No passado, eu perguntei sobre como tirar fotos da luciferase. Agora, estou curioso para saber como é fraca a fonte de luz que consigo detectar. De quantos fótons por segundo é um lúmen? no Physics Stack Exchange, posso determinar quantos fótons / s formam um lúmen. Qual é então a quantidade mínima de lúmens necessária para a câmera detectar?
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Respostas:
Nota: O olho humano ajustado no escuro pode detectar um único fóton!
Curto: cerca de 5 picolumen por pixel com as melhores DSLRs comerciais, como uma Nikon D3s.
Longo :-) :
A fonte de luz detectável mínima dependerá da câmera e de quanto da área de imagem a fonte ocupa. Para melhor detecção, uma fonte será "mais brilhante" se toda a sua energia chegar a uma área de um pixel. A imagem não será muito interessante na maioria dos casos :-).
Mas, para tentar colocar uma resposta empírica muito aproximada para a pergunta:
Farei várias suposições ao longo do caminho e as resumirei no final para que elas possam ser ajustadas conforme desejado.
1 EV está um pouco acima do brilho da lua e é exposto corretamente na ISO 100 em f1 por 1 segundo.
1 EV = 1 lux = 1 lúmen por metro quadrado.
Vou evitar a tentação aqui de pular para esteradianos e candela e ficar com termos empíricos mais intuitivos :-).
Suponhamos que você esteja usando uma Nikon D3s que possui um sensor de 12 megapixels que pode ver no escuro sem fótons.
Com cerca de 100.000 ISO e uma exposição de um segundo em f1 a 1 EV e subtração no campo escuro, talvez você tenha dificuldade em detectar se um determinado pixel foi iluminado ou não, pois até um D3s está ficando um pouco barulhento. Por volta de 12800 ISO, haveria pouca dúvida.
Se você definir sua câmera para criar uma imagem de 1 metro quadrado, a iluminação de 1 EV fornecerá 1 lúmen total, de modo que o sensor de 12 milhões de pixels aceitará ~ 1 / 12.000.000 de lúmen por pixel.
Isso está em f1 e ISO 100 e 1 segundo de exposição.
Aumente o ISO para 12800 como acima e você poderá detectar 1/120000 menos luz novamente.
1/12 milhões x 1/12800 ~ = 6,5 x 10 ^ -12 lúmen = 6,5 picolumen.
Acho que nunca vi o picolumen usado antes :-)
Então, se todos:
Você usa uma lente F1
Sua câmera pode capturar imagens em ISO 12800 por um segundo a 1 lux ou 1 EV e produzir uma alteração discernível em um determinado pixel
Você tem um sensor de 12 megapixels
Depois, você pode DETECTAR cerca de 5 picolumen ** em uma única área de pixel.
Uma Nikon D3S deve fazê-lo com relativa facilidade.
Tempos de exposição mais longos produzirão sensibilidade aumentada, mas com o tempo o ruído alcançará até os D3s.
Em todo o sensor de 12 megapixels, ele corresponde a 78 microlumen, que é 1/12800 th de um total de lúmen, o que não é surpresa, pois é apenas o inverso da configuração ISO na geração de imagens em um metro quadrado a 1 lúmen por metro quadrado.
Se você variar a área da imagem, abertura, ISO, pixels do sensor, tempo de exposição ou capacidade da câmera, a resposta variará de acordo.
O maior ganho que você pode obter com um determinado sensor é resfriá-lo.
E existem sensores avançados de multiplicação de fotos que tiram a questão do campo da "fotografia normal". por exemplo , CCD de multiplicação de elétrons, CCD de transferência de quadros, CCD intensificado, ...
Veja também:
Wikipedia astrofotografia
Adicionado: faixa dinâmica do sensor -
Foi sugerido que algumas câmeras são superiores aos D3s na capacidade de detecção de luz por pixel. Para câmeras que estão realmente disponíveis para tirar fotos reais, o D3s ainda é o rei do ISO baixo. Veja as avaliações do DxOMark aqui .
Eles explicam seu raciocínio e método no site acima.
Em termos de pixel por raher que a imagem inteira, os concorrentes mais próximos são realmente piores do que os mostrados por um fator de raiz quadrada (Mp / 12), em que Mp é a classificação megapixel da câmera comparativa e 12 = D3s 12 Mp. por exemplo, 36 Mp D800 é pior do que o mostrado por um fator de sqrt (36/12) = 1,7 em uma base por pixel.
Adicionado:
Para quem tem tempo e paciência para percorrer uma longa discussão, esta discussão do usuário do DPReview discute a faixa dinâmica do sensor e MUITO mais material relacionado. Existem várias pessoas bastante capazes e de alta potência lá batendo cabeças juntas de forma bastante sólida, mas elas parecem chegar a um bom grau de concordância geral.
A faixa dinâmica máxima de um sensor é um de seus tópicos fáceis. É geralmente aceito que os ganhos devidos parcialmente devido ao pontilhamento permitem uma faixa dinâmica até + 1,8dB mais do que os bits ADC.
Observe que você pode obter mais novamente se o sensor for melhor que a resolução do ADC usado, MAS se o ADC for mais preciso do que o número de bits, isto é, LSb = 1.0 ou 1.00 e não apenas 1. com precisão real OU se o ADC é estável em seus resultados, independentemente da precisão real. Nesses casos, a adição de ruído controlado de características projetadas pode permitir que mais bits sejam extraídos do ADC do que possuem.
Aqui está uma nota de aplicação NatSemi (agora TI) que cobre bem o assunto.
Número da literatura TI: SNOA232. Aqui -> Melhorando o desempenho do conversor A / D usando pontilhamento
Nota Nacional de Aplicação de Semicondutores 804, Leon Melkonian, fevereiro de 1992
Veja a figura 12, página 5, onde a adição de um ótimo ruído de pontilhamento permite a recuperação de um sinal de amplitude de 1/4 LSB - adicionando efetivamente 2 bits ao ADC !!!.
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Tudo depende do seu comprimento de exposição! Fotografei com sucesso a nebulosa com um telescópio conectado à minha câmera. Usando sensores de imagem, medi o preto de uma tela LCD. (Não com grande precisão, mas, ei, o sensor estava captando fótons ...) As exposições eram da ordem de minutos a 30 segundos.
Eu li sua pergunta anterior sobre luciferase. Presumo que você ainda não foi capaz de filmar? Você pode perguntar a quem fez e ver o que eles fizeram ou essa pergunta é apenas para conhecimento geral?
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