廊下のむし探検

このブログではマンションの廊下にでてくる「むし」の紹介とカメラを使ったちょっとマニアックな趣味を紹介します

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カメラの波長感度3

手作り分光器を用いてカメラの波長感度分布を測定しているのですが、測定するたびに形が変化してしまいます。いろいろと考えてみたのですが、どうもカメラによる光の検出の直線性が悪いのではと思うようになりました。

そこで、シャッター速度を変えながら、スペクトルを測定して直線性を調べてみようと思い立ちました。光源には60W白熱電球を用い、透過型回折格子を用いた分光器でスペクトルを表示させます。

イメージ 1

これをカメラ(Nikon D70+Micro Nikkor 55mm)で撮影します。条件は、F8、ISO200です。シャッター速度は1/100sから2sまで変えました。できるだけ対数的に変化するように、1/100, 1/50, 1/20, 1/10, 1/5, 1/2, 1, 2sというように変化させました。その結果をRAWデータとして保存し、ViewNXというNikonの提供しているソフトで16bit TIFFファイルに変換し、さらに、ImageJでR、G、B別々にGray valueを求めました。その結果は驚くようなものでした。

イメージ 2

縦軸はGray valueを対数でプロットしています。16bitなので縦軸の最高値は65536です。横軸は殺菌灯の水銀発光線で補正した波長です。シャッター速度を対数的に変化させたので、本来ならば、線がほぼ等間隔に並ぶはずでした。Rでいうと波長が600nm以上の波長ではそのように見えます。強くなると飽和してしまうのは仕方がないですが。しかし、500nm以下を見ると、逆に変な成分が途中から増加し、形も変化していきます。Gでも500-600nmの範囲ではまずまずですが、それ以外は使い物になりません。Bも520nm以上はまったく駄目です。カメラがこんな風になっているなんて本当にびっくりです。

カメラの波長感度分布の測定の際、再現性がなかったのは、おそらく、こんな非線形な応答のせいでしょう。結局、まずまず直線性があって使える波長領域は、RでもGでもBでも非常に限られていることになります。そこで、それらの領域だけを集めてみたのが次の図です。

イメージ 3

この図では、Rは585nm以上の波長領域、Gは500-585nm、Bは500nm以下の波長だけにして合成したものです。全体に線が等間隔になるようになり、まずまず使えそうです。GとRの境は585nmでほぼ決まってしまうのですが、BとGの境は480-520nmの間であれば大丈夫です。こんな厄介なことを毎回やれば、可視光全体で光強度の測定ができることになります。

それでも良く見ると、線は等間隔というわけでもないので、やはり、カメラで光の強さを定量的に測定するのは難しいみたいです。つまり、可視光全体にわたって光強度どうしの引き算や割り算が伴うような測定(例えば、吸収スペクトルや反射スペクトルの測定など)は難しいというわけです。うーむ、残念!

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