O que estou fotografando DENTRO da minha câmera?

Venho experimentando fotografias com pouca luz. Eu fotografei algo estranho dentro da minha câmera e realmente não sei o que é. Esta é a imagem inicialmente tirada ...

Parece bastante inocente. Depois de algum processamento, achei o seguinte ...

O que é isso?

Algum fundo. Esta foi tirada com uma Nikon D80 definida para ISO 3200 e uma exposição cronometrada de 30 segundos. O formato da imagem era RAW. Havia uma lente zoom f2.8 - 4, 24 - 85mm (volumosa - e eu vou falar disso mais tarde). A imagem foi equalizada e a curva esticada por (a) GIMP. Todas as imagens são / eram formato RAW ou PNG, portanto, não deve haver artefatos JPEG nele. Então, eu tenho algumas perguntas.

1. O que causa o bit branco na parte superior da imagem? Não é sangramento leve. A imagem foi tirada com a tampa da lente, com a câmera dentro de uma gaveta de arquivo de aço, na minha garagem apagada à noite. Não é sangramento leve. Além disso, para confirmar isso, tirei 2 quadros, virando a câmera de cabeça para baixo no seu 'localizador de visualizações'. Esse bit branco é sempre voltado para o localizador de visualizações.

2. Qual é o círculo parcial aparente na maior parte do quadro? Esta é uma imagem térmica? Acredito que as câmeras baseadas em sensores CMOS podem ver um pouco a faixa de infravermelho próximo. A lente é bastante volumosa e pode ter sido mais quente que o corpo principal da câmera. A resposta à pergunta (1) também é térmica. A parte superior da câmera possui muitos controles e bits por lá.

3. O que causa as linhas verticais na imagem? Isso tem algo a ver com o filtro Bayer ou com o endereçamento linear dos fotodetectores CMOS individuais?

4. O que causa as manchas roxas e verdes? Percebo que essas cores não são verdadeiras, mas mesmo assim são representativas das variações de intensidade da escala macro no quadro.

Alguma ideia?

Primeiro, entenda algumas coisas:

Embora chamemos essas coisas de "câmeras digitais", o processo de transformar fótons em números é totalmente analógico. Os circuitos analógicos captam todo tipo de ruído do ambiente.

O ruído não é um valor constante, é uma variedade deles que se destaca em um nível chamado de piso de ruído . O processamento que você fez na imagem em preto estende tudo abaixo do nível de ruído, a maior parte do qual é quase preto, em todo o espectro de escuro a brilhante em cada canal. Os histogramas antes e depois do processamento mostram isso.

O que causa o bit branco na parte superior da imagem?

Meu palpite é que é térmico, talvez a parte inferior da câmera esteja um pouco mais quente por algum motivo que a parte superior. Seu processamento exagerará isso.

Qual é o círculo parcial aparente na maior parte do quadro?

Isso pode ser qualquer coisa. O sensor pode estar captando por infravermelho o filtro passa-baixo faltou e você está olhando para a tampa da lente. Pode ser o resultado de deformidades causadas quando o sensor foi retirado da parte traseira com uma ventosa durante a montagem ou quantidades mínimas de tensão exercida sobre ele pelas peças de retenção. Tenho certeza que a Nikon sabe, mas dado o quão baixo o ruído é, não vale a pena se preocupar ou foi explicado no design do restante da câmera.

O que causa as linhas verticais na imagem?

Sob essas condições, a melhor teoria seria que algum circuito de relógio no corpo induza um pouco de corrente em uma das partes analógicas regularmente. Se você verificar este tutorial de conversão de D80 IR , notará que há componentes na mesma placa que o sensor e outros por perto na placa principal. Existem muitas oportunidades para esse tipo de vazamento.

O que causa as manchas roxas e verdes?

Os sensores nas câmeras digitais são mais ruidosos no canal azul e, se você observar a composição RGB dos roxos, há muito mais azul do que vermelho ou verde. As manchas mais verdes podem ser o resultado de algumas partes da câmera serem mais ruidosas de maneiras diferentes. Novamente, seu processamento exagera essas diferenças. A maioria das cores é realmente tão próxima do preto que você nunca as notaria.

Talvez represente a pequena variação da temperatura do sensor.

Um sensor quente produz mais ruído que um frio.

A pequena diferença de temperatura pode ser explicada pela presença de componentes eletrônicos ou pela maneira como o sensor está em contato com outras partes, permitindo mais ou menos dissipação de calor.

Alguns links 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/

(Provavelmente vou tentar isso sozinho, para ver se podemos obter o mesmo padrão!)

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Após alguma discussão nos comentários, parece que o próprio sensor pode produzir uma quantidade significativa de calor (graças a Davidmh e Chris H).

Eu tentei isso com minha câmera. Olympus EM-1, Iso 200, 60s, F2.8. Imagem bruta processada no Lightroom. A câmera estava na escuridão total, é claro, à temperatura ambiente (18 ° C) Aqui está o resultado:

Eu diria ... bem, não é muito conclusivo! Alguém pode ver alguma coisa? Claro, é uma câmera diferente. Deveríamos tentar com outras pessoas o D80 para ver se é específico para este modelo.

Isso é basicamente ruído, mas de vários mecanismos diferentes. Considere a extrema amplificação de pequenos detalhes que você teve que aplicar para obter esta imagem. Existem várias fontes distintas de ruído aqui.

A granularidade geral é um ruído aleatório de sentidos individuais. Isso vai acontecer. Todo sensor possui algum ruído aleatório finito adicionado a qualquer sinal que esteja medindo.

As faixas verticais são o ruído do padrão do sensor. Nada é exato, incluindo as geometrias e outros parâmetros do sensor tal como foi fabricado. O sensor é uma matriz retangular e alguns tipos de erros de posição e tamanho da matriz aparecerão como faixas verticais e horizontais. Por que a sua mostra mais faixas verticais provavelmente tem a ver com a estrutura exata desse sensor. Observe que também existem alguns bifes horizontais, mas menos evidentes.

A parte branca na parte superior é provavelmente uma pequena diferença térmica entre a parte inferior e a parte superior do sensor. Mais uma vez, você amplificou bastante o minúsculo sinal de ruído, de modo que isso pode resultar de uma pequena fração de grau C. Os eletrônicos precisam estar em algum lugar da câmera e causar um pouco mais de calor lá do que em outros lugares. É impossível evitar algum gradiente térmico no sensor e não está desalinhado com essa ampliação extrema do ruído.

O padrão geral de "duplo D" é o interior da tampa da lente. Na verdade, é um testemunho da baixa relação sinal / ruído desse sensor que ele pode imaginar dentro da tampa da lente. Dê uma olhada no interior da tampa da lente e você verá esse padrão. Tente o experimento novamente com a tampa da lente girada em 90 ° e você verá a imagem em grande escala girada em 90 °.

Você pode estar se perguntando como foi possível capturar a imagem da tampa da lente quando tomou muito cuidado para eliminar a luz ao redor da câmera. A resposta é que não é luz visível, imagine a tampa da lente. A imagem é formada por IR próximo e vem de pequenas diferenças de temperatura e características de emissão do corpo negro de diferentes partes da tampa da lente. A radiação do corpo negro está sempre à nossa volta e é emitida por qualquer objeto que não esteja na temperatura 0 absoluta. Isso inclui a estrutura interna da sua câmera, a lente e a tampa da lente. Objetos em temperaturas humanas normais emitem tão pouca radiação do corpo negro, e a radiação que eles emitem é tão comprida que não percebemos isso. Normalmente sua câmera não Também não note isso porque a luz da cena é muitas vezes mais forte e sobrecarrega o IR do corpo negro recebido. Nesse caso, você se esforçou ao máximo para eliminar a luz comum da cena e amplificar o pequeno sinal que restava, e mal consegue entender a imagem.

A radiação do corpo negro é despercebida em escala humana em temperaturas humanas, mas pode ser significativa para algumas medições científicas. É por isso que o sensor nos telescópios de ponta é resfriado ativamente. O telescópio espacial Hubble usa hélio líquido para manter o sensor a cerca de 4 ° K, se bem me lembro.

A tampa da lente é do tipo pinça central? Parece que você pode ver os contornos da tampa em verde. Nesse caso, as outras formas visíveis (círculo) provavelmente também se devem aos recursos da lente. Tente remover a lente e fotografe com a tampa do corpo anexada para ver como a imagem muda.

A parte branca pode ter luz (infravermelho, talvez) vazando pelo visor. A alça da minha câmera possui uma ponta de borracha que se encaixa no visor para evitar pequenos vazamentos de luz durante longas exposições. Tente cobrir o localizador e veja como isso muda a imagem.

Eu recomendo este documento para possíveis explicações. É sobre os Pancams usados ​​nos dois Mars Exploration Rovers. Ele descreve um exame completo das fontes de ruído nos CCDs e descreve a rotina de calibração detalhada dos CCDs da Pancam.

Aqui está o link para o artigo: Investigação da câmera panorâmica de Marte Exploração Rover Athena (Pancam) (PDF Document)

Outro documento que pode ser interessante: Calibração e desempenho em voo dos instrumentos Mars E xplorationRover Panoramic Camera (Pancam) (documento PDF)

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Depois de brincar com as imagens originais e processadas no ImageJ, chego à conclusão de que a estrutura radial é possivelmente um artefato do próprio processamento, porque aparece principalmente no canal verde da imagem processada. Também há um toque de toque no canal vermelho. Seria interessante quais foram suas etapas de processamento.

Aqui está o que eu recebo se, ao contrário, melhorar cada canal individualmente com seus valores mínimo e máximo, em comparação à versão do OP:

Não vejo estrutura semelhante na minha versão, exceto as faixas verticais e a borda superior mais clara da imagem.

O fato de o padrão de toque aparecer no canal verde, mas mal no canal vermelho, é contrário à hipótese do IR, porque, se não me engano, o IR prefere aparecer no canal vermelho. O IR deve aparecer pelo menos com uma intensidade semelhante no canal vermelho, a menos que haja um vazamento de IR no filtro verde, mas não no filtro vermelho.

2ª Edição

Eu acho que a versão “original” mostrada aqui perdeu as informações durante a conversão para o formato PNG. É impossível recriar o padrão estranho visível na imagem processada. O mais próximo que eu poderia chegar da versão processada é esta:

Primeiro, maximizei o contraste sem cortar a imagem. Em seguida, criei um gráfico de superfície em 3D de valores de intensidade, recortado nos valores da imagem aprimorada para um intervalo entre 66 (26% de 255) e 26 (10% de 255). Parece haver um padrão ligeiramente circular semelhante à versão processada do OP, mas acho que o restante do padrão se perde devido à menor resolução de bits do arquivo PNG.

A versão original, com contraste aprimorado, fica assim:

Felizmente eu tenho um D80, então tentei replicar seu experimento. Infelizmente:

• Foi durante o dia;
• Eu estava na minha garagem, apesar de haver uma janela da qual vazava luz;
• Meu armário é de madeira, não de aço;
• Minha lente é uma Sigma 18-50 f / 2.8, diferente da sua;)

Mas usei a tampa da lente, fechei o gabinete e ajustei a abertura em f / 22, apenas por precaução. Tirei duas fotos aos 30 anos, só para garantir, e obtive resultados semelhantes para ambos, mas diferentes dos seus:

Este é o RAW que saiu da câmera (redimensionado a 600px de largura):

Aqui apliquei a compensação de exposição de +4,5 EV no RawTherapee, para fazer os artefatos saírem:

Ele mostra o brilho branco-esbranquiçado no topo, talvez menos pronunciado apenas porque eu não fui até o fim com o contraste. Também mostra as faixas verticais, mas não consigo ver a forma circular.

Eu concordo com a teoria sobre aquecimento não uniforme no sensor, e as bandas podem vir da tecnologia CCD do sensor. Dependendo de como é construído, o mecanismo de transporte de carga pode causar estrias.

A imagem foi tirada com a tampa da lente

Qual é o círculo parcial aparente na maior parte do quadro?

É a tampa da lente.