Что я фотографирую ВНУТРИ моей камеры?

Во-первых, поймите пару вещей:

Несмотря на то, что мы называем эти вещи «цифровыми камерами», процесс превращения фотонов в числа полностью аналоговый. Аналоговые схемы улавливают всевозможные шумы из окружающей среды.

Шум — это не одна постоянная величина, это их диапазон, который достигает максимума на уровне, называемом уровнем шума . Обработка, которую вы выполнили на черном изображении, растягивает все, что ниже минимального уровня шума, большая часть которого изначально близка к черному, по всему спектру от темного к яркому в каждом канале. Гистограммы до и после обработки покажут это.

Что вызывает белый бит в верхней части изображения?

Я предполагаю, что это тепловой, возможно, нижняя часть камеры по какой-то причине немного теплее, чем верхняя. Ваша обработка будет преувеличивать это.

Что такое неполный круг, видимый в основной части кадра?

Это может быть что угодно. Датчик может улавливать ИК-излучение из-за пропуска фильтра нижних частот, а вы смотрите на крышку объектива. Это может быть результатом деформации, вызванной тем, что датчик был поднят сзади с помощью присоски во время сборки, или незначительным усилием, оказываемым на него удерживающими частями. Я уверен, что Nikon знает, но, учитывая, насколько он глубок в шуме, об этом либо не стоит беспокоиться, либо это было учтено в конструкции остальной части камеры.

Что вызывает вертикальные линии на изображении?

В этих условиях лучшей теорией было бы то, что некая тактовая схема в теле регулярно наводит небольшой ток на одну из аналоговых частей. Если вы ознакомитесь с этим руководством по преобразованию ИК-датчика D80 , вы заметите, что есть компоненты на той же плате, что и датчик, а другие рядом на основной плате позади него. Есть много возможностей для такого рода утечки.

Что вызывает фиолетовые и зеленые пятна?

Сенсоры цифровых камер больше всего шумят в синем канале , и если вы посмотрите на RGB-композицию пурпурных цветов, синего гораздо больше, чем красного или зеленого. Более зеленые пятна могут быть результатом того, что некоторые части камеры по-разному шумят. Опять же, ваша обработка преувеличивает эти различия. Большинство цветов на самом деле настолько близки к черному, что иначе вы бы никогда их не заметили.

Возможно, это представляет собой небольшое изменение температуры датчика.

Горячий датчик производит больше шума, чем холодный.

Небольшую разницу температур можно объяснить наличием электронных компонентов или тем, как датчик соприкасается с другими частями, что позволяет больше или меньше рассеивать тепло.

Некоторые связанные ссылки:

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/

(Возможно, я попробую это сам, посмотрим, сможем ли мы получить такой же узор!)

Редактировать

После некоторого обсуждения в комментариях выяснилось, что сам датчик может выделять значительное количество тепла (спасибо Davidmh и Chris H).

Я попробовал это со своей камерой. Olympus EM-1, ISO 200, 60 с, F2.8. Затем необработанное изображение обрабатывается в Lightroom. Камера была конечно в полной темноте, при комнатной температуре (18°C) Вот результат:

Я бы сказал... ну, не очень убедительно! Кто-нибудь может что-нибудь увидеть? Конечно, это другая камера. Надо попробовать с другими D80, чтобы понять, специфично ли это для этой модели.

В основном это шум, но от нескольких разных механизмов. Подумайте о чрезвычайном усилении мелких деталей, которые вам пришлось применить, чтобы получить эту картинку. Здесь есть несколько различных источников шума.

Общая зернистость представляет собой случайный шум от отдельных датчиков. Это произойдет. Каждый датчик имеет некоторый конечный случайный шум, добавленный к любому сигналу, который он измеряет.

Вертикальные полосы — это шумы сенсора. Ничто никогда не бывает точным, включая геометрию и другие параметры датчика в том виде, в каком он был изготовлен. Датчик представляет собой прямоугольную матрицу, и некоторые типы ошибок положения и размера матрицы будут отображаться в виде вертикальных и горизонтальных полос. Почему у вас больше вертикальных полос, вероятно, связано с точной структурой этого датчика. Обратите внимание, что есть и горизонтальные стейки, но менее заметные.

Белая часть вверху, вероятно, представляет собой небольшую разницу температур между нижней и верхней частью сенсора. Опять же, вы сильно усилили крошечный шумовой сигнал, так что это может быть результатом небольшой доли градуса Цельсия. Электроника должна быть где-то в камере, и она вызовет немного больше тепла, чем где-либо еще. Некоторого температурного градиента на датчике невозможно избежать, и он не выходит за рамки при таком экстремальном увеличении шума.

Общий узор «двойная буква D» — это внутренняя сторона крышки объектива. На самом деле это свидетельствует о низком отношении сигнала к шуму этого датчика, что он вообще может отображать изображение внутри крышки объектива. Взгляните на внутреннюю часть крышки объектива, и вы увидите этот узор. Попробуйте повторить эксперимент с крышкой объектива, повернутой на 90°, и вы увидите крупномасштабное изображение, повернутое на 90°.

Вам может быть интересно, как он смог отобразить крышку объектива, если вы позаботились о том, чтобы исключить свет вокруг камеры. Ответ заключается в том, что это не видимый свет, представьте себе линзу. Изображение формируется в ближнем ИК-диапазоне и возникает из-за небольшой разницы температур и характеристик излучения черного тела из разных частей крышки объектива. Излучение черного тела всегда вокруг нас и испускается каждым объектом, температура которого не равна абсолютному 0. Это включает в себя внутреннюю структуру вашей камеры, объектив и крышку объектива. Объекты при нормальных для человека температурах излучают так мало излучения черного тела, а излучение, которое они излучают, имеет такую ​​большую длину волны, что мы этого не замечаем. Обычно ваша камера не Этого не замечают и потому, что свет от сцены во много-много раз сильнее и перекрывает принимаемое ИК-излучение черного тела. В этом случае вы приложили огромные усилия, чтобы устранить этот обычный свет сцены и усилить оставшийся крошечный сигнал, и вы едва можете разобрать изображение.

Излучение черного тела незаметно в человеческом масштабе при температуре человека, но может быть важным для некоторых научных измерений. Вот почему датчик в телескопах высокого класса активно охлаждается. Космический телескоп «Хаббл» использует жидкий гелий, чтобы поддерживать температуру сенсора около 4°К, если я правильно помню.

Я рекомендую эту статью для возможных объяснений. Речь идет о камерах Pancam, используемых в обоих марсоходах. В нем описывается тщательное исследование источников шума в ПЗС-матрицах и подробно описывается процедура калибровки ПЗС-матриц Pancam.

Вот ссылка на документ: Исследование панорамной камеры Mars Exploration Rover Athena (Pancam) (PDF-документ)

Еще одна статья, которая может быть интересна: Калибровка в полете и производительность инструментов панорамной камеры Mars ExplorationRover (Pancam) (документ в формате PDF)

Редактировать

Поигравшись с исходными и обработанными изображениями в ImageJ, я склоняюсь к выводу, что радиальная структура, возможно, является артефактом самой обработки, потому что она появляется в основном в зеленом канале обработанного изображения. В красном канале также есть легкий намек на кольцо. Было бы интересно, какие у вас были этапы обработки.

Вот что я получаю, если я сравниваю каждый канал отдельно с его минимальным и максимальным значением по сравнению с версией OP:

В моей версии я не вижу подобной структуры, кроме вертикальных полос и более светлой верхней границы изображения.

Тот факт, что кольцевая картина появляется в зеленом канале, но едва в красном канале, говорит против гипотезы ИК, потому что, если я не ошибаюсь, ИК скорее появится в красном канале. ИК должен как минимум проявляться с аналогичной интенсивностью в красном канале, если нет утечки ИК в зеленом фильтре, а не в красном фильтре.

2-е редактирование

Я думаю, что «оригинальная» версия, показанная здесь, потеряла информацию во время преобразования в формат PNG. Невозможно воссоздать странный узор, видимый на обработанном изображении. Самое близкое, что я мог бы прийти к обработанной версии, это:

Сначала я максимизировал контраст, не обрезая изображение. Затем я создал трехмерный график значений интенсивности, обрезанный по значениям улучшенного изображения в диапазоне от 66 (26% от 255) до 26 (10% от 255). Кажется, что появляется слегка круглый шаблон, похожий на обработанную версию OP, но я предполагаю, что остальная часть шаблона потеряна из-за более низкого битового разрешения файла PNG.

Исходная версия с усилением контраста выглядит так:

Крышка объектива имеет центральный зажим? Кажется, вы можете видеть контуры кепки в зеленом цвете. Если это так, то другие видимые формы (круг), вероятно, также связаны с особенностями линзы. Попробуйте снять объектив и снять с прикрепленной крышкой корпуса, чтобы увидеть, как изменится изображение.

Белая часть может быть светом (возможно, инфракрасным), просачивающимся через видоискатель. На ремешке моей камеры есть резиновый наконечник, который надевается на видоискатель, чтобы предотвратить небольшие утечки света при длительных выдержках. Попробуйте закрыть искатель и посмотрите, как это изменит изображение.

К счастью, у меня есть D80, поэтому я попытался повторить ваш эксперимент. К сожалению:

• Это было днем;
• Я был в своем гараже, хотя в нем есть окно, из которого внутрь просачивался свет;
• Мой шкаф деревянный, а не стальной;
• Мой объектив Sigma 18-50 f/2.8, в отличие от вашего ;)

Но я надел крышку объектива, закрыл корпус и на всякий случай установил диафрагму на f/22. Я сделал два снимка на 30 секунд на всякий случай и получил одинаковые результаты для обоих, но отличающиеся от ваших:

Это RAW в том виде, в котором он был снят с камеры (размер изменен на 600 пикселей по ширине):

Здесь я применил компенсацию экспозиции +4,5 EV на RawTherapee, чтобы убрать артефакты:

На нем действительно видно беловатое свечение сверху, возможно, менее выраженное только потому, что я не прошел весь путь с контрастом. Он также показывает вертикальные полосы, но я не вижу круглой формы.

Я согласен с теорией о неравномерном нагреве сенсора, и полосы могли исходить от ПЗС-технологии сенсора. В зависимости от того, как он построен, механизм переноса заряда может вызывать полосы.

Снимок сделан с закрытой крышкой объектива

Что такое неполный круг, видимый в основной части кадра?

Это крышка объектива.