Что происходит в камере при увеличении ISO? — Хабр Q&A
Матрица камеры — это устройство, состоящее из множества светочувствительных ячеек, которые представляют из себя, на практике, счетчики фотонов. Количество электронов в каждой ячейке после экспозиции пропорционально количеству фотонов, которые в нее попали. Коэффициент, определяющий эту пропорцию, называется квантовой эффективностью. И эта характеристика железно реализована в матрице. То есть число электронов (почти, с некоторой погрешностью) не меняется при попадании на пиксель матрицы одного и того же числа фотонов.
Какое бы значение чувствительности (ISO) вы не ставили в настройках, этот коэффициент остается постоянным, то есть на поведение матрицы настройками вы повлиять не можете.
После экспозиции происходит преобразование заряда в пикселях матрицы в цифровые значения. Это делает аналого-цифровой преобразователь. Когда вы меняете значение ISO в настройках камеры, это влияет на две вещи: коэффициент усиления входа АЦП матрицы и входной диапазон АЦП.
Вы можете спросить, а зачем тогда делают разные значения чувствительности, если это влияет только на обработку. Ответ простой. Во-первых, во многих случаях, нужно получить снимок уже в камере, без всякой обработки, с выдержкой не более некоторого времени. Во-вторых, как с любым аналого-цифровым преобразованием, важно иметь настройки этого самого преобразования (к-т усиления, сдвиг области значений, ограничение области входных значений, в наиболее общем случае), чтобы входные данные максимально хорошо отобразились на выходной диапазон.
Поскольку АЦП не работает с разными частями матрицы отдельно, а обрабатывает все значения за раз, ответ на ваш вопрос в комментарии к ответу chromimon — «нет, нельзя». Но это не связано ни с каким мифическим «напряжением», про которое он что-то выдумывает по ходу дела. Также как и про «выжимание» из матриц чего-то большего. Единственное, что производитель камеры может делать лучше или хуже с конкретной матрицей — это не испортить то, что она выдает. То есть влиять на результат косвенно — не позволять ей перегреваться (поместив в более массивный корпус), не применять всякие дурацкие алгоритмы шумоподавления (чтобы угодить пользователю, который не хочет/не умеет пользоваться программами для работы с RAW-данными), не делать «фальшивые» значения чувствительности и так далее.
Неисправности, которые приходят сами по себе (типовые неисправности компактных камер
В предыдущей статье мы уже рассматривали неисправности, в которых виноват конструктор фотоаппарата.
Как бы пользователь не берег камеру, неисправность всё же приходит.
Время идет и некоторые фотоаппараты из прошлого обзора уже не попадают в ремонт (не осталось у населения или настолько устарели, что их не ремонтируют). На полках в сервисных центрах появились новые завсегдатаи.
Что ж тенденции таковы, что современный фотоаппарат становится дешевле и работает меньше. «Косяков» в производстве всё больше и больше. Некоторые фотоаппараты поражают обилием одновременно встречающихся поломок, и все они происходят не по вине пользователя.
Рейтинг возглавляет фотоаппарат Olympus FE340, он же Olympus C560, Olympus X855.
Шлейф затвора Olympus FE340, переломан.
Три дефекта.
- Перелом шлейфа объектива (упоминали в прошлой статье, неверно уложили шлейф на заводе).
К слову этим же дефектом страдает еще ряд моделей: Olympus FE330, Olympus mju840, Olympus mju820 и некоторые другие. - Перелом шлейфа затвора. Шлейф длиннее на 2мм, чем нужно, и механизм его ломает. Этот дефект преследует фотоаппараты Olympus FE46, Olympus FE47, Pentax M50, M60, L50.
- Брак матрицы — совершенно новый дефект. Проявился сравнительно недавно, но имеет массовый характер. На изображении появляются вертикальные потеки, искажаются цвета или изображение пропадает полностью. Причем последнее может быть вызвано и дефектом шлейфа затвора. Виноват производитель матриц Panasonic, нами выявлено уже около 5 моделей матриц, которые с трудом доживают до сегодняшних дней. Моделей матриц пять, а моделей фотоаппаратов более 3х десятков.
К слову этим же дефектом страдает еще ряд моделей: Olympus FE330, Olympus mju840, Olympus mju820 и некоторые другие.В связи с последним дефектом ремонт и диагностика данной модели затруднен, иногда приходится устранить последовательно две первых неисправности, чтобы понять, что уже вышла из строя матрица.
Её замена заметно дороже, чем замена шлейфов.
Сразу за Olympus FE340 следует Olympus SP-560. Снова три дефекта, никак не связанные между собой.
- Раньше всего проявился дефект пьезо-стабилизатора матрицы. Матрицу по горизонтали и вертикали перемещают т.н. пьезоактуаторы (хрупкие кристаллы, генерирующие ультразвуковую волну, которая и перемещает матрицу). Кристаллы раскалываются, система перестает работать должным образом, фотоаппарат говорит «ошибка зума», «lens error». Его братья по конструкции (Olympus SP550, SP565, SP570, SP590) аналогично страдают от данного дефекта.
- Выход из строя матрицы. Еще бы, матрица там стоит такая же, как и на FE-340. Обидно, что с неисправностью №1 диагностировать неисправность №2 невозможно.
- Крышка отсека батарей раскалывается пополам ровно в том месте, где инженеры решили сэкономить на металлической пластине.
Вот такая трещина рассекает крышку отсека батарей у фотоаппарата Olympus SP-560.
Olympus mju840, три дефекта:
- Шлейф объектива передавливается рамкой дисплея (где-то мы это слышали…)
- Отлетает кронштейн рамки стабилизатора
- Дефектная матрица (да, да, такая-же как и на первых двух аппаратах)
Анализируя нашу базу данных по учету ремонта, можно видеть забавную картину: самый популярный аппарат в ремонте – как раз Olympus FE-340. 52 попадания в ремонт за один год. Следом за ним – Olympus mju700, с 51 заходом.
Далее в нашем обзоре «свежачки»: фотоаппараты новые, дефекты свежие.
Nikon S3100, Nikon S4100, Nikon S4150, Nikon S2600 и некоторые другие, которым достался один и тот же объектив. О чем думали те, кто его проектировал – неизвестно.
Объектив крайне компактен, но диапазон трансфокации («зума») – 5 раз. Устроен он как матрешка. Много баррелей — и все двигаются поступательно.
Дефектное кольцо объектива Nikon S3100. Хорошо видно два отсутствующих зубца.
В итоге вместо чистки – замена внешнего кольца или объектива целиком. Установка нового кольца прилично удорожает ремонт, а установка нового объектива и вовсе нецелесообразна, стоимость ремонта будет составлять более 50% стоимости нового фотоаппарата.
Печально то, что к такому развитию событий приводит вполне рядовая эксплуатация — просто немного пыли при съемке на улице.
Canon A3200, A3300.
Новые аппараты доступной ценовой категории, с прекрасными потребительскими качествами. Но и тут экономия «на спичках» привела к обширным отказам данных камер.
В редукторе этого объектива использовано меньше шестерней, чем обычно (всего 3 штуки, вместо 4-5). При этом коэффициент передачи необходимо было оставить прежним, для чего у одной шестерни сделали очень маленький радиус с малым количеством зубьев. Нагрузка возросла, и это стало самым хрупким местом в фотоаппарате. Достаточно придержать объектив рукой в момент его выдвижения, и шестерня начинает проскакивать (держать объектив не обязательно – пыль и песок сделают это за вас). На второй-третий раз зубья уже слизываются напрочь. Объектив уже не может выйти на рабочее положение, громко стрекочет, тубусы дергаются.
Милая, и пока целая пара шестерен для объективов Canon A3200, A3300
Canon A1000, Canon A1100, Canon A3000 и некоторые другие.
Неисправность снова связана со шлейфом. Фотоаппарат делает засвеченные снимки, снимки в полоску, через минуту возникает ошибка E32 даже в режиме просмотра.
Причина – шлейф затвора/стабилизатора, который со временем теряет эластичность, и попадает между подвижными частями объектива, пережимается и разрывается. Неисправность пока не массовая, но с течением времени с данной проблемой ожидается большое количество фотоаппаратов не только старых (А1000), но и сравнительно «свежих» (А3100). Ремонт состоит в замене шлейфа целиком.
Sony h20, h4, h30 – дефект вспышки.
Шлейф вспышки на Sony DSC-h20 в «обнаженном» состоянии. Вроде бы всё нормально..
Со временем у данных фотоаппаратов отказывает встроенная вспышка. Головка с лампой там «отстреливается», с этим и связано появление дефекта. Лампу с аппаратом соединяет шлейф, который имеет склонность переламываться.
Усугубляет ситуацию огромные значения тока, проходящего через данный шлейф (десятки ампер!). При появлении малейшей трещинки на шлейфе слегка возрастает сопротивление этого участка цепи, ток разряда лампы разогревает участок повышенного сопротивления, трещинка оплавляется, сопротивление еще возрастает… Так продолжается пока трещинка не обгорает совсем и полностью прерывает контакт.
А вот и трещинка. Всё как надо, обгоревшая, контакт полностью отсутствует.
Ремонт – замена шлейфа на новый, или восстановление участка цепи гибкими проводниками.
Дрожание стабилизатора на тонких фотокамерах Sony.
Дефект встречается на компактных фотоаппаратах Sony с объективом шахтного типа таких как Sony T70, Sony T2, Sony T10, Sony T50 и многих других.
Во время съемки фотоаппарат начинает вибрировать, чем-то напоминая звонящий мобильный.
Снимки получаются крайне смазанные даже в солнечный день. Иногда дефект перерастает в ошибку E62:10.
Причина – старение узла стабилизации изображения. Механические параметры узла стабилизации занесены в прошивку аппарата, но чем больше проходит времени, тем больше реальные показатели подвижности узла отличаются от расчетных, и вместо удержания линзы на месте происходят её колебания около центра.
Ремонт заключается в замене узла целиком или в замене некоторых компонентов блока стабилизации.
Неисправность матриц, вторая волна.
Мастера (и пользователи проблемных моделей) еще хорошо помнят массовый брак матриц производителя Sony, тогда страдали в основном 5-и мегапиксельные сенсоры.
Отличная иллюстрация дефекта из бюллетеня Sony. Именно так и проявляется дефект матрицы.
Фотоаппараты Sony T1, Canon A95, Nikon E8700 попадают в ремонт до сих пор.
Изображение на дисплее фотоаппарата принимает фиолетовый оттенок, с вертикальными потеками.
На снимке обнаруживаются горизонтальные или радиальные полосы. Иногда неисправность проявляется в сильных помехах на изображении, а иногда изображения и вовсе нет.
Но не успели отойти в прошлое проблемы матриц Sony, как другой производитель, Panasonic «обрадовал» нас огромными сериями дефектных матриц.
Что же происходит с фотосенсором от времени?
Матрица представляет собой полупроводниковый кристалл с массивом светочувствительных элементов, который упакован в керамический корпус с прозрачным окном. Контактные площадки на матрице соединяются с выводами корпуса при помощи тончайших проводников, прихваченных точечной сваркой.
Отрыв токоведущих проводников от кристалла матрицы, фото с увеличением 20х.
Сварка в месте соединения кристалла и «волосинки» и стала причиной выхода из строя такого большого количества матриц. Со временем металлизация на подложке в месте сварки вывода отлетает вместе с проводником. Проявление данного дефекта ускоряют температурные перепады.
По нашей статистике чаще всего матрицы «умирают» летом.
Всего нами замечено 4-5 типов дефектных матриц, это матрицы на 7, 8, 12 мегапикселей 2007-2008 года выпуска.
Самая массовая серия MN39670, 8 МП, размер 1/2.5”. Данная матрица стоит в таких крайне популярных аппаратах, как Olympus FE340, Olympus SP-560 и многих других. Полный список моделей можно посмотреть в нашей базе данных. Матрица была перевыпущена в 2008 году, уже без дефекта, и мы имеем возможность менять дефектные матрицы на новые, оригинальные.
12-ти мегапиксельный сенсор MN39690, размером 1/1.7”. Более современная, и очень качественная с точки зрения получения изображения фото, матрица. Стоит в Kodak V1233, Kodak V1253, Kodak Z1285, Nikon S700, Panasonic FX100, Pentax A40, Samsung NV20; К сожалению, новых матриц на рынке практически не осталось. По видимому, в скором времени, ремонт данных аппаратов будет невозможен.
7-и мегапиксельные сенсоры MN39840, MN39843, MN39601.
Используются в аппаратах Olympus mju760, mju750, mju780, mju700, Panasonic TZ2, Olympus SP-550. Для этих аппаратов шансов на ремонт практически нет. Данные матрицы самые старые, и даже новые, не использованные матрицы на складах уже неисправны.
Есть также статистика по выходу из строя еще 2-3 типов матриц Panasonic, но они пока не имеют массового характера.
Фотоаппараты Sony W35-W70 любят терять кнопку спуска, слишком тонкий сделали у неё стебелек. Тот же дефект присущий Sony h3, H5. Кроме того на них со временем портится угольный шлейф кнопки спуска, перестает работать «полунажатие».
В фотоаппаратах Canon A610, A620, A630, A640 отказывает вспышка, перестает освещать кадр в автоматических режимах. Причина – неисправный транзистор IGBT, который теряет способность резко отсекать большой ток разряда.
Почему транзистор выходит из строя – остается вопросом.
Nikon S200, S210, S220 – шлейф объектива уложен неправильно, переламывается со временем.
Возможно, производители заготовили еще больше неприятных сюрпризов, но будем надеяться что наши с Вами фотоаппараты прослужат долго.
При копировании статьи индексируемая ссылка на первоисточник обязательна: photo-parts.com.ua
- Просмотров: 178268
Восстановление параметров камеры из матрицы преобразования
Эффективный метод калибровки системы координат для трехмерных измерений многокамерными системами
Разработан эффективный метод калибровки системы координат для нескольких камер, основанный на концепции относительной мировой системы координат и разработана процедура решения, которая отделяет параметры вращения от параметров трансляции матриц преобразования.
Извлечение физических параметров камеры из матрицы прямого линейного преобразования 3 x 3
- Тронд Мелен
Математика
Другие конференции
- 1994
Проективное преобразование точек 3D-объекта в точки 2D-изображения может быть выражено в однородных координатах прямым преобразованием4 (DLT-преобразование) посредством линейной матрицы 3. Если точки объекта…
Унифицированный подход к проблеме линейной калибровки камеры
Процесс калибровки камеры связывает измерения системы камеры (в пикселях) с известными опорными точками в трехмерной мировой системе координат с использованием линейного аффинного преобразования в качестве карты между выпрямленными координатами камеры и геометрически спроецированными на плоскость изображения координатами известных опорных точек.
Точная внутренняя калибровка камеры с использованием вращения с анализом источников ошибок
Простой и точный метод внутренней калибровки камеры, основанный на отслеживании характеристик изображения с помощью последовательности изображений, когда камера подвергается чистому вращению, который можно использовать как для лабораторной калибровки и для самокалибровки автономных роботов.
РЕШЕНИЯ ДЛЯ ВНЕШНЕГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ В ФОТОГРАММЕТРИИ: ОБЗОР
- П. Груссенмейер, О. А. Халил
Математика
- 2002
Определение ориентации, положения и внутренних геометрических характеристик камеры признано фундаментальной фотограмметрической задачей. Его можно резюмировать как…
Решения для внешнего ориентирования в фотограмметрии: обзор
- П. Груссенмейер, О. Аль Халил
Математика
- 2002
- A. Izaguirre, Pearl Pu, John Summers
Информатика
- 1987
- S. Shih, Y. Hung, Wei-Song Lin
Физика
- 1993
9 внутренние геометрические характеристики камеры признаются фундаментальной фотограмметрической проблемой. Его можно обобщить как…
Новая разработка в калибровке камеры: калибровка пары мобильных камер
Предлагается новый метод активной калибровки камеры для использования в трехмерном (3D) анализе сцены и может использоваться для любой мобильной камеры, если известно движение опоры камеры.
Точная линейная методика калибровки камеры с учетом дисторсии объектива путем решения задачи на собственные значения
Предложен новый метод калибровки камеры с высокой точностью и низкими вычислительными затратами, позволяющий достичь точности 1 часть на 10 000 в трехмерном измерении, лучше, чем у известного метода, предложенного Р. Я. Цаем.
Преобразование камеры-робота для визуального отслеживания в производственной ячейке
Проблема калибровки камеры с точки зрения интеграции руки и глаза (далее именуемая как проблема камеры-робота (CR)) бумага. Результаты картирования, полученные из…
Эффективный и точный метод калибровки камеры для трехмерного компьютерного зрения производительность метода калибровки лучше, чем у известного метода, предложенного Цаем.
Решения для мобильности будущего
Наряду с электронной мобильностью беспилотные автомобили очень актуальны в автомобильном секторе.
Эта тема не только возбуждает воображение крупных производителей автомобилей, но и вдохновляет компании, научно-исследовательские институты, высшие учебные заведения и университеты, еще не работающие в автомобильной отрасли. Даже элитный университет, такой как Технологический институт Карлсруэ (KIT), в настоящее время принимает участие в акции и разработал платформу для исследований и испытаний систем стереоскопических камер. Для этой цели KIT использует камеры Gigabit Ethernet от MATRIX VISION.
Помимо лидара, радара и ультразвука, в беспилотных транспортных средствах используется множество различных подходов на основе датчиков. В OptiCar специалисты из Технологического института Карлсруэ (KIT), из Исследовательского центра информационных технологий (FZI) в KIT и из MYESTRO Interactive GmbH используют цифровые камеры — широкоугольные стереоскопические камеры типа «рыбий глаз», если быть точным. Стереоскопические камеры позволяют рассматривать окружающую среду как пространственную концепцию, тем самым предоставляя информацию о положении, расстоянии и скорости объектов.
Автомобиль, который был разработан в масштабе от 1 до 4, был оснащен шестью парами этих камер. С одной стороны, они измеряют непосредственное окружение, а с другой стороны, путем виртуального соединения отдельных камер из различных пар стереокамер расстояние от камер до общей ширины или длины транспортного средства может быть увеличено, что позволяет даже более удаленные объекты для точного обнаружения. Таким образом можно создавать трехмерные карты всего окружения.
Используемые камеры представляют собой модель Gigabit Ethernet, известную как mvBlueCOUGAR-X104iC от MATRIX VISION. Эти цветные камеры оснащены датчиком Sony Pregius-CMOS IMX265, который был специально разработан для использования в интеллектуальных системах вождения. Для приложений, которые будут использоваться в дорожном движении, необходимы датчики, способные справляться с изменяющимися условиями освещения. В этом отношении датчики Sony особенно выделяются благодаря низкому уровню темного шума при высоких динамических уровнях более 71 дБ.
Стереокамеры передают свои данные через Ethernet на встроенный высокопроизводительный компьютер обработки изображений, который непрерывно генерирует общую картину дорожной ситуации вокруг автомобиля в режиме реального времени. Особой проблемой в этом отношении являются вибрации внутри кузова автомобиля во время движения. Это создает ситуацию, в которой ориентация камер относительно друг друга постоянно меняется, что затрудняет получение пригодных для использования данных изображения.
Чтобы бороться с этим, MYESTRO разработала двухэтапный процесс, который позволяет обнаруживать и компенсировать эти вибрации в режиме реального времени. Прежде всего, разработанная компанией MYESTRO технология KIEV используется для внутренней калибровки объектива «рыбий глаз». Перед развертыванием в OptiCar это достигается на калибровочном стенде, и результаты принимают форму векторных полей, относящихся к внутренней высокоточной (<0,1 пикселя) коррекции. Внутренние параметры также остаются стабильными при наличии внешних воздействий, таких как колебания температуры, удары, вибрации и т.
д. Однако внешние параметры иногда изменяются настолько значительно, что это приводит к снижению точности измерений. По этой причине тип технологии, получивший название RubberStereo™, станет вторым этапом технологии после того, как камеры будут установлены на OptiCar. Это позволит камерам идти в ногу и определять относительную внешнюю ориентацию для каждого записываемого изображения. Эта ориентация будет постоянно меняться из-за деформации OptiCar во время движения. Используя определенные таким образом матрицы местоположения, можно затем сгенерировать непосредственно согласованные пары изображений для стереоскопической оценки.
Транспортное средство OptiCar предназначено для тестирования и демонстрации новых технологий в учебных целях. Благодаря открытой архитектуре можно добавить дополнительные модули, такие как радар, карты или связь Car2X, в зависимости от конкретных исследовательских потребностей.
Заключение
Неоспорим тот факт, что будущее за самоуправляемыми транспортными средствами, и они, вероятно, приведут к повышению безопасности, большего комфорта и сделают путешествие более расслабляющим.