¿Qué estoy fotografiando DENTRO de mi cámara?

He estado experimentando con la 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 bastante inocuo. Sin embargo, después de un poco de procesamiento, encontré lo siguiente ...

marco mejorado

¿Qué es?

Algunos antecedentes. Esta fue tomada con una Nikon D80 ajustada a ISO 3200 y una exposición cronometrada de 30 segundos. El formato de la imagen era RAW. Había un lente de zoom f2.8 - 4, 24 - 85 mm instalado (voluminoso, y hablaré de esto más adelante). La imagen fue igualada y la curva estirada por (a) GIMP. Todas las imágenes están en formato RAW o PNG, por lo que no debería haber ningún artefacto JPEG allí. Así que tengo algunas preguntas.

  1. ¿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 un archivador de acero, en mi garaje sin luz por la noche. No es sangrado ligero. Además, para confirmar esto, en realidad tomé 2 fotogramas y volteé la cámara sobre su visor. Este bit blanco siempre está hacia el visor.

  2. ¿Qué 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. La lente es bastante voluminosa y podría haber sido más cálida que el cuerpo principal de la cámara. ¿La respuesta a la pregunta (1) también es térmica? La parte superior de la cámara tiene muchos controles y bits allí.

  3. ¿Qué causa las líneas verticales en la imagen? ¿Tiene esto algo que ver con el filtro Bayer o el direccionamiento lineal de los fotodetectores CMOS individuales?

  4. ¿Qué causa las manchas moradas y verdes? Me doy cuenta de que estos no son colores reales, pero no obstante, son representativos de las variaciones de intensidad de escala macro en todo el marco.

¿Alguna idea?

(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 varios Manipulaciones automáticas y manuales. Vi algo más similar a los resultados procesados ​​​​de clabachio, pero colores más similares a los resultados de OP. ¿Hay alguna posibilidad de que el patrón circular se deba al procesamiento posterior?
Puede que no sea relevante, pero ¿qué configuración de apertura usaste?
Muy tarde para el juego, pero me pregunto, ¿se aplicó alguna corrección de lente en algún lugar de la cadena de procesamiento RAW?

Respuestas (7)

Primero, entienda 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 máximo llamado ruido de fondo . El procesamiento que realizó en la imagen, que de otro modo sería negra, extiende todo lo que se encuentra debajo del ruido de fondo, la mayoría de los cuales son casi negros 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 térmica, tal vez la parte inferior de la cámara esté un poco más caliente por alguna razón que la parte superior. Su procesamiento exagerará esto.

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

Eso podría ser cualquier cosa. El sensor podría estar captando IR que el filtro de paso bajo no detectó y está mirando la tapa de la lente. Podría ser el resultado de deformidades causadas cuando el sensor se recogió por la parte posterior con una ventosa durante el montaje o de pequeñas cantidades de tensión ejercidas sobre él 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 ha tenido en cuenta en el diseño del resto de la cámara.

¿Qué causa las líneas verticales en la imagen?

Bajo 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 manera regular. Si consulta este tutorial de conversión de D80 IR , 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 las manchas moradas y verdes?

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

Me gusta la idea de la ventosa!
Con respecto al "más ruidoso en el canal azul", si en realidad no está tomando imágenes de fotones (filtrados a través de la máscara de Bayer), no habrá ninguna diferencia entre ninguno de los colores del canal.
@Nick: Pero los canales azules suelen ser menos sensibles, por lo que tienen más amplificación, por lo que la relación señal/ruido es más baja que los otros canales.
@OlinLathrop Pensé que las imágenes RAW solo registraban las salidas sin procesar de los ADC; ¿cambian de ganancia cada otro píxel al leer la imagen?
@Nick: Sí, RAW son las salidas digitales directas de los A/D, pero hay una etapa de ganancia analógica entre un sensel y su A/D. Los ajustes ISO se logran variando esa ganancia analógica.
@OlinLathrop, ¿entonces la ganancia cambia para cada píxel leído (azul, verde, azul, verde, etc.)? Parece que sería una gran fuente de ruido y/o ralentizaría la lectura del sensor... ¿tal vez tener dos ADC por columna (o fila, lo que sea) y cambiar entre ellos?
@Nick: Podría funcionar de esa manera. En realidad, no me sorprendería si hubiera 3 etapas de ganancia separadas con 3 A/D separados. Cambiar la ganancia dinámicamente por píxel sería demasiado lento. No cambiar la ganancia podría provocar una baja resolución en uno o dos de los colores. No he estado involucrado con este tipo de diseño de sensor, por lo 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 cliente.
+1 esta es la respuesta correcta. El ruido EM está a nuestro alrededor. El sensor + circuito necesariamente captará todo tipo de ruido, tanto desde el interior como desde el exterior de la cámara. Diablos, las leyes de la física requieren que cualquier sensor eléctrico genere ruido que él mismo recogerá. Así es como funciona la electricidad.
@BlueRaja-DannyPflughoeft o como lo hace sonar la FCC, requieren que acepte interferencias .
@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 lo comprobé, la FCC no tenía jurisdicción sobre la Madre Naturaleza y la física básica. :-)

Tal vez represente 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 intentaré yo mismo, a ver si podemos obtener el mismo patrón!)

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

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

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 para este modelo.

He visto patrones circulares similares en un CCD astronómico con enfriamiento activo antes de estar completamente frío. Me imagino que el sensor en cuestión tiene un disipador y probablemente sea mejor colocarlo en el medio. También me recuerda a un disipador de CPU: ifisc.uib-csic.es/nuredduna/2004/fotos/cc_radiator.jpg
No sé cómo se conecta el sensor al cuerpo, pero tal vez en algún momento esté pegado a otra cosa. Si ese es el caso, la forma en que se usa el pegamento puede producir un patrón como un círculo. Incluso puede explicar el extraño patrón de 6 pétalos que podemos adivinar (¿no soy el único que lo ve?). Pero todo esto es muy hipotético...
Yo también veo el patrón. Me recuerda al esfuerzo cortante, que sería compatible con la hipótesis del pegamento. Alternativamente, podría ser algo como la pasta térmica en un disipador de calor de la CPU (las bandas grises).
Sí, la pasta térmica también es compatible. Sin embargo, no creo que haya espacio en el cuerpo de una dslr para colocar un disipador de calor que no sea realmente pequeño, y no creo que sea necesario ya que, a diferencia de una CPU, el calor producido por un sensor debería ser marginal. Sin embargo, probablemente sea una buena idea elegir un pegamento que conduzca bien el calor, al menos para garantizar que la temperatura del sensor sea uniforme.
Como dice @Davidmh, 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 en el chip puede hacer que una región se vea iluminada. Y me sorprendió ver que, según dpreview, la D80 usa un sensor CCD y no un sensor CMOS. Eso sugiere que el autocalentamiento contribuye.
Fuera de tema, pero la "hipótesis del pegamento" me suena totalmente a "teoría del Big Bang"... :-)
¿Tienes puesta la tapa del objetivo?
Sí, tenía puesta la tapa del objetivo. Y sin sangrado de luz (por la noche, en una habitación sin ventanas, con todas las luces apagadas, cámara dentro de una gruesa cubierta de neopreno negro) excepto la luz de la cámara. La lente era una 12-40 2.8, fijada en 12 mm.
Es probable que sea muy diferente en un sensor CMOS como su Olympus. Los CCD son bastante raros en las SLR, por lo que la replicación en otra cámara puede ser un poco complicada 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.

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

La granulosidad general es ruido aleatorio de sensores individuales. Esto va a pasar. Cada sensor tiene algún ruido aleatorio finito agregado a cualquier señal que esté midiendo.

Las rayas verticales son el ruido del patrón del sensor. Nunca 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 se mostrarán como rayas verticales y horizontales. Por qué el tuyo 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 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 un grado C. La electrónica debe estar en algún lugar de la cámara y causará 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 lugar 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 buen testimonio de la baja relación señal/ruido de este sensor que puede captar imágenes del interior de la tapa del objetivo. Mire el interior de la tapa de la lente y verá este patrón. Vuelva a intentar el experimento con la tapa del objetivo girada 90° y verá la imagen a gran escala girada 90°.

Es posible que se pregunte cómo pudo captar la imagen de la tapa del objetivo cuando tuvo mucho cuidado de eliminar la luz alrededor de la cámara. La respuesta es que no es luz visible, imagina la tapa del objetivo. 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 de cuerpo negro siempre está a nuestro alrededor y la emiten todos los objetos que no están a la temperatura 0 absoluta. 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 de una longitud de onda tan larga, que no nos damos cuenta de esto. Normalmente su cámara no Tampoco lo noto porque la luz de la escena es muchas veces más fuerte y supera al IR del cuerpo negro recibido. En este caso, hizo todo lo posible para eliminar esa luz de escena ordinaria y amplificar la pequeña señal que quedaba, y apenas puede distinguir la imagen.

La radiación de cuerpo negro pasa desapercibida a escala humana a temperaturas humanas, pero puede ser significativa para algunas mediciones científicas. Esta es la razón por la que el sensor de los telescopios de gama alta se enfría activamente. El telescopio espacial Hubble usa helio líquido para mantener el sensor a unos 4°K si mal no recuerdo.

Soy escéptico de que sea la tapa de la lente reflejada en IR (de todos modos, está desenfocada y mal enfocada por una lente visible). Pero ha proporcionado una forma de probar el OP, así que con suerte lo veremos.
@Chris: Puede que tengas razón. Intenté reproducir esto con mi Nikon D3s y fallé. Usé un zoom de 24-120 a 24 mm, tapa de lente, 30 segundos, f/4, ISO 12800, obturador del ocular cerrado, en un gabinete de metal cerrado (logrado con un disparador automático de 5 s). Tomé dos imágenes con la tapa del objetivo rotada 90 grados. Ambas imágenes solo se ven como un ruido aleatorio como era de esperar, sin características a gran escala como en la imagen del OP.

Recomiendo este documento para posibles explicaciones. Se trata de las Pancam utilizadas en ambos Mars Exploration Rovers. Describe un examen completo 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 Athena (Pancam) del Mars Exploration Rover (documento PDF)

Otro artículo que podría ser interesante: Calibración en vuelo y rendimiento de los instrumentos de la cámara panorámica Mars E xplorationRover (Pancam) (documento PDF)

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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 realzo el contraste de cada canal individualmente a su valor mínimo y máximo, en comparación con la versión de OP:

Diferentes resultados de procesamiento

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 anillos 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.

2.ª edición

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

Versión muy recortada de la imagen con ajuste de contraste

Primero maximicé el contraste sin recortar la imagen. Luego creé un gráfico de superficie 3d de valores de intensidad, recortado a los valores de la imagen mejorada a 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:

Original con contraste mejorado

Explique qué explicarían estos documentos sobre la imagen.
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 del pozo completo, ruido de digitalización, corriente oscura (ruido térmico) e irregularidades de campo plano) en la tubería de calibración. Especialmente los capítulos de corriente oscura y campo plano me vinieron a la mente cuando vi la imagen. El patrón regular parece estar 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 clacaccio. El patrón radial no aparece en absoluto.

¿La tapa de la lente es del estilo de pellizco 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 colocada para ver cómo cambia la imagen.

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

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

Por suerte tengo una D80, así que traté de replicar tu experimento. Desafortunadamente:

  • Fue durante el día;
  • Estaba en mi garaje, aunque tiene una ventana por la que entraba 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 usé la tapa de la lente, cerré el gabinete y puse la apertura en f/22, por si acaso. Tomé dos tiros a los 30 por si acaso, y obtuve resultados similares para ambos, pero diferentes a los tuyos:

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

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

Muestra el brillo blanco en la parte superior, quizás 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 esté construido, el mecanismo de transporte de carga podría causar las rayas.

Para ver si hay alguna forma de obtener imágenes del interior de la tapa de la lente, 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.
@OlinLathrop bueno, no insinué 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 de la lente, definitivamente necesitaría un lugar más oscuro para evitar fugas.

La imagen fue tomada con la tapa del objetivo puesta

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

Es la tapa de la lente.

Si bien esto puede ser correcto, sería mejor con las sugerencias de cómo probar esa teoría (repita con la tapa de la lente girada) y posiblemente un intento de reproducirse a sí mismo.
¿Qué estoy fotografiando DENTRO de mi cámara?
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