Infra-rood verblinding


Fotografie » TechTalk » Fysica » Kleur » Infra-rood verblinding

CCD sensoren zijn extreem gevoelig voor infra-rode straling (terwijl film niet gevoelig is). Vòòr de sensor zit er wel een IR-filter (hot mirror), maar toch lekt altijd een beetje straling door. Infra rood fotografie wordt hier besproken.

Een passieve infra-rood detector (gebruikt voor automatische verlichting en bewaking) is in feite niet meer dan een fototransistor opgesteld in het brandpunt van een reflector en een filter die gewoon licht tegen houdt. Er zijn veel toepassingen waabij de infra-rood gevoeligheid een nuttige toepassing heeft, maar niet bij fotografie!

Bij het bekijken van portfolio's van foto-modellen wordt ik vaak getroffen door een vreemd fenomeen. Zelfs bij portfolios gemaakt door fotografen in dienst van modellen-agentschappen is het effekt soms zichtbaar. Een typisch probleemgeval zie je links: het is alsof het beeld overbelicht is, maar er zit geen wit in het beeld, dit wordt door de histogram bewezen: het grootste deel van het beeld is zelfs onderbelicht, zie de piek links in beeld. Vooral de huid vertoont de storing, en dat is natuurlijk heel vervelend voor een portfolio.

Niet overbelicht en toch fout

Het beeld is niet overbelicht, en toch ziet de foto er onnatuurlijk uit. Als je op kanaal-niveau kijkt dan zal je merken dat het rood overstuurd is: rechts (heldere delen) loopt de histogram naar boven. Hoe kan zoiets gebeuren met een digitaal fototoestel?

De foto werd in de namiddag genomen, de zon gaf reeds een mooie orange schijn. De oorzaak is dat de sensor extreem gevoelig is voor infra-rood licht, en de ingebouwde filter kan niet alle infra-rood wegfilteren. De sensor lijdt als het ware aan infra-rood verblinding. Het groene en blauwe kanaal vertonen dit fenomeen niet, want de infra-rode stralen worden tweemaal gefilterd: door de infra-rode filter en door de groene en blauwe filter voor de sensor (zie bayermozaiek). Deze kanalen kan je daarom gebruiken om de helderheid te restaureren (zie korte handleiding over digitale kleurfilters). Het bekomen beeld is niet meer mooi, het ziet er onnatuurlijk uit (de foto is enkel bruikbaar als zwart-wit foto). Deze foto kan je eigenlijk nooit meer goed krijgen (Photoshop: shit goes in, shit goes out).

Dit is de doorlaatcurve van een kleurfilter. Het groene filter laat bijvoorbeeld ook geel door, en het rode filter laat orange en infra-rood door (deze slappe curves zijn nodig zodat het fototoestel tussenliggende tinten kan detecteren).

Fotografen die vaak evenementen zoals concerten fotograferen kennen maar al te goed het fenomeen. De artisten op het podium worden verlicht door gekleurde spots. Niets aan de hand als de mensen door groene spots belicht worden, maar het beeld is overbelicht als er rode spots gebruikt worden.

Sensor gevoelig voor infra-rood
+
Huid reflekteert alle infra-rood
=
P R O B L E E M

Dit storend fenomeen wordt nog versterkt door het feit dat de huid de IR-straling enorm reflekteerd (je zal het merken als je ooit met infra-rood fotografie geëxperimenteerd hebt: de huid ziet er altijd melkwit uit). De natuurlijke bruining van de huid is niet zichtbaar op het infra-rood beeld.

De infra-rood reflectie door de huid is zo sterk dat het gebruikt wordt voor de detectie of het toestel bij het oog gehouden. Een kleinse sensor onder het oculair zendt een IR straal uit en meet de weerkaatsing. Deze detectie dient bijvoorbeeld om het LCD schermpje in of uit te schakelen.

Een meer natuurlijke foto bekom je door het beeld 1 stop te onderbelichten (zie derde foto). Daardoor is het rood-kanaal juist niet overstuurd en ziet de foto er beter uit. Je kan nu eventueel het bos op de achtergrond een beetje helderder maken.

Zit er dan geen infra-rood filter in het fototoestel? Toch wel, zo'n filter wordt vaak “hot mirror” genoemd (hittestralen worden terug gekaatst). Bij sommige fototoestellen zoals de Sony DSC-F828 kan je die zelfs uitschakelen bij nachtfotografie. Maar de filter heeft een geleidelijke werking en is een compromis: een deel van de infra-rode straling kan door de filter:

Een extra infra-rood filter (hot mirror) is moeilijk te vinden. Wat wèl te koop is zijn infra-rood doorlatende filters specifiek voor infra-rood fotografie, een teken dat fototoestellen gevoelig zijn voor infra-rood. Bij de Sony wordt de focusmeting met een sterke infra-rode straal uitgevoerd (bij weinig licht en gebruik van een externe flitser zoals de HVL-F32X), maar ook mijn Canon heeft een "AF assist" straler op de externe flitser.

Een onverwachte toepassing van infra-rood licht


Infra rood licht maakt het bootleggen van nieuwe films onmogelijk

Nog een bewijs van de gevoeligheid van sensoren voor infra-rood licht: het illegaal bootleggen van nieuwe films door middel van een videocamera kan vermeden worden door infra-rode stralen op de kijkers te richten via sleuven in het projectiedoek. De mensen zien deze sterke straling niet, maar videocamera's en digitale fototoestellen zijn overgevoelig voor infra-rood. Zoals in het artikel van Elektor: “Het is onmogelijk de camera van een effektief IR filter te voorzien zonder de beeldkwaliteit sterk te beïnvloeden”. Zoals je op de grafieken boven kan zien, een infra-rood filter moet noodgedwongen een deel infra-rood doorlaten, juist in dàt frekwentiegebied waar de sensor sterk gevoelig is!

Voorkomen van infra-rood verblinding

Dit vreemd effekt treed niet op als de zon hoog staat, want dan is er voldoende licht (zichtbare straling) ten opzichte van het infra-rood component. Het effekt is merkbaar als de infra-rood bijdrage groter wordt en treed op een paar uren voor zonsondergang. Je kan ook last hebben van infra-rood verblinding als het model sterk verlicht wordt ten opzichte van de omgeving. Zelfs als je het gezicht gebruikt als referentie (spotmeting), toch kan het fenomeen optreden. Bepaalde oppervlaktes lijken het infra-rood component extra te weerkaatsen: de huid is zo'n oppervlakte.

Bij foto's met een sterk rood-component (een paar uur voor zonsondergang) moet je een flitser gebruiken om het licht in evenwicht brengen. Bij foto's waarbij de kans op overbelichting groot is (bijvoorbeeld in een bos), kan je 1 stop onderbelichten. Je kan natuurlijk beide effekten combineren.

Infra-rood verblinding kan je niet vermijden door in RAW-modus te werken. Aan de dynamiek van de sensor wordt niets veranderd (het signaal dat de sensor aflevert blijft hetzelfde), enkel het aantal bits waarmee het signaal gedigitaliseerd wordt is hoger: 12 of 14 in plaats van 8 bij JPEG. Het is alsof je een trap zou hebben met 4096 kleine treden in plaats van 256 normale treden. In beide gevallen raak je op het eerste verdiep, maar niet verder. Met de RAW sensordata kan je dus geen informatie halen uit delen van het beeld die overbelicht zijn. Opnemen in RAW-modus is wel aangeraden als je één stop zou onderbelichten, want dan zijn de helderheidswaarden van het blauwe en groene kanaal zeer laag (met kans op "banding" bij JPEG aangezien je maar 10% van de bitwaarde gebruikt).

Canon heeft het probleem aangepakt met de nieuwe 7D die lichtmeter-sensoren gebruikt die kleur-gevoelig zijn. Deze lichtmeter-sensoren zouden een overmaat aan infra-rood licht kunnen detecteren en dus rekening houden met de gevoeligheid van de beeldsensor voor infra-rood licht.

Ter informatie: compact-fototoestellen (of fototoestellen die in live view werken) hebben minder last van dit fenomeen, want de beeldsensor dient tevens voor de helderheidsbepaling.


Het rood kanaal is overstuurd
(histogram is van volledig beeld (RGB),
en die is normaal)


Histogram rood kanaal eerste foto


We restaureren het beeld aan de hand van het groen kanaal


Maar het is natuurlijk beter het beeld met 1 stop te onderbelichten


Gevoeligheidscurve naakte sensor


Doorlaatcurve “hot mirror filter” vòòr de sensor

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren