Как формируется цвет?

[farks]

Вопрос по фотооптике.

Если современным цифровым фотоаппаратом сфотографировать какой нибудь пейзаж через полософой ультрафиолетовый фильтр (УФС2, например, с полосой пропускания от 360 до 400 нм, с максимумом на 380 нм), что я увижу затем на экране ЖКИ монитора?

(Спектр от 360 до 400 нм еще воспринимается глазом, как фиолетовый цвет)

При прохождении через фильтр на ПЗС матрицу фотоаппарата попадет только ультрафиолевый спектр, а потому возбудиться смогут только синие светодиоды. Соответствущая свеотовому потоку эдс на выходе синих фотодиодов (пикселов) запишутся в файл фотографии.

Что затем произойдет при просмотре фотографии на экране компьютера? Пикселы на экране будут воспроизводить изображение также только синие или в определенной пропорции с красным и зеленым, чтобы создать фиолетовое изображение?

Ведь, если изображение будут воспроизводить только синие пикселы (так так в фотоаппарате записано изображение было только синими фотодиодами), то на экране изображение будет синим, а не фиолетовым?

Прав ли я? 

[GSergey]

Вопрос по фотооптике.
При прохождении через фильтр на ПЗС матрицу фотоаппарата попадет только ультрафиолевый спектр, а потому возбудиться смогут только синие светодиоды. Соответствущая свеотовому потоку эдс на выходе синих фотодиодов (пикселов) запишутся в файл фотографии.

Фильтры перед пикселами не совершенны, красные и зеленые ячейки тоже зарегистрируют вполне заметный сигнал, хотя и меньше  чем голубые ячейки.
Хотя это еще зависит от силы света.

[Грехов Михаил]

По-разному тут всё... разные тела имеют разные характеристики отражения ультрафиолета... наверное всё-таки преимущественно всё будет синим... так как именно синие пикселы RGB  матрицы светочувствительны в этом диапазоне.

Несколько кадров в UV - сёмке можете поглядеть здесь:

http://www.naturfotograf.com/UV_IR_rev07.html#top_page
http://www.ixbt.com/digimage/iruv_diflightx.shtml
http://www.ixbt.com/digimage/inviz.shtml

В последней ссылке съёмка производилась на цифровой фотоаппарат Canon EOS 300D с фильтром  УФС 6, а он одновременно с УФ пропускает немного ИК. поэтому изображение вместо синего-сиреневенькое такое...

И вообще своя специфика... как бы чисто интуитивно понятно, что скажем красный свет должне вызывть в глазу ощущение красного света... а ИК (который не видит глаз) но видит камера, камерой воспринимается как сиреневый...

 

[farks]

По-разному тут всё... разные тела имеют разные характеристики отражения ультрафиолета... наверное всё-таки преимущественно всё будет синим... так как именно синие пикселы RGB  матрицы светочувствительны в этом диапазоне.

Несколько кадров в UV - сёмке можете поглядеть здесь:

http://www.naturfotograf.com/UV_IR_rev07.html#top_page
http://www.ixbt.com/digimage/iruv_diflightx.shtml
http://www.ixbt.com/digimage/inviz.shtml

В последней ссылке съёмка производилась на цифровой фотоаппарат Canon EOS 300D с фильтром  УФС 6, а он одновременно с УФ пропускает немного ИК. поэтому изображение вместо синего-сиреневенькое такое...

И вообще своя специфика... как бы чисто интуитивно понятно, что скажем красный свет должне вызывть в глазу ощущение красного света... а ИК (который не видит глаз) но видит камера, камерой воспринимается как сиреневый...

В первой ссылке фотографии получились именно синие, о чем я и предполагал. Больше синего, чем фиолетового, хотя синего быть не должно вообще.

То есть, на экране компьютера получается картинка, заметно отличающаяся по цветопередачи от картинки, которую я буду видеть, глядя своими глазами на тот же пейзаж через тот же фильтр.

Скажите, Михаил, а можно ли снять пейзаж в обычном режиме (без фильтров), а затем каким нибудь графическим редактором напрочь отрезать все, что лежит правее 400 нм?

[farks]

Вопрос по фотооптике.
При прохождении через фильтр на ПЗС матрицу фотоаппарата попадет только ультрафиолевый спектр, а потому возбудиться смогут только синие светодиоды. Соответствущая световому потоку эдс на выходе синих фотодиодов (пикселов) запишутся в файл фотографии.

Фильтры перед пикселами не совершенны, красные и зеленые ячейки тоже зарегистрируют вполне заметный сигнал, хотя и меньше  чем голубые ячейки.
Хотя это еще зависит от силы света.

Это чем же они не совершенны? Я смотрел АЧХ красных синих и зеленых фильтров (и интерфереционные, и окрашенные в массе) на современных спектрофотометрах. Так вот, пропускная способность вне их зоны пропускания практически равна нулю...

Пропускная способность красного и зеленого фильтра в диапазоне от от 360 до 400 нм стремится к нулю! Реальные значения Т в указанном диапазоне не превышают сотые доли процента.

[Грехов Михаил]

Ага... для верности можете посмотреть кривые чувствительности пикселов в зависимости от длины волны здесь:

http://www.astrosurf.com/buil/50d/test.htm

Ясно видно, что то, что короче, чем 400нм - доли процента, но это компенсируется тем, что эквивалентное время выдержки при фото увеличивается в соотв. кол-во раз. естественно штатив, неподвижность и всё такое прочее. Или ИСО задрать (диафрагму открыть)

Скажите, Михаил, а можно ли снять пейзаж в обычном режиме (без фильтров), а затем каким нибудь графическим редактором напрочь отрезать все, что лежит правее 400 нм?

Нет, такого сделать увы не получится. и без фильтров Вы не сможете даже получить изображение в УФ диапазоне. и тем паче графические редакторы этого делать не позволяют.  Можно лишь получать чёрно-белое "псевдо УФ" а даже точнее просто "синий светофильтр" путём отсечения каналов R и G  на фотоснимке, но это и в подмётки настоящему УФ годиться не будет по эффекту. Можно наверное осветить предмет какой-нибудь лампой, которая сильно светит в УФ... но абсолютно не светит в видимом и ИК диапазоне. Такими свойствами без светофильтров обладает только УФ-лазер (и то не уверен в том, что там их нет)

То есть, на экране компьютера получается картинка, заметно отличающаяся по цветопередачи от картинки, которую я буду видеть, глядя своими глазами на тот же пейзаж через тот же фильтр.

Сравнение некорректное. Фотоаппарат хоть немного, но путём хитрых манипуляций может видеть УФ и его регистрировать даже при низкой своей чувствительности к этому. (см выше)  Не вся оптика хорошо пропускает УФ, но всё-же можно добиться регистрации(да ещё и видит его по своему). просто скажем, чем заряд на матрице от действия синего излучения отличается от заряда под действием красного?. А вот ничем! Совсем ничем... та же "дырка" или электрон. просто потом программа распознавания изображения искусственно (на базе того, каким конкретным светофильтром заслонён пиксел) присваивает тот или иной заряд такой-то цветовой составляющей и такую-же долю конфигурирует на экране монитора соотв. пикселу или тонеру принтера (сама при этом не задумывается на тему, а каким же реально светом он светит (печатает) (всё это заложено в конструкцию изначально человеком)...

 Глаз не может чувствовать УФ не смотря ни на какие ухищрения! Так что строго говоря для вас стекло (или интерференционный светофильтр), пропускающее только УФ будет либо черное (непрозрачное) либо жутко тёмно-синее.   И ещё... я даже психологически и фантазийно не могу представить себе, как я буду видеть мир скажем в другом спектральном диапазоне... УФ, ИК, Радио, Рентгеновском, СВЧ и проч... Ощущения какого "цвета" будут вызывать во мне та или иная излучаемая длина волны. Я лишь могу догадываться, что в ИК сквозь пыль и туман буду видеть отчётливее, что в Радиодиапазоне наверное Останкинская телебашня - вроде гигантского переливающегося какими-то цветами маяка...

[farks]

Ага... для верности можете посмотреть кривые чувствительности пикселов в зависимости от длины волны здесь:

http://www.astrosurf.com/buil/50d/test.htm

Да, у пиксельных фильтров характеристики отличаются от тех, которые используются в адитивной фотопечати.

Во первых, у синих, на основной часоте, пропускная способность почти 100 % а у зеленых около 50 %. У пиксельных почти наоборот. Максимальная пропускная способность у зеленых выше, чем у синих.

Во вторых, в фильтрах для адитивной печати синий хорошо захватывает УФ спектр. Защита от УФ, насколько я помню, выполнена на самой пленке в виде дополнительного слоя.

В цифровых фотоаппаратах ситуация, как выясняется, выглядит иначе.

Скажите, Михаил, а можно ли снять пейзаж в обычном режиме (без фильтров), а затем каким нибудь графическим редактором напрочь отрезать все, что лежит правее 400 нм?

Нет, такого сделать увы не получится. и без фильтров Вы не сможете даже получить изображение в УФ диапазоне. и тем паче графические редакторы этого делать не позволяют.  Можно лишь получать чёрно-белое "псевдо УФ" а даже точнее просто "синий светофильтр" путём отсечения каналов R и G  на фотоснимке, но это и в подмётки настоящему УФ годиться не будет по эффекту. Можно наверное осветить предмет какой-нибудь лампой, которая сильно светит в УФ... но абсолютно не светит в видимом и ИК диапазоне. Такими свойствами без светофильтров обладает только УФ-лазер (и то не уверен в том, что там их нет)

Термин УФ носит скорее условный характер с точки зрения чувствительности глаза. Считается, что ниже 400 нм глаз уже не видит. Я где то слышал, что глаз хорошо видит и 380 нм и даже более короткие волны, особенно, если глаз привыкнет к темноте.

Это, как с ультразвуком. Кто то слышит 19 кГц, а кто то не слышит даже 12 кГц.

Кстати, вы подкинули мне идею. У меня в ведении находится целая куча хроматографов. И жидкостные, и газовые, есть даже атомно-абсорбционный. В некоторых из низ них установлены узкополосные УФ излучатели. Посмотрю при случае чувствительность глаза в диапазоне от 300 до 400 нм.

Теперь, по поводу возможностей графических редакторов. Если, к примеру, каким нибудь компьютерным рисовальщиком я выберу темнофиолетовый цвет и закрашу всю картинку, то картинка на экране будет излучать свет на длине, примерно 400 нм, соответствующий фиолетовому. При этом излучать свет будет все три пикселя в определенной пропорции, формируя фиолетовый.

Так неужели нельзя задать программой пикселям такой режим, чтобы из изображения вырезался весь спектр правее 400 или 450 нм при работе с фотографиями? Может, все-таки можно создать программу, предварительно заложив в нее определенный алгоритм опознавания длин волн больше 400 и преобразования их в фиолетовый?

[farks]

Поясняю идею.

Цвет на экране монитора формируется с помощью 8 разрядных ЦАП. То есть, каждый пиксель имеет 256 уровней свечения. Перемножая это число на три, по числу пикселов, получаем свыше 16 миллионов цветов (комбинаций). Примерно до 5-10 % этих комбинаций приходится на УФ спектр.

Так вот, если разрешить пикселям свечение только при наличии таких комбинаций, мы можем получить хороший (с очень большой крутизной) отрезающий фильтр, какой невозможно изготовить в стекольном варианте.

[damian_1]

Доступным и недорогим источником УФ излучения ближнего диапазона являются трубчатые УФ лампы - такие иногда можно видеть в клубах и дискотеках. Лампы имеются в свободной продаже, выглядят как обычная люминесцентная "трубка" только колба черного цвета. Установить такую лампу можно в любой подходящий по габаритам / мощности осветитель. Лампа практически не излучает в видимом диапазоне, однако УФ излучение вызывает флуоресцентное свечение бумаги и ХБ тканей (а также многих синтетических красителей) в видимом диапазоне.
Есть еще УФ светодиоды, но все которые я видел имеют значительное паразитное фиолетовое излучение.

[Serg Pri]

УФС2, например, с полосой пропускания от 360 до 400 нм, с максимумом на 380 нм

Полоса пропускания УФС-2 лежит в несколько более коротковолновой области. Её границы, конечно, немного варьируются в зависимости от толщины стекла, но всё же у практически используемых фильтров она находится в диапазоне от 250..270 до 380..390 нм с максимальным пропусканием в районе 335 нм.

При прохождении через фильтр на ПЗС матрицу фотоаппарата попадет только ультрафиолевый спектр

К сожалению, получить «только ультрафиолетовый спектр» таким способом не получиться. Дело в том, что стекло УФС-2 (как, впрочем, и все остальные ультрафиолетовые стёкла) помимо основной полосы пропускания в УФ диапазоне имеет ещё одну полосу пропускания в видимой красной области и немного даже «залезающую» в ИК. И хотя пропускание в этой области у стекла УФС-2 в 20 с лишним раз ниже, чем в УФ, эти лучи проходят последующую оптическую систему со сравнительно небольшим поглощением, в то время как УФ лучи интенсивно поглощаются стёклами объектива, и особенно, установленным на матрице ИК-фильтром (как, впрочем, и хрусталиком нашего глаза). В результате изображение на матрице (так же, как и на сетчатке) будут формировать именно красные лучи, с небольшой долей ультрафиолетовых. (Сравните на приведённой фотографии яркость картинки в красном канале с остальными.) Поэтому для выделения только УФ области фильтры из цветных стёкол всегда делают составными. Для Вашей задачи (фотографирования пейзажа в УФ лучах) достаточно будет взять ещё одно стекло, также прозрачное для УФ, но сильно поглощающее в красном и ИК диапазоне. Например, СЗС-23. Правда, оно срежет и коротковолновую часть полосы пропускания УФС-2, но в данном случае это не критично, т.к. эти лучи всё равно не пройдут через оптическую систему камеры, да и ПЗС-матрицы обычных бытовых камер в этой области не чувствительны. Если же есть необходимость выделить более узкую спектральную область, например, вырезать одну-единственную линию из спектра излучения какой-нибудь газоразрядной лампы, то приходится делать сэндвич из 3-4 разных стёкол.

Для иллюстрации вышесказанного привожу три снимка, сделанные камерой Sony Cybershot DSC-V3 с описанными фильтрами, установленными перед объективом. Никакой обработке, кроме изменения масштаба, снимки не подвергались. Баланс белого – «пасмурно».

1-й сделан только с фильтром УФС-2, толщиной 3 мм.
ISO 400; «диафрагма» 3,5; выдержка 8 сек.

2-й: фильтры УФС-2 и СЗС-23, толщиной по 3 мм.
ISO 800; «диафрагма» 3,5; выдержка 30 сек. Т.е. по сравнению с предыдущим снимком экспозиция увеличена в 8 раз. По-хорошему, для получения одинаковой яркости, её надо было бы увеличить ещё раза в 4, но, к сожалению, для этой камеры это предел: и ISO, и выдержка и диафрагма максимально возможные.

3-й: обычный снимок в видимом свете для контроля.
ISO 400; «диафрагма» 3,5; выдержка 0.001 сек.

По разнице экспозиций 1-го и 2-го снимков хорошо заметно количественное соотношение красных и ультрафиолетовых лучей, дошедших до матрицы при использовании одиночного фильтра.

P.S. К сожалению, в момент съёмки всё небо было затянуто тучами (и даже шёл дождь), которые одинаково рассеивают и красные и ультрафиолетовые лучи. При ясном небе отличие этих двух снимков было бы ещё сильнее: на 1-ом снимке небо должно было бы быть совсем тёмным, может быть даже немного фиолетовым.

[Serg Pri]

Вот ещё для иллюстрации снял спектры пропускания одиночного фильтра УФС-2 и его же в комбинации с СЗС-23.

[farks]

Глаз не может чувствовать УФ не смотря ни на какие ухищрения!

Что может чувствовать глаз, хорошо отражено здесь http://vivovoco.rsl.ru/VV/BOOKS/VAVILOV/VAV04.HTM
(читайте текст, после фиг 52)

[farks]

Для иллюстрации вышесказанного привожу три снимка, сделанные камерой Sony Cybershot DSC-V3 с описанными фильтрами, установленными перед объективом. Никакой обработке, кроме изменения масштаба, снимки не подвергались. Баланс белого – «пасмурно».

1-й сделан только с фильтром УФС-2, толщиной 3 мм.
ISO 400; «диафрагма» 3,5; выдержка 8 сек.

2-й: фильтры УФС-2 и СЗС-23, толщиной по 3 мм.
ISO 800; «диафрагма» 3,5; выдержка 30 сек. Т.е. по сравнению с предыдущим снимком экспозиция увеличена в 8 раз. По-хорошему, для получения одинаковой яркости, её надо было бы увеличить ещё раза в 4, но, к сожалению, для этой камеры это предел: и ISO, и выдержка и диафрагма максимально возможные.

3-й: обычный снимок в видимом свете для контроля.
ISO 400; «диафрагма» 3,5; выдержка 0.001 сек.

По разнице экспозиций 1-го и 2-го снимков хорошо заметно количественное соотношение красных и ультрафиолетовых лучей, дошедших до матрицы при использовании одиночного фильтра.

P.S. К сожалению, в момент съёмки всё небо было затянуто тучами (и даже шёл дождь), которые одинаково рассеивают и красные и ультрафиолетовые лучи. При ясном небе отличие этих двух снимков было бы ещё сильнее: на 1-ом снимке небо должно было бы быть совсем тёмным, может быть даже немного фиолетовым.

Насколько я понимаю, Sony Cybershot DSC-V3 это цифровой фотоаппарат? Я имею в виду, что увеличение выдержки во втором случае может не помочь, так как доходящий до ПЗС матрицы сигнал находится на границе чувствительности "синих" пикселов.

Пару лет назад я снял на спектрофотометре характеристики фильтров, стоящих перед ПЗС матрицей, которые режут ИК диапазон. Эти фильтры хорошо подрезают и УФ спектр. Подрезают его и линзы объектива,, не говоря уже о фильтрах, стоящих перед пикселями, так что до фотоприемников в матрице в УФ диапазоне уже почти ничего не доходит.

Кстати, эти фильтры вырезают не только ИК диапазан, но и значительную часть красного спектра. Сигнал начинает "заваливаться на 600 нм и падает почти до нуля уже на 660 нм.

Для таких целей, похоже, нужно использовать какие то специальные фотоаппараты.

Serg Pri, не подскажете, где можно купить фильтры УФС-2 и СЗС-23?

[farks]

Вот ещё для иллюстрации снял спектры пропускания одиночного фильтра УФС-2 и его же в комбинации с СЗС-23.

Вы снимали эту характеристику на спектрофотометре, или каким-нибудь косвенным методом?

[MaK Sim]

Главной преградой может стать то, что наш мир совершенно не прозрачен в УФ, при 350 нм падение прозрачности 3-4 порядка.... это в дополнение к  падению квантовой эффективности матрицы. Так что снимать можно за счет того, что фильтры пропускают свет вне  полосы пропускания... и этот свет и будет регестрировать матрица

[farks]

Уважаемый Serg Pri, не подскажете, где можно купить фильтры УФС-2 и СЗС-23?

[Serg Pri]

УФС-2 – это несиликатное, крайне химически неустойчивое стекло, которое при хранении во влажной атмосфере или в атмосфере, содержащей пары кислот и других агрессивных жидкостей быстро мутнеет и покрывается пятнами, которые можно удалить только переполировкой. К тому же оно склонно к соляризации. По этим причинам применение его очень ограниченно, и найти его в продаже проблематично. Единственное, где я его видел в продаже, так это в составе набора образцов цветного оптического стекла, выпускавшегося когда-то в доперестроечные времена на ЛЗОСе. Сейчас эти наборы иногда всплывают на вторичном рынке, например, здесь http://www.standa.lt/products/catalog/optics?item=195&prod=color_glass_filters, но платить 1620 евро за набор, из которого нужно только одно стекло…
Я, когда стал про него рассказывать, думал, что оно уже у Вас есть, поскольку в первом посте Вы сами про него писали…
А коли Вы только собираетесь его приобретать, то может быть имеет смысл взять вместо него УФС-6? У него, правда, полоса пропускания чуть поуже и немного смещена в длинноволновую область, да и в красной области оно пропускает сильнее, чем УФС-2. Зато это самый широко используемый фильтр для выделения УФ. Им комплектуются все люминесцентные микроскопы, различные ультрафиолетовые осветители, учебные лабораторные установки, и т.д. Как правило, вместе с ним в комплекте есть и светофильтр для подавления второго максимума, типа СЗС-21 или СЗС-23. Так что найти его, я думаю, проблемы не составит. В крайнем случае, если не получится, напишите мне в личку, я с Вами поделюсь.

[Serg Pri]

Вот ещё для иллюстрации снял спектры пропускания одиночного фильтра УФС-2 и его же в комбинации с СЗС-23.

Вы снимали эту характеристику на спектрофотометре, или каким-нибудь косвенным методом?

Спектрофотометр Shimadzu UV-2550:

- Двухлучевая схема с измерением отношения интенсивностей методом обратной связи по динодам фотоумножителя.
- Спектральный диапазон: от 190 до 1100 нм
- Спектральная ширина щели: 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 5 нм
- Разрешение: 0.1 нм
- Детектор: фотоумножитель Hamamatsu R-928.
- Фотометрическая точность: ±0.3 % Т
- Фотометрическая воспроизводимость: ±0.1 % Т

[farks]

Вот ещё для иллюстрации снял спектры пропускания одиночного фильтра УФС-2 и его же в комбинации с СЗС-23.

Вы снимали эту характеристику на спектрофотометре, или каким-нибудь косвенным методом?

Спектрофотометр Shimadzu UV-2550:

- Двухлучевая схема с измерением отношения интенсивностей методом обратной связи по динодам фотоумножителя.
- Спектральный диапазон: от 190 до 1100 нм
- Спектральная ширина щели: 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 5 нм
- Разрешение: 0.1 нм
- Детектор: фотоумножитель Hamamatsu R-928.
- Фотометрическая точность: ±0.3 % Т
- Фотометрическая воспроизводимость: ±0.1 % Т

Хороший приборчик...

[farks]

А коли Вы только собираетесь его приобретать, то может быть имеет смысл взять вместо него УФС-6? У него, правда, полоса пропускания чуть поуже и немного смещена в длинноволновую область, да и в красной области оно пропускает сильнее, чем УФС-2. Зато это самый широко используемый фильтр для выделения УФ. Им комплектуются все люминесцентные микроскопы, различные ультрафиолетовые осветители, учебные лабораторные установки, и т.д. Как правило, вместе с ним в комплекте есть и светофильтр для подавления второго максимума, типа СЗС-21 или СЗС-23. Так что найти его, я думаю, проблемы не составит. В крайнем случае, если не получится, напишите мне в личку, я с Вами поделюсь.

Спасибо. Если что, напишу вам в личку.