità di stress poste su di esso dalle parti di fissaggio. Sono sicuro che Nikon lo sappia, ma dato quanto è profondo il rumore, non vale la pena preoccuparsene o è stato preso in considerazione nel design del resto della fotocamera.

Cosa causa le linee verticali nell'immagine?

In queste condizioni, la migliore teoria sarebbe che alcuni circuiti di clock nel corpo inducano un po 'di corrente su una delle parti analogiche su base regolare. Se dai un'occhiata a questo tutorial sulla conversione IR D80 , noterai che ci sono componenti sulla stessa scheda del sensore e altri vicini sulla scheda principale dietro di esso. Ci sono molte opportunità per quel tipo di perdita.

Cosa causa le macchie viola e verdi?

I sensori delle fotocamere digitali sono più rumorosi nel canale blu e se osservi la composizione RGB dei viola, c'è molto più blu che rosso o verde. Le patch più ecologiche possono essere il risultato di alcune parti della fotocamera più rumorose in diversi modi. Ancora una volta, l'elaborazione elabora queste differenze. La maggior parte dei colori sono in realtà così vicini al nero che non li noteresti altrimenti.

— Blrfl
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Mi piace l'idea della ventosa!

— Fumidu,

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@Nick: Ma i canali blu sono generalmente meno sensibili, quindi ha una maggiore amplificazione, quindi un rapporto segnale / rumore inferiore rispetto agli altri canali.

— Olin Lathrop,

1

@ Nick: potrebbe funzionare in questo modo. In realtà non sarei sorpreso se ci fossero 3 fasi di guadagno separate con 3 A / D separati. La commutazione dinamica del guadagno per pixel sarebbe troppo lenta. Non modificare il guadagno potrebbe portare a una bassa risoluzione in uno o due colori. Non sono stato coinvolto in questo tipo di progettazione del sensore, quindi non so come sia gestito. Potrebbe eventualmente essere gestito in modo diverso tra i sensori. Questi aumentano tutti i compromessi tecnici disponibili per i progettisti di sensori. Non so cosa siano i costumi.

— Olin Lathrop,

1

+1 questa è la risposta corretta. Il rumore EM ci circonda. Il circuito sensore + rileverà necessariamente ogni tipo di rumore, sia all'interno che all'esterno della videocamera. Diamine, le leggi della fisica richiedono che qualsiasi sensore elettrico generi rumore che esso stesso rileverà. Ecco come funziona l'elettricità.

— BlueRaja - Danny Pflughoeft,

3

@ColeJohnson: il requisito di interferenza da accettare nella Parte 15 è per le interferenze da altri dispositivi della Parte 15. L'ultima volta che ho controllato, la FCC non aveva giurisdizione su Madre Natura e fisica di base. :-)

— Blrfl,

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Forse rappresenta la piccola variazione della temperatura del sensore.

Un sensore caldo produce più rumore di uno freddo.

La piccola differenza di temperatura può essere spiegata dalla presenza di componenti elettronici o dal modo in cui il sensore è in contatto con altre parti, consentendo una maggiore o minore dissipazione del calore.

Alcuni link correlati:

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/

(Probabilmente ci proverò io stesso, vedremo se riusciamo ad ottenere lo stesso schema!)

modificare

Dopo alcune discussioni nei commenti, sembra che il sensore stesso possa produrre una notevole quantità di calore (grazie a Davidmh e Chris H).

L'ho provato con la mia macchina fotografica. Olympus EM-1, Iso 200, 60s, F2.8. Immagine grezza quindi elaborata in Lightroom. La telecamera era naturalmente al buio, a temperatura ambiente (18 ° C) Ecco il risultato:

Direi ... beh, non molto conclusivo! Qualcuno può vedere qualcosa? Certo, è una fotocamera diversa. Dovremmo provare con altri D80 per vedere se è specifico per questo modello.

— Fumidu
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1

Ho visto simili schemi circolari su un CCD astronomico con raffreddamento attivo prima di essere completamente cool. Immagino che il sensore a portata di mano abbia un dissipatore ed è probabilmente meglio fissato al centro. Mi ricorda anche di un dissipatore di calore della CPU: ifisc.uib-csic.es/nuredduna/2004/fotos/cc_radiator.jpg

— Davidmh

3

Vedo anche lo schema. Mi ricorda lo stress da taglio, che sarebbe compatibile con l'ipotesi della colla. In alternativa, potrebbe essere qualcosa di simile alla pasta termica in un dissipatore di calore della CPU (le bande grigie).

— Davidmh,

2

Come dice @Davidmh, questo è certamente un problema con i CCD. quando si utilizzano webcam modificate per l'astronomia (o altre immagini in condizioni di scarsa luminosità) il calore dell'amplificatore su chip potrebbe far illuminare una regione. E sono stato sorpreso di vedere che, secondo dpreview, la D80 utilizza un CCD e non un CMOS. Ciò suggerisce che l'autoriscaldamento contribuisce.

— Chris H,

2

Fuori tema, ma "L'ipotesi della colla" suona totalmente "Teoria del Big Bang" per me ... :-)

— Fumidu,

1

È probabile che sia molto diverso su un sensore CMOS come il tuo Olympus. I CCD sono piuttosto rari nelle reflex, quindi replicare su un'altra fotocamera potrebbe essere un po 'complicato da organizzare. La tua immagine mi sembra puro rumore - e negli ultimi anni ho trascorso un bel po 'di tempo a cercare punti deboli in immagini rumorose da telecamere scientifiche CCD e CMOS.

— Chris H,

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Questo è fondamentalmente rumore, ma da diversi meccanismi. Considera l'estrema amplificazione di piccoli dettagli che hai dovuto applicare per ottenere questa immagine. Ci sono diverse fonti distinte di rumore qui.

La granulosità complessiva è il rumore casuale dei singoli sensi. Questo succederà. Ogni sensore ha un certo rumore casuale aggiunto a qualsiasi segnale stia misurando.

Le strisce verticali sono rumore del modello del sensore. Nulla è mai esatto, comprese le geometrie e altri parametri del sensore così come è stato prodotto. Il sensore è un array rettangolare e alcuni tipi di errori di posizione e dimensione della matrice verranno visualizzati come strisce verticali e orizzontali. Perché il tuo mostri più strisce verticali probabilmente ha a che fare con la struttura esatta di quel sensore. Nota che ci sono anche delle bistecche orizzontali, ma meno evidenti.

La parte bianca in alto è probabilmente una piccola differenza termica tra la parte inferiore e la parte superiore del sensore. Ancora una volta, hai amplificato notevolmente il piccolo segnale di rumore, quindi questo può derivare da una piccola frazione di grado C. L'elettronica deve essere da qualche parte nella fotocamera e causerà un po 'più di calore lì che altrove. Un certo gradiente termico attraverso il sensore è impossibile da evitare e non è fuori linea a questo estremo ingrandimento del rumore.

Il modello "doppia D" complessivo è l'interno del copriobiettivo. In realtà è piuttosto una prova del rapporto segnale / rumore basso di questo sensore che può immaginare tutto all'interno del copriobiettivo. Dai un'occhiata all'interno del copriobiettivo e vedrai questo motivo. Riprova l'esperimento con il copriobiettivo ruotato di 90 ° e vedrai l'immagine su larga scala ruotata di 90 °.

Ti starai chiedendo come è stato in grado di immaginare il copriobiettivo quando hai prestato molta attenzione ad eliminare la luce intorno alla fotocamera. La risposta è che non è visibile la luce immaginare il copriobiettivo. L'immagine è formata da vicino IR e proviene da piccole differenze di temperatura e caratteristiche di emissione del corpo nero da diverse parti del copriobiettivo. La radiazione del corpo nero è sempre intorno a noi ed è emessa da ogni oggetto che non è a temperatura assoluta 0. Ciò include la struttura interna della fotocamera, l'obiettivo e il copriobiettivo. Gli oggetti a temperature umane normali emettono così poca radiazione del corpo nero e la radiazione che emettono è a una lunghezza d'onda così lunga che non lo notiamo. Normalmente la tua fotocamera non funziona non notarlo nemmeno perché la luce della scena è molte volte più forte e travolge il corpo nero ricevuto IR. In questo caso, hai fatto di tutto per eliminare quella normale luce di scena e amplificare il piccolo segnale che era rimasto, e riesci a malapena a distinguere l'immagine.

Le radiazioni del corpo nero sono inosservate su scala umana a temperature umane, ma possono essere significative per alcune misurazioni scientifiche. Questo è il motivo per cui il sensore nei telescopi di fascia alta viene attivamente raffreddato. Il telescopio spaziale Hubble utilizza elio liquido per mantenere il sensore a circa 4 ° K se ricordo bene.

— Olin Lathrop
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Sono scettico sul fatto che sia il copriobiettivo ripreso in infrarossi (è sfuocato e comunque mal messo a fuoco da un obiettivo visibile). Ma hai fornito un modo per testare l'OP, quindi speriamo di vedere.

— Chris H,

@ Chris: potresti avere ragione. Ho appena provato a riprodurlo con la mia Nikon D3 e non ci sono riuscito. Ho usato uno zoom 24-120 a 24 mm, copriobiettivo, 30 secondi, f / 4, ISO 12800, otturatore per oculare chiuso, in un cabinet metallico chiuso (realizzato con autoscatto 5s). Ho scattato due immagini con il copriobiettivo ruotato di 90 gradi. Entrambe le immagini sembrano solo rumori casuali come ci si aspetterebbe, nessuna caratteristica su larga scala come nella foto dell'OP.

— Olin Lathrop,

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Il copriobiettivo è in stile pizzico centrale? Sembra che tu possa vedere i contorni del cappuccio in verde. In tal caso, anche le altre forme visibili (cerchio) sono probabilmente dovute alle caratteristiche dell'obiettivo. Prova a rimuovere l'obiettivo e scatta con un cappuccio per fissare come cambia l'immagine.

La parte bianca potrebbe essere leggera (IR, forse) che perde attraverso il mirino. La cinghia della mia fotocamera ha una punta di gomma che si adatta al mirino per evitare piccole perdite di luce durante le lunghe esposizioni. Prova a coprire il mirino e guarda come cambia l'immagine.

— Caleb
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Non sono sicuro che ne avresti un'immagine. Il tappo sarebbe estremamente sfocato. I miei soldi sono sulle omogeneità termiche sul sensore. OP: puoi per favore scattare un'altra immagine senza l'obiettivo? Questo dovrebbe essere sufficiente per falsare una delle due ipotesi.

— Davidmh,

8

Raccomando questo documento per possibili spiegazioni. Riguarda i Pancam usati in entrambi i Mars Exploration Rovers. Descrive un esame approfondito delle fonti di rumore nei CCD e descrive la routine di calibrazione dettagliata per i CCD Pancam.

Ecco il link al documento: indagine su Mars Exploration Rover Athena Panoramic Camera (Pancam) (documento PDF)

Un altro documento che potrebbe essere interessante: calibrazione in volo e prestazioni degli strumenti Mars E xplorationRover Panoramic Camera (Pancam) (documento PDF)

modificare

Dopo aver giocato con le immagini originali ed elaborate in ImageJ, tendo alla conclusione che la struttura radiale è probabilmente un artefatto dell'elaborazione stessa perché appare principalmente nel canale verde dell'immagine elaborata. C'è anche un leggero accenno di anello nel canale rosso. Sarebbe interessante quali fossero le tue fasi di elaborazione.

Ecco cosa ottengo se il contrasto migliora ogni canale individualmente al suo valore minimo e massimo, rispetto alla versione di OP:

Diversi risultati di elaborazione

Non riesco a vedere alcuna struttura simile nella mia versione, tranne le strisce verticali e il bordo superiore più chiaro dell'immagine.

Il fatto che il motivo ad anello appaia nel canale verde ma a malapena nel canale rosso è contrario all'ipotesi IR perché, se non sbaglio, l'IR preferirebbe apparire nel canale rosso. L'IR dovrebbe apparire almeno con un'intensità simile nel canale rosso, a meno che non ci sia una perdita IR nel filtro verde, ma non nel filtro rosso.

2a modifica

Penso che la versione "originale" mostrata qui abbia perso le informazioni durante la conversione in formato PNG. È impossibile ricreare lo strano modello visibile nell'immagine elaborata. Il più vicino che potrei venire alla versione elaborata è questo:

Versione fortemente ritagliata dell'immagine con regolazione del contrasto

Innanzitutto ho massimizzato il contrasto senza ritagliare l'immagine. Quindi ho creato un grafico 3D di valori di intensità, tagliato ai valori dell'immagine migliorata in un intervallo compreso tra 66 (26% di 255) e 26 (10% di 255). Sembra che appaia un modello leggermente circolare simile alla versione elaborata di OP, ma immagino che il resto del modello sia perso a causa della risoluzione di bit inferiore del file PNG.

La versione originale, con contrasto migliorato, si presenta così:

Contrasto migliorato originale

— ML
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2

Si prega di approfondire ciò che questi articoli spiegherebbero sull'immagine.

— Hugo,

1

I documenti spiegano in dettaglio come le fonti di rumore (dipendenza dalla temperatura, rumore di lettura, variazioni della capacità del pozzo pieno, rumore di digitalizzazione, corrente scura (rumore termico) e irregolarità del campo piatto) sono state analizzate e compensate nella pipeline di calibrazione. Soprattutto i capitoli della corrente oscura e dei campi piatti mi sono venuti in mente quando ho visto l'immagine. Il modello regolare sembra essere causato, ad esempio, dalla fotomaschera e dalla struttura superficiale del CCD. Se elaboro la foto nera, ottengo un risultato che ha un carattere simile al risultato di Clabaccio. Il modello radiale non appare affatto.

— ML

7

Fortunatamente ho una D80, quindi ho provato a replicare il tuo esperimento. Purtroppo:

Fu durante il giorno;
Ero nel mio garage, anche se ha una finestra da cui fuoriusciva della luce;
Il mio gabinetto è di legno, non di acciaio;
Il mio obiettivo è un Sigma 18-50 f / 2.8, a differenza del tuo;)

Ma ho usato il copriobiettivo, ho chiuso l'involucro e ho impostato l'apertura su f / 22, per ogni evenienza. Ho fatto due scatti a 30 anni per ogni evenienza e ho ottenuto risultati simili per entrambi, ma diversi dai tuoi:

Questo è il RAW come è uscito dalla fotocamera (ridimensionato a 600 px di larghezza): inserisci qui la descrizione dell'immagine

Qui ho applicato una compensazione dell'esposizione di +4,5 EV su RawTherapee, per far emergere gli artefatti: inserisci qui la descrizione dell'immagine

Mostra il bagliore bianco-ish in cima, forse meno pronunciato solo perché non sono andato fino in fondo con il contrasto. Mostra anche le bande verticali, ma non riesco a vedere la forma circolare.

Concordo con la teoria sul riscaldamento non uniforme del sensore e le bande potrebbero provenire dalla tecnologia CCD del sensore. A seconda di come è costruito, il meccanismo di trasporto della carica potrebbe causare delle strisce.

— clabacchio
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Per vedere se esiste un modo per visualizzare l'immagine all'interno del copriobiettivo, è necessario aprire completamente l'apertura, non chiuderla. Potrebbe anche essere interessante raffreddare la fotocamera e / o riscaldare il copriobiettivo prima del test. Ciò massimizzerebbe la possibilità di imaging del copriobiettivo in IR.

— Olin Lathrop,

@OlinLathrop bene non ho implicato che fosse l'immagine del copriobiettivo, la mia procedura era volta a rilevare anomalie nel sensore. Proverei a esaminare l'impronta del copriobiettivo, avrei sicuramente bisogno di un posto più buio per evitare perdite.

— Clabacchio,

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L'immagine è stata scattata con il copriobiettivo inserito

Qual è il cerchio parziale evidente nella maggior parte del frame?

È il copriobiettivo.

— Corse di leggerezza con Monica
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Sebbene ciò possa essere corretto, farebbe meglio con i suggerimenti su come testare quella teoria (ripetere con il copriobiettivo ruotato) e possibilmente un tentativo di riprodurre te stesso.