Sensori: Perché l'infrarosso appare viola nelle fotocamere digitali?

I produttori di fotocamere in genere non specificano le curve di risposta dei loro sensori. I produttori di sensori sì, però. Ecco la curva di risposta di un sensore moderno:

Il tuo sensore di immagini digitali ha una superficie coperta di fotodiodi (e altre cose). Ci sono delle microlenti per far arrivare la maggior parte della luce ai fotodiodi. Quando arriva un fotone, a volte si converte in una coppia elettrone-foro nel fotodiodo. Il buco migra verso una diffusione a terra, e l'elettrone si accumula in un condensatore. Dopo l'esposizione, misuriamo la tensione sul condensatore e scopriamo quanti fotoni sono arrivati.

L'efficienza quantica qui è quanto spesso un fotone ad ogni lunghezza d'onda produce un elettrone accumulato. Le tre diverse curve sono per i pixel dietro i tre diversi tipi di filtri di colore. Potete vedere che tutti loro si comportano abbastanza bene nella gamma da 750 a 900 nm. Tipicamente la vostra macchina fotografica ha un filtro che riflette via tutto ciò che va dai 700 ai 1000 nm. Ho fatto l'errore di specificare un filtro che tagliava solo da 650 a 950 nm, e mi è dispiaciuto quando abbiamo ottenuto immagini che mostravano molti 950-1000 nm. Leica ha recentemente rilasciato una fotocamera con un filtro che ha iniziato a tagliare a 750 nm o giù di lì, che sembrava buono per loro fino a quando gli utenti hanno iniziato a mostrare immagini di velluto nero, che si dà il caso rifletta a 700 - 750 nm ragionevolmente bene. Oops.

Ecco le curve di risposta da wikipedia per i coni umani, prese da Color:

Qualcosa non mi torna qui, perché mi sembra di ricordare che il cono L ha una certa ricezione a circa 400 nm, e pensavo che anche il cono S avesse una coda più grossa a 400 nm. Ma non ho una fonte migliore che lo confermi in questo momento.

Il cono S è solo un po 'più picco del fotodiodo blu sopra, e il cono L è notevolmente più grasso del fotodiodo rosso sopra, soprattutto nella gamma 500-550. La più grande differenza è tra il cono M e il fotodiodo verde.

Il vostro monitor stimola questi coni con la luce di ogni genere di cose. Ecco cosa ti offre un monitor Samsung XL20 con retroilluminazione a LED (grazie a xbitlabs, che ha un bell'articolo su questo argomento in Contemporary LCD Monitor Parameters: Analisi oggettiva e soggettiva. Pagina 16)

Per leggere questo grafico, ricordate che 4000 angstrom è 400 nm è la fine del blu.

Se questo monitor vi darà la stessa percezione del colore di una faccia, una foglia o una pesca, il monitor dovrà stimolare i vostri coni nello stesso rapporto in cui sono stati stimolati guardando la pesca. Questo problema ha migliaia di dimensioni e noi lo simuleremo con tre. Chiaramente non funzionerà sempre. Ecco come appare un tipico spettro da una foglia di pecan (1):

Torniamo alla domanda originale. Il tipico telecomando emette una luce di 940 nm. Se il filtro taglia IR va a 950 nm, come quello più economico che avevo una volta, allora un po' di quella luce entrerà nel sensore. Puoi vedere che stimolerà tutti e tre i tipi di diodo più o meno allo stesso modo. Il sistema di elaborazione del colore indovinerà quale tipo di luce visibile lo farà. Chiaramente non si tratta di un'unica lunghezza d'onda - torna al grafico originale e nota che non c'è nessun punto nella banda visibile in cui le tre curve sono uguali.

Tuttavia, una miscela di rosso e blu, intorno a 480 nm e 600 nm, darebbe una risposta uguale da tutti e tre i recettori. Quindi è quello che deve essere. Verrà rappresentato come prevalentemente rosso e blu, poco verde. Questo è ciò che il monitor illuminerà e i vostri occhi vedranno S e L e un po' meno M, e lo interpreteranno come viola.

-Iain

1. Cambiamenti nelle proprietà ottiche ultraviolette-B e visibili e nelle concentrazioni di pigmenti assorbenti nelle foglie di pecan durante una stagione di crescita