Kameraexperten gesucht / IR-Licht = weisse Flecken im Bild?

[meist3r]

Hi,

ich will gleich zu Anfang gestehen ich bin gar kein Fotograf aber trotzdem sehr an digitalen Bildaufnahmen interessiert und suche auf diesem Wege hier jemanden der sich mit CCD Chips, Leistungsdaten etc. auskennt. Ich möchte gerne eine Theorie überprüfen die ich vor einiger Zeit aufgestellt habe.

Die Theorie lautet wie folgt:

CCD Chips nehmen ein größeres Lichtspektrum wahr als das menschliche Auge. Auf Bildern von Infarotleuchten sind daher die sonst unsichtbaren Lichtquellen als helle Punkte zu sehen (mein Indiz waren Bilder von Selfmade Sensorleisten für die Nintendo Wii). Wenn man nun genug von diesen IR-Leuchten (z.B. ein Verbund aus Ultra-Bright LEDs) zusammenschaltet und vor einem Motiv anbringt, kann die Kamera (oder besser der Bildsensor) das Motiv nicht mehr aufzeichnen weil die Sensorzellen durch das IR-Licht überlagert werden. Das Bild ist also wenigstens zu großen Teilen weiss oder sehr hell. Was also mit dem bloßen Auge sichtbar und klar zu erkennen ist erscheint auf einer Aufnahme als "weisser Fleck/weisse Flecken".

Kann diese Annahme jemand theoretisch entkräften? Ich bin nicht so das Physikgenie aber wenn ein Bildsensor eine hellere Lichstufe wahrnimmt (IR Licht) dann müsste er den Rest ignorieren meine ich. Beeinflussen IR-Lichtquellen die Aufnahmequalität von digitalen Bildchips und/oder analoger Phototechnik? Mein Augenmerk liegt primär auf den Auswirkungen auf digitale Kleinstsensoren wie im Handy oder den CCDs in Überwachungskameras.

[Hmpf]

CCD Chips nehmen ein größeres Lichtspektrum wahr als das menschliche Auge.

Also das soweit schonmal korrekt...

Wenn man nun genug von diesen IR-Leuchten (z.B. ein Verbund aus Ultra-Bright LEDs) zusammenschaltet und vor einem Motiv anbringt, kann die Kamera (oder besser der Bildsensor) das Motiv nicht mehr aufzeichnen weil die Sensorzellen durch das IR-Licht überlagert werden. Das Bild ist also wenigstens zu großen Teilen weiss oder sehr hell.

Und auch damit liegst du richtig...
ist der gleiche Effekt als würdest du einen Baustrahler neben deinen Monitor stellen der dir ins Gesicht leuchtet. Vom Monitor ist dann auch nicht mehr viel zu sehen.

Man benötigt allerdings schon eine ganze Menge IR-LEDs wenn man die Aufnahme so weit überbelichten will, daß die eigentliche Information (also das Motiv) nicht rekonstruiert werden kann.

Ich bin nicht so das Physikgenie aber wenn ein Bildsensor eine hellere Lichstufe wahrnimmt (IR Licht) dann müsste er den Rest ignorieren meine ich.

Ignorieren ist vielleicht der falsche Ausdruck...
stell dir den Sensor vor wie ein riesiges Feld mit Wassereimern, wenn es dann ein bischen regnet, füllen sich die Eimer langsam mit Wasser. Nach einer bestimmten Zeit kannst du dann messen wie viel Wasser jeder Eimer enthält, und sie alle wieder ausleeren (dann kann es wieder von vorne los gehen).

Was passiert nun, wenn du in einen Eimer einen Gartenschlauch hältst? Richtig, er füllt sich schneller als nur durch den Regen. Natürlich landet trotzdem noch Regenwasser im Eimer, aber verglichen mit der Menge die durch den Gartenschlauch fließt ist das kaum der Rede wert.

Beeinflussen IR-Lichtquellen die Aufnahmequalität von digitalen Bildchips und/oder analoger Phototechnik? Mein Augenmerk liegt primär auf den Auswirkungen auf digitale Kleinstsensoren wie im Handy oder den CCDs in Überwachungskameras.

Ja, IR Licht beeinflusst die Aufnahmequalität digitaler Bildsensoren negativ, weshalb in praktisch jeder (digital-)Kamera ein IR-Sperrfilter vor dem Chip sitzt.

[meist3r]

Erstmal Danke für die schnelle Antwort.

Man benötigt allerdings schon eine ganze Menge IR-LEDs wenn man die Aufnahme so weit überbelichten will, daß die eigentliche Information (also das Motiv) nicht rekonstruiert werden kann.

Man kann also mit Filtern und durch Bildbearbeitung das Motiv u.U. dennoch sichtbar machen? Mir reicht es wenn man einen Teil des Motivs z.B. den Kopf einer Person (siehe unten) "überlagern" kann.

Was für eine Lichtstärke müsste man aufbringen um solch einen Effekt bei Tageslicht zu erreichen?

Ignorieren ist vielleicht der falsche Ausdruck...

Ignorieren IST der falsche Ausdruck ^^. Aber was du beschreibst ist genau das was ich mir überlegt hatte.

Um meine Idee mal ein bisschen besser zu beleuchten:
Ich habe die Bilder von IR-Leuchten gesehen die mit bloßem Auge unsichtbar sind aber auf Fotos weisse Flecken darstellen. Dann sah ich den Flim "A Scanner Darkly" in dem gibt es einen Anzug der die Identität von Personen überlagert und durch willkürliche Gesichtszüge ersetzt um sie so zu anonymisieren. Dann hatte ich einen Einfall. Was wenn man eine Art Helm/Mütze whatever konstruiert der mit IR-LEDs besetzt ist und das Gesicht/den Kopf in eine "Aura" aus IR-Licht einhüllt? Nach meiner Theorie müsste man mit so einem Ding an einer Kamera vorbeilaufen können ohne erkannt zu werden (weil das Gesicht nun noch ein weisser Fleck ist) während man mit dem bloßen Auge relativ normal aussieht (abgesehen von den vielen LEDs am Kopf) Das klappt natürlich nur bei CCD Kameras aber das sind ja fast alle mittlerweile glaube ich.

[Hmpf]

Was für eine Lichtstärke müsste man aufbringen um solch einen Effekt bei Tageslicht zu erreichen?

Naja, also beim Wassereimer-Vergleich ist es klar: die Information ist zerstört sobald die Eimer überlaufen, oder sobald die durch den Regen verursachten Unterschiede nicht mehr messbar sind.

Wann es bei einem Bildsensor soweit ist, hängt von sehr vielen Faktoren ab. Das fängt bei Blende und Verschlusszeit an, dann kommt der IR-Filter, der auch eine wesentliche Rolle spielt, und letztendlich natürlich der Sensor selbst (Wann die einzelnen Pixel "überlaufen" ist nämlich von Sensor zu Sensor unterschiedlich).

Um meine Idee mal ein bisschen besser zu beleuchten:
Ich habe die Bilder von IR-Leuchten gesehen die mit bloßem Auge unsichtbar sind aber auf Fotos weisse Flecken darstellen. Dann sah ich den Flim "A Scanner Darkly" in dem gibt es einen Anzug der die Identität von Personen überlagert und durch willkürliche Gesichtszüge ersetzt um sie so zu anonymisieren. Dann hatte ich einen Einfall. Was wenn man eine Art Helm/Mütze whatever konstruiert der mit IR-LEDs besetzt ist und das Gesicht/den Kopf in eine "Aura" aus IR-Licht einhüllt? Nach meiner Theorie müsste man mit so einem Ding an einer Kamera vorbeilaufen können ohne erkannt zu werden (weil das Gesicht nun noch ein weisser Fleck ist) während man mit dem bloßen Auge relativ normal aussieht (abgesehen von den vielen LEDs am Kopf) Das klappt natürlich nur bei CCD Kameras aber das sind ja fast alle mittlerweile glaube ich.

Theoretisch wäre das möglich...
zumindest wenn der in der Kamera verbaute IR-Filter das Licht der IR-LEDs (nahes IR) noch durchlässt. Bei Überwachungskameras dürfte es schon allein deshalb funktionieren, weil die ja oftmals selbst IR-LEDs zur Beleuchtung der Umgebung verwenden.

Aber naja, man muss schon verdammt helle LEDs verwenden, wenn keine Informationen mehr im Bild vorhanden sein sollen.


Es ist ja schon erstaunlich was man mit irgendeiner beliebigen 08/15 Software sichtbar machen kann. Wenn du einen Scanner hast, dann scanne damit z.B. mal ein doppelseitig mit Text bedrucktes Papier ein. Dann öffne das Bild in der Bildbearbeitungs-SW deiner Wahl, und probier mal aus was passiert wenn du eine "histogram equalization" durchführst.

[Frenky9]

Nach meiner Theorie müsste man mit so einem Ding an einer Kamera vorbeilaufen können ohne erkannt zu werden (weil das Gesicht nun noch ein weisser Fleck ist) .

Mal eine Frage: Warum willst du das tun?

[meist3r]

@Frenky9:

Mal eine Frage: Warum willst du das tun?

Einfache Antwort:
Weil ich wissen will ob sowas möglich ist.

Komplizierte Antwort:
In der Art Polizeistaat den uns unsere aktuelle Regierung da fröhlich zusammenzimmert will ich nicht leben ohne mir wenigstens Gedanken darüber zu machen wie ich unerkannt einkaufen gehen kann. Darum. Terrorabwehr hin, Gefahrenvermeidung her ... effektiv läufts darauf hinaus dass wir irgendwann alle rund um die Uhr gefilmt werden sobald wir einen Fuss vor die Tür setzen (siehe UK) und ich finde das mehr als beunruhigend wenn vorallem alle scheinbar damit einverstanden sind und einen auf "ich hab ja nichts zu verbergen" machen ... solange bis man ihnen dann die richtigen Fragen stellt und auf einmal waren die Kameras dann doch ein Fehler. Lieber jetzt ein bisschen rumspinnen und über Sachen nachdenken die man vielleicht gegen den BigBrother-Staat unternehmen kann als sich irgendwann im Internierungslager ins Knie zu beissen.

[fibbo]

...In der Art Polizeistaat den uns unsere aktuelle Regierung da fröhlich zusammenzimmert will ich nicht leben ohne mir wenigstens Gedanken darüber zu machen wie ich unerkannt einkaufen gehen kann.

Tip: Mach etwas Kohle und hau ab nach Madagaskar an die Küste. Da waren die Amis noch nicht und es wird bestimmt noch 20 Jahre dauern bis sich das ändert. Wenn überhaupt.

fibbo

[Schlusenbach]

Die Theorie lautet wie folgt:
... Wenn man nun genug von diesen IR-Leuchten (z.B. ein Verbund aus Ultra-Bright LEDs) zusammenschaltet und vor einem Motiv anbringt, kann die Kamera (oder besser der Bildsensor) das Motiv nicht mehr aufzeichnen weil die Sensorzellen durch das IR-Licht überlagert werden. Das Bild ist also wenigstens zu großen Teilen weiss oder sehr hell. Was also mit dem bloßen Auge sichtbar und klar zu erkennen ist erscheint auf einer Aufnahme als "weisser Fleck/weisse Flecken".

Das ist halb richtig - aber nicht ganz!
Dass das Bild unkenntlich wird setzt voraus, dass vor dem Abspeichern ein automatischer Weissabgleich stattfindet. Wird die volle Bildinformation gespeichert dann hast du keine Blendwirkung, oder nur begrenzt!
Aus Gründen der Datenkomprimierung und der Handhabe würde ich allerdings vermuten, dass Features wie automatischer Weissabgleich und Kontrast bei Überwachungskameras aktiviert sind.

Ein CCD (oder auch CMOS) Chip ist vergleichbar mit einem Array aus "Eimern, der Wasser aufsammeln" (wie oben beschrieben). Die Lichtempfindlichkeit von CCDs reicht von etwa 300 bis 1000 nm (etwas breiter als der sichtbare Bereich), ein Farbbild wird daraus erzeugt dass man den Pixeln verschiedene Farbfilter vorsetzt.
Nehmen wir einen Chip ohne Filter (schwarzweiss). Der Chip kann nicht unterscheiden ob das Licht rot, blau oder nahinfrarot ist. Er gibt eine Helligkeitsinformation aus. Überbelichtung führt zu Blooming-Effekten - d.h. der Wassereimer läuft über und das Wasser füllt die benachbaten Eimer, bis diese ebenfalls überlaufen und voll sind. Wo die Eimer voll sind hast du keinen Kontrast mehr und kannst nichts erkennen! Bei einem Farbchip ist das schonmal schwieriger als bei einem schwarzweiss Chip, da der NIR Bereich herausgefiltert wird.

Nun gibt es einen Unterschied zwischen CCD und CMOS Sensoren - bei CCDs wird beim Auslesen das Wasser in eine Richtung immer von Eimer zu Eimer weitergegeben. Ganz hinten steht ein Wandler, der nacheinander die Wassermenge pro Eimer misst und in ein Signal umwandelt. Blooming-Effekte sind bei CCDs recht ausgeprägt (vor allem in horizontaler und vertikaler Richtung.
Bei CMOS Sensoren besitzt jeder Eimer seinen Wandler. Daher sind diese Sensoren schneller (aber nicht so lichtstark). Da allerdings nicht die gesamte Chipfläche mit der photosensitiven Schicht gefüllt ist (der Wandler mus auch wohin), läuft das Wasser nicht so einfach in den Nachbareimer (da die Eimer nicht dicht an dicht stehen). Hier ist im Wesentlichen der Eimer voll, wenn er voll ist.

[Gast]

(Link wurde entfernt)

[Topfenfranz]

Das generelle Problem bei Infrarotfotografie dürfte die Tatsache sein, daß der IR-Filter sehr viel sichtbaren Licht schlucken muss, denn sonst entsteht kein IR- sondern ein mehr oder weniger normales Bild. Vorausgesetzt, in der optischen Kette befindet sich kein IR-Filter und der Sensor ist für den entsprechenden IR-Bereich ausreichend sensibel. Um nun eine ausreichende IR-Lichtstärke zu haben musst du entweder recht lange belichten (was bei bewegten Objekten schwierig sein dürfte) oder sie fast grillen.

Zusätzlich wird es noch Schärfeprobleme geben, da die Optik ja nicht für IR optimiert ist. Die chromatische Aberration ist deutlich höher als bei sichtbarem Rot. Außerdem ist Wärme der natürliche Feind jeglicher Erlrktronik.