¿Qué estoy fotografiando DENTRO de mi cámara?

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He estado experimentando con fotografía con poca luz. He fotografiado algo extraño dentro de mi cámara y realmente no sé qué es. Esta es la imagen tomada inicialmente ...

marco oscuro original

Parece lo suficientemente inocua. Sin embargo, después de un procesamiento, encontré lo siguiente ...

marco mejorado

¿Qué es?

Un poco de fondo. Esto se tomó con una Nikon D80 configurada en ISO 3200 y una exposición temporizada de 30 segundos. El formato de la imagen era RAW. Había un objetivo zoom f2.8 - 4, 24 - 85 mm instalado (voluminoso, y lo abordaré más adelante). La imagen fue ecualizada y la curva estirada por (a) GIMP. Todas las imágenes son / eran RAW o PNG, por lo que no debería haber artefactos JPEG allí. Entonces tengo algunas preguntas.

¿Qué causa el bit blanco en la parte superior de la imagen? No es sangrado ligero. La imagen fue tomada con la tapa del objetivo puesta, con la cámara dentro de un cajón de archivador de acero, en mi garaje sin luz por la noche. No es sangrado ligero. Además, para confirmar esto, en realidad tomé 2 cuadros, volteando la cámara al revés de su visor. Este bit blanco siempre está hacia el visor.
¿Cuál es el círculo parcial aparente en la mayor parte del marco? ¿Es esta una imagen térmica? Creo que las cámaras basadas en sensores CMOS pueden ver un poco en la banda IR cercana. El objetivo es bastante voluminoso y podría haber sido más cálido que el cuerpo principal de la cámara. Es la respuesta a la pregunta (1) también térmica. La parte superior de la cámara tiene muchos controles y bits allí.
¿Qué causa las líneas verticales en la imagen? ¿Tiene esto algo que ver con el filtro Bayer o con el direccionamiento lineal de los fotodetectores CMOS individuales?
¿Qué causa los parches morados y verdes? Me doy cuenta de que estos no son colores verdaderos, pero sin embargo son representativos de las variaciones de intensidad de macroescala en todo el cuadro.

¿Alguna idea?

digital sensor light

— Paul Uszak
fuente

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(Vuelvo a agregar mi comentario porque no es una respuesta, y si fue respondido por el OP, no lo vi antes de que se borraran los comentarios). Abrí la imagen negra superior en Office 2010 Picture Manager y a través de una serie de Manipulaciones automáticas y manuales. Vi algo más similar a los resultados procesados de clabacchio, pero colores más similares a los resultados del OP. ¿Hay alguna posibilidad de que el patrón circular se deba al procesamiento posterior?

— Mark Hurd

Puede no ser relevante, pero ¿qué configuración de apertura usó?

— clabacchio

Muy tarde al juego, pero me pregunto, ¿hubo alguna corrección de lente aplicada en algún lugar de la cadena de procesamiento RAW?

— scottbb

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Primero, comprenda un par de cosas:

Aunque llamamos a estas cosas "cámaras digitales", el proceso de convertir fotones en números es completamente analógico. Los circuitos analógicos captan todo tipo de ruido de su entorno.

El ruido no es un valor constante, es un rango de ellos que alcanza un nivel superior al nivel de ruido . El procesamiento que realizó en la imagen de otro modo negro estira todo debajo del ruido de fondo, la mayoría de los cuales está cerca del negro para empezar, a lo largo de todo el espectro de oscuro a brillante en cada canal. Los histogramas antes y después del procesamiento lo mostrarán.

¿Qué causa el bit blanco en la parte superior de la imagen?

Supongo que es térmico, tal vez la parte inferior de la cámara es un poco más cálida por alguna razón que la parte superior. Su procesamiento exagerará esto.

¿Cuál es el círculo parcial aparente en la mayor parte del marco?

Eso podría ser cualquier cosa. El sensor podría estar captando IR, el filtro de paso bajo se perdió y está mirando la tapa de su lente. Podría ser el resultado de deformidades causadas cuando el sensor fue recogido desde la parte posterior con una ventosa durante el ensamblaje o pequeñas cantidades de tensión aplicadas por las piezas de retención. Estoy seguro de que Nikon lo sabe, pero dado lo lejos que está el ruido, no vale la pena preocuparse o se tiene en cuenta en el diseño del resto de la cámara.

¿Qué causa las líneas verticales en la imagen?

En estas condiciones, la mejor teoría sería que algún circuito de reloj en el cuerpo está induciendo un poco de corriente en una de las partes analógicas de forma regular. Si revisa este tutorial de conversión IR D80 , notará que hay componentes en la misma placa que el sensor y otros cerca en la placa principal detrás de él. Hay muchas oportunidades para ese tipo de fuga.

¿Qué causa los parches morados y verdes?

Los sensores en las cámaras digitales son más ruidosos en el canal azul , y si observa la composición RGB de los púrpuras, hay mucho más azul que rojo o verde. Los parches más verdes pueden ser el resultado de que algunas partes de la cámara sean más ruidosas de diferentes maneras. Nuevamente, su procesamiento exagera estas diferencias. La mayoría de los colores son realmente tan cercanos al negro que nunca los notarías de otra manera.

— Blrfl
fuente

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Me gusta la idea de la ventosa!

— Fumidu

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@Nick: Pero los canales azules suelen ser menos sensibles, por lo que tiene más amplificación, por lo que una relación señal / ruido más baja que los otros canales.

— Olin Lathrop

1

@ Nick: Podría funcionar de esa manera. En realidad, no me sorprendería si hubiera 3 etapas de ganancia separadas con 3 A / D separadas. Cambiar la ganancia dinámicamente por píxel sería demasiado lento. No cambiar la ganancia podría conducir a una baja resolución en uno o dos de los colores. No me he involucrado con este tipo de diseño de sensor, así que no sé cómo se maneja. Posiblemente podría manejarse de manera diferente entre los sensores. Estas son todas las compensaciones de ingeniería disponibles para los diseñadores de sensores. No sé lo que es clientela.

— Olin Lathrop

1

+1 esta es la respuesta correcta. El ruido EM está a nuestro alrededor. El circuito sensor + necesariamente captará todo tipo de ruido, tanto dentro como fuera de la cámara. Demonios, las leyes de la física requieren que cualquier sensor eléctrico genere ruido que él mismo captará. Así es como funciona la electricidad.

— BlueRaja - Danny Pflughoeft

3

@ColeJohnson: El requisito de interferencia obligatoria de la Parte 15 es para la interferencia de otros dispositivos de la Parte 15. La última vez que revisé, la FCC no tenía jurisdicción sobre la Madre Naturaleza y la física básica. :-)

— Blrfl

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Tal vez representa la pequeña variación de la temperatura del sensor.

Un sensor caliente produce más ruido que uno frío.

La pequeña diferencia de temperatura puede explicarse por la presencia de componentes electrónicos o la forma en que el sensor está en contacto con otras partes, lo que permite una mayor o menor disipación de calor.

Algunos enlaces relacionados:

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/

(¡Probablemente lo intente yo mismo, vea si podemos obtener el mismo patrón!)

Editar

Después de una discusión en los comentarios, parece que el sensor en sí puede producir una cantidad significativa de calor (gracias a Davidmh y Chris H).

Lo he intentado con mi cámara. Olympus EM-1, Iso 200, 60s, F2.8. Imagen sin procesar luego procesada en Lightroom. La cámara estaba en total oscuridad, por supuesto, a temperatura ambiente (18 ° C). Aquí está el resultado:

Yo diría ... bueno, ¡no muy concluyente! ¿Alguien puede ver algo? Por supuesto, es una cámara diferente. Deberíamos probar con otros D80 para ver si es específico de este modelo.

— Fumidu
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1

He visto patrones circulares similares en un CCD astronómico con enfriamiento activo antes de estar completamente frío. Me imagino que el sensor a mano tiene un disipador y probablemente esté mejor conectado en el medio. También me recuerda a un disipador de calor de la CPU: ifisc.uib-csic.es/nuredduna/2004/fotos/cc_radiator.jpg

— Davidmh

3

Yo también veo el patrón. Me recuerda al esfuerzo cortante, que sería compatible con la hipótesis del pegamento. Alternativamente, podría ser algo así como la pasta térmica en un disipador de calor de la CPU (las bandas grises).

— Davidmh

2

Como @Davidmh dice, este es ciertamente un problema con los CCD. Cuando se usan cámaras web modificadas para astronomía (u otras imágenes con poca luz), el calor del amplificador integrado en el chip podría hacer que una región se vea iluminada. Y me sorprendió ver que, según dpreview, el D80 usa un CCD y no un CMOS sesnor. Eso sugiere que el autocalentamiento contribuye.

— Chris H

2

Fuera de tema, pero "Hipótesis de pegamento" me suena totalmente como "Big Bang Theory" ... :-)

— Fumidu

1

Es probable que sea muy diferente en un sensor CMOS como su Olympus. Los CCD son bastante raros en las SLR, por lo que replicar en otra cámara puede ser un poco difícil de organizar. Su imagen me parece puro ruido, y he pasado bastante tiempo en los últimos años tratando de encontrar puntos débiles en imágenes ruidosas de cámaras científicas CCD y CMOS.

— Chris H

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Esto es básicamente ruido, pero de varios mecanismos diferentes. Considere la amplificación extrema de pequeños detalles que tuvo que aplicar para obtener esta imagen. Hay varias fuentes distintas de ruido aquí.

La granulación general es el ruido aleatorio de los sensores individuales. Esto va a suceder. Cada sensor tiene algo de ruido aleatorio finito agregado a cualquier señal que esté midiendo.

Las rayas verticales son ruido de patrón de sensor. Nada es exacto, incluidas las geometrías y otros parámetros del sensor tal como se fabricó. El sensor es una matriz rectangular, y algunos tipos de errores de posición y tamaño de la matriz aparecerán como rayas verticales y horizontales. Por qué el suyo muestra más rayas verticales probablemente tenga que ver con la estructura exacta de ese sensor. Tenga en cuenta que también hay algunos filetes horizontales, pero menos evidentes.

La parte blanca en la parte superior es probablemente una pequeña diferencia térmica entre la parte inferior y la parte superior del sensor. Una vez más, ha amplificado en gran medida la pequeña señal de ruido, por lo que esto puede resultar de una pequeña fracción de grado C. La electrónica debe estar en algún lugar de la cámara y provocará un poco más de calor allí que en cualquier otro lugar. Es imposible evitar cierto gradiente térmico a través del sensor, y no está fuera de línea con este aumento extremo del ruido.

El patrón general de "doble D" es el interior de la tapa de la lente. En realidad, es un gran testimonio de la baja relación señal / ruido de este sensor que puede obtener imágenes del interior de la tapa del objetivo. Eche un vistazo al interior de la tapa del objetivo y verá este patrón. Intente el experimento nuevamente con la tapa de la lente girada 90 ° y verá la imagen a gran escala rotada 90 °.

Es posible que se pregunte cómo pudo capturar la tapa de la lente cuando se cuidó de eliminar la luz alrededor de la cámara. La respuesta es que no es luz visible imagina la tapa de la lente. La imagen está formada por IR cercano, y proviene de pequeñas diferencias de temperatura y características de emisión de cuerpo negro de diferentes partes de la tapa del objetivo. La radiación del cuerpo negro siempre está a nuestro alrededor, y es emitida por cada objeto que no está a temperatura absoluta 0. Esto incluye la estructura interna de su cámara, la lente y la tapa de la lente. Los objetos a temperaturas humanas normales emiten tan poca radiación de cuerpo negro, y la radiación que emiten es a una longitud de onda tan larga, que no nos damos cuenta de esto. Normalmente tu cámara no No lo note porque la luz de la escena es muchas veces más fuerte y abruma al IR del cuerpo negro recibido. En este caso, hizo todo lo posible para eliminar la luz de la escena ordinaria y amplificar la pequeña señal que quedaba, y apenas puede distinguir la imagen.

La radiación del cuerpo negro pasa desapercibida a escala humana a temperaturas humanas, pero puede ser importante para algunas mediciones científicas. Es por eso que el sensor en los telescopios de alta gama se enfría activamente. El telescopio espacial Hubble utiliza helio líquido para mantener el sensor a unos 4 ° K, si no recuerdo mal.

— Olin Lathrop
fuente

2

Soy escéptico de que sea la tapa de la lente fotografiada en IR (está fuera de foco y mal enfocada por una lente visible de todos modos). Pero ha proporcionado una forma para que el OP pruebe, así que con suerte ya veremos.

— Chris H

@ Chris: Puede que tengas razón. Solo intenté reproducir esto con mi Nikon D3s y fallé. Utilicé un zoom de 24-120 a 24 mm, tapa del objetivo, 30 segundos, f / 4, ISO 12800, obturador ocular cerrado, en un gabinete de metal cerrado (logrado con el disparador automático de 5 segundos). Tomé dos imágenes con la tapa del objetivo gira 90 grados. Ambas imágenes se ven como ruido aleatorio como era de esperar, sin una función a gran escala como en la imagen del OP.

— Olin Lathrop

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¿Es la tapa de la lente del estilo de pinzamiento central? Parece que puedes ver los contornos de la gorra en verde. Si es así, las otras formas visibles (círculo) probablemente también se deban a las características de la lente. Intente quitar la lente y dispare con una tapa para el cuerpo para ver cómo cambia la imagen.

La porción blanca podría ser ligera (IR, tal vez) que se filtre a través del visor. La correa de mi cámara tiene una broca de goma que se ajusta sobre el visor para evitar pequeñas fugas de luz durante exposiciones prolongadas. Intente cubrir el buscador y vea cómo eso cambia la imagen.

— Caleb
fuente

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No estoy seguro de que obtendrías una imagen de eso. La tapa estaría extremadamente desenfocada. Mi dinero está en homogeneidades térmicas en el sensor. OP: ¿puedes tomar otra imagen sin la lente? Esto debería ser suficiente para falsificar una de las dos hipótesis.

— Davidmh

8

Recomiendo este documento para posibles explicaciones. Se trata de las Pancams utilizadas en ambos Mars Exploration Rovers. Describe un examen exhaustivo de las fuentes de ruido en los CCD y describe la rutina de calibración detallada para los CCD Pancam.

Aquí está el Enlace al documento: Investigación de la Cámara Panorámica de Exploración de Marte Rover Athena (Pancam) (Documento PDF)

Otro documento que puede ser interesante: calibración en vuelo y rendimiento de los instrumentos Mars E xplorationRover Panoramic Camera (Pancam) (documento PDF)

Editar

Después de jugar con las imágenes originales y procesadas en ImageJ, llego a la conclusión de que la estructura radial es posiblemente un artefacto del procesamiento en sí porque aparece principalmente en el canal verde de la imagen procesada. También hay un ligero indicio de un anillo en el canal rojo. Sería interesante cuáles fueron sus pasos de procesamiento.

Esto es lo que obtengo si contraste cada canal individualmente a su valor mínimo y máximo, en comparación con la versión de OP:

Resultados de procesamiento diferentes

No puedo ver ninguna estructura similar en mi versión, excepto las rayas verticales y el borde superior más claro de la imagen.

El hecho de que el patrón de anillo aparezca en el canal verde pero apenas en el canal rojo habla en contra de la hipótesis de IR porque si no me equivoco, IR preferiría aparecer en el canal rojo. IR debería aparecer al menos con una intensidad similar en el canal rojo, a menos que haya una fuga de IR en el filtro verde, pero no en el filtro rojo.

2da Edición

Creo que la versión "original" que se muestra aquí perdió la información durante la conversión al formato PNG. Es imposible recrear el patrón extraño visible en la imagen procesada. Lo más cerca que pude llegar a la versión procesada es esto:

Versión muy recortada de la imagen con contraste ajustado

Primero maximicé el contraste sin recortar la imagen. Luego creé un gráfico de superficie en 3D de valores de intensidad, recortado a los valores de la imagen mejorada en un rango entre 66 (26% de 255) y 26 (10% de 255). Parece que aparece un patrón ligeramente circular similar a la versión procesada de OP, pero supongo que el resto del patrón se pierde debido a la resolución de bits más baja del archivo PNG.

La versión original, con contraste mejorado, se ve así:

Contraste Mejorado Original

— ML
fuente

2

Explique qué explicarían estos documentos sobre la imagen.

— Hugo

1

Los documentos explican con gran detalle cómo se analizaron y compensaron las fuentes de ruido (dependencia de la temperatura, ruido de lectura, variaciones de capacidad total del pozo, ruido de digitalización, corriente oscura (ruido térmico) e irregularidades de campo plano) en la tubería de calibración. Especialmente los capítulos de campo oscuro actual y plano vinieron a mi mente cuando vi la imagen. El patrón regular parece ser causado por la fotomáscara y la estructura de la superficie del CCD, por ejemplo. Si proceso la foto en negro, obtengo un resultado que tiene un carácter similar al resultado de clabaccio. El patrón radial no aparece en absoluto.

— ML

7

Afortunadamente tengo un D80, así que intenté replicar tu experimento. Desafortunadamente:

Fue durante el día;
Estaba en mi garaje, aunque tiene una ventana desde la cual se filtró algo de luz;
Mi gabinete es de madera, no de acero;
Mi lente es una Sigma 18-50 f / 2.8, a diferencia de la tuya;)

Pero sí usé la tapa de la lente, cerré el gabinete y configuré la apertura en f / 22, por si acaso. Tomé dos disparos a los 30 años por si acaso, y obtuve resultados similares para ambos, pero diferentes a los suyos:

Este es el RAW tal como salió de la cámara (redimensionado a 600 px de ancho): ingrese la descripción de la imagen aquí

Aquí apliqué una compensación de exposición de +4.5 EV en RawTherapee, para que salgan los artefactos: ingrese la descripción de la imagen aquí

Muestra el brillo blanco en la parte superior, tal vez menos pronunciado solo porque no hice todo el contraste. También muestra las bandas verticales, pero no puedo ver la forma circular.

Estoy de acuerdo con la teoría sobre el calentamiento no uniforme en el sensor, y las bandas podrían provenir de la tecnología CCD del sensor. Dependiendo de cómo se construya, el mecanismo de transporte de carga podría causar rayas.

— clabacchio
fuente

Para ver si hay alguna forma de obtener imágenes del interior de la tapa del objetivo, tendría que abrir la apertura por completo, no cerrarla. También puede ser interesante enfriar la cámara y / o calentar la tapa del objetivo antes de la prueba. Eso maximizaría la posibilidad de obtener imágenes de la tapa de la lente en IR.

— Olin Lathrop

@OlinLathrop, bueno, no implicaba que fuera la imagen de la tapa de la lente, mi procedimiento tenía como objetivo detectar anomalías en el sensor. Si intentara examinar la huella de la tapa del objetivo, definitivamente necesitaría un lugar más oscuro para evitar fugas.

— clabacchio

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La imagen fue tomada con la tapa del lente puesta

¿Cuál es el círculo parcial aparente en la mayor parte del marco?

Es la tapa de la lente.

— La ligereza corre con Mónica
fuente

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Si bien esto puede ser correcto, sería mejor con las sugerencias de cómo probar esa teoría (repetir con la tapa girada de la lente) y posiblemente un intento de reproducirse.