En el pasado, pregunté sobre tomar fotos de luciferasa. Ahora tengo curiosidad por saber qué tan débil de una fuente de luz puedo detectar. ¿ De cuántos fotones por segundo es un lumen? en Physics Stack Exchange, puedo determinar cuántos fotones / seg forma una luz. ¿Cuál es, entonces, la cantidad mínima de lúmenes necesarios para que una cámara detecte?
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Respuestas:
Nota: ¡El ojo humano ajustado en la oscuridad puede detectar un solo fotón!
Corto: alrededor de 5 picolúmenes por píxel con las mejores DSLR comerciales, como una Nikon D3.
Largo :-) :
La fuente de luz mínima detectable dependerá de la cámara y de la cantidad de área de imagen que ocupa la fuente. Para una mejor detectabilidad, una fuente será "más brillante" si toda su energía llega en un área de un píxel. La imagen no será muy interesante en la mayoría de los casos :-).
Pero, para intentar dar una respuesta empírica muy aproximada a la pregunta:
Haré varias suposiciones a lo largo del camino y las resumiré al final para que puedan ajustarse como se desee.
1 EV está un poco por encima de la brillante luz de la luna y está expuesto correctamente a ISO 100 en f1 durante 1 segundo.
1 EV = 1 lux = 1 lumen por metro cuadrado.
Evitaré la tentación de saltar a esteradianos y candelas y seguir con términos empíricos más intuitivos :-).
Supongamos que está utilizando una Nikon D3s que tiene un sensor de 12 megapíxeles que puede ver casi en la oscuridad sin fotones.
Con aproximadamente 100,000 ISO y una exposición de un segundo a f1 a 1 EV y sustracción de campo oscuro, tal vez tenga dificultades para detectar si un píxel dado se iluminó o no, ya que incluso un D3 se está volviendo algo ruidoso. Alrededor de 12800 ISO habría pocas dudas.
Si configura su cámara para obtener una imagen de 1 metro cuadrado, entonces la iluminación de 1 EV proporcionará 1 lumen en total, por lo que el sensor de 12 millones de píxeles aceptará ~ 1 / 12,000,000 de lúmenes por píxel.
Eso es en f1 e ISO 100 y 1 segundo de exposición.
Aumente el ISO a 12800 como se indica arriba y podrá detectar 1 / 12800th menos luz nuevamente.
1/12 millones x 1/12800 ~ = 6.5 x 10 ^ -12 lumen = 6.5 picolumen.
No creo haber visto picolumen usado antes :-)
Entonces, si, todos:
Usas una lente f1
Su cámara puede tomar imágenes a ISO 12800 por un segundo a 1 lux o 1 EV y producir un cambio perceptible en un píxel dado
Tienes un sensor de 12 megapíxeles
Luego puede DETECTAR alrededor de 5 picolúmenes ** en un área de un solo píxel.
Una Nikon D3S debería hacerlo así con relativa facilidad.
Los tiempos de exposición más largos producirán una mayor sensibilidad, pero con el tiempo el ruido alcanzará incluso a un D3.
En todo el sensor de 12 megapíxeles, corresponde a 78 microlumen, que es 1/12800 de un total de lúmenes, lo que no es sorprendente, ya que es solo el inverso de la configuración ISO cuando se obtiene una imagen de un metro cuadrado a 1 lumen por metro cuadrado.
Si varía el área de la imagen, la apertura, la ISO, los píxeles del sensor, el tiempo de exposición o la capacidad de la cámara, la respuesta variará en consecuencia.
La mayor ganancia que puede obtener con un sensor dado es crioenfriarlo.
Y luego hay sensores avanzados de multiplicación de fotos que eliminan la cuestión del ámbito de la "fotografía normal". por ejemplo , CCD multiplicador de electrones, CCD de transferencia de trama, CCD intensificado, ...
Ver también:
Astrofotografía de Wikipedia
Agregado: rango dinámico del sensor -
Se ha sugerido que algunas cámaras son superiores a las D3 en cuanto a capacidad de detección de luz por píxel. Para las cámaras que están realmente disponibles para tomar fotos reales con ellas, la D3s sigue siendo el rey de los ISO bajos. Vea las evaluaciones de DxOMark aquí .
Explican su razonamiento y método en el sitio anterior.
En términos por píxel más que la imagen completa, los contendientes más cercanos son en realidad peores que los mostrados por un factor de raíz cuadrada (Mp / 12) donde Mp es la clasificación de megapíxeles de la cámara comparativa y 12 = D3s 12 Mp. por ejemplo, 36 Mp D800 es peor de lo que muestra un facor de sqrt (36/12) = 1.7 por píxel.
Adicional:
Para aquellos que tienen el tiempo y la paciencia para atravesar un largo hilo, esta discusión del usuario de DPReview analiza el rango dinámico del sensor y MUCHO más material relacionado. Hay varias personas bastante capaces y de gran poder golpeando cabezas de manera bastante sólida, pero en general parecen llegar a un buen grado de acuerdo en general.
El rango dinámico máximo de un sensor es uno de sus temas fáciles. En general, se acepta que las ganancias debidas en parte debido al dithering permiten hasta + 1.8dB más rango dinámico que los bits ADC.
Tenga en cuenta que puede obtener más de nuevo SI el sensor es mejor que la resolución del ADC utilizado PERO si el ADC es más preciso que su número de bits, es decir, LSb = 1.0 o 1.00 y no solo 1. en precisión real O si el ADC es estable en sus resultados, independientemente de la precisión real. En tales casos, la adición de ruido controlado de características diseñadas puede permitir que se extraigan más bits del ADC de los que posee.
Aquí hay una nota de aplicación NatSemi (ahora TI) que cubre bien el tema.
Número de literatura de TI: SNOA232. Aquí -> Mejora del rendimiento del convertidor A / D usando dither
Nota de aplicación nacional de semiconductores 804, Leon Melkonian, febrero de 1992
Consulte la figura 12, página 5, donde la adición del ruido de oscilación óptimo permite la recuperación de una señal de amplitud de 1/4 LSB, ¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡
fuente
¡Todo depende de la duración de su exposición! He fotografiado con éxito la nebulosa con un telescopio conectado a mi cámara. Utilizando sensores de imágenes he medido el negro de una pantalla LCD. (No con una gran precisión, pero bueno, el sensor estaba captando fotones ...) Las exposiciones fueron del orden de minutos a 30 segundos.
Leí tu pregunta anterior sobre la luciferasa. ¿Supongo que aún no has podido disparar? ¿Puedes preguntar a quienes lo hicieron y ver qué hicieron o esta pregunta es solo para conocimiento general?
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