Sensores: ¿Por qué el infrarrojo aparece morado en las cámaras digitales?

Los fabricantes de cámaras generalmente no especifican las curvas de respuesta de sus sensores. Sin embargo, los fabricantes de sensores sí. Aquí está la curva de respuesta para un sensor moderno:

Su sensor de imagen digital tiene una superficie cubierta de fotodiodos (y otras cosas). Hay microlentes para llevar la mayor parte de la luz a los fotodiodos. Cuando llega un fotón, a veces se convierte en un par de agujeros de electrones en el fotodiodo. El agujero migra a una difusión a tierra, y el electrón se acumula en un condensador. Una vez realizada la exposición, medimos el voltaje en el capacitor y descubrimos cuántos fotones llegaron.

La eficiencia cuántica aquí es la frecuencia con la que un fotón en cada longitud de onda producirá un electrón acumulado. Las tres curvas diferentes son para píxeles detrás de los tres tipos diferentes de filtros de color. Puede ver que a todos ellos les va bastante bien en el rango de 750 a 900 nm. Por lo general, su cámara tiene un filtro que refleja todo, desde 700 hasta 1000 nm. Cometí el error de especificar un filtro que cortaba solo 650 a 950 nm, y lo lamento cuando obtuvimos imágenes que muestran un montón de 950 a 1000 nm. Leica lanzó recientemente una cámara con un filtro que comenzó a cortarse a 750 nm más o menos, lo que les pareció bien hasta que los usuarios comenzaron a mostrar imágenes de terciopelo negro, que se refleja a 700 – 750 nm razonablemente bien. Ups

Estas son las curvas de respuesta de Wikipedia para los conos humanos, tomadas de Color:
Algo no se ve muy bien aquí, ya que parece recordar que el cono L tiene cierta recepción a alrededor de 400 nm, y pensé que el cono S también tenía una cola más gorda a 400 nm. Pero no tengo una mejor fuente que corrobore eso en este momento.

El cono S es un poco más pico que el fotodiodo azul de arriba, y el cono L es considerablemente más gordo que el fotodiodo rojo de arriba, especialmente en el rango 500-550. La mayor diferencia es entre el cono M y el fotodiodo verde.

Su monitor estimula esos conos con luz de todo tipo de cosas. Esto es lo que te ofrece un monitor Samsung XL20 con retroiluminación LED (gracias a xbitlabs, que tiene un artículo bastante bueno sobre este tema en los parámetros del monitor LCD contemporáneo: análisis objetivo y subjetivo).
Para leer este cuadro, recuerde que 4000 angstroms es 400 nm es el final del azul.

Si este monitor le dará la misma percepción de color de una cara, una hoja o un durazno, el monitor tendrá que estimular sus conos en la misma proporción en que fueron estimulados al mirar el durazno. Este problema tiene miles de dimensiones y lo vamos a simular con tres. Claramente, no va a funcionar todo el tiempo. Así es como se ve un espectro típico de una hoja de pacana (1):

De vuelta a la pregunta original. El control remoto típico emite luz de 940 nm. Si el filtro de corte IR sale a 950 nm, como lo hizo una vez mi filtro más barato, entonces un poco de esa luz entrará en el sensor. Puedes ver que va a estimular los tres tipos de diodos más o menos igual. El sistema de procesamiento de color adivinará qué tipo de luz visible haría eso. Claramente, no es una longitud de onda: desplácese hacia atrás hasta ese gráfico original y observe que no hay ningún lugar en la banda visible donde las tres curvas sean iguales.

Sin embargo, una mezcla de rojo y azul, alrededor de 480 nm y 600 nm, daría una respuesta igual de los tres receptores. Entonces eso es lo que debe ser. Se representará principalmente como rojo y azul, no mucho verde. Eso es lo que el monitor se iluminará y sus ojos verán S y L y algo menos M, e interpretarán eso como púrpura.

-Iain

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Las cámaras digitales tienen sensores de color individuales (generalmente rojo, verde y azul). Diferentes colores de luz excitarán el tipo de sensor correspondiente. Por ejemplo, la luz púrpura excitará los sensores azul y rojo por igual. Esta información se registrará en el archivo de imagen. Todos los elementos del sensor (rojo, verde y azul) son ligeramente sensibles a la luz infrarroja. En la mayoría de las cámaras, el sensor rojo es más sensible a la luz infrarroja, seguido por el sensor azul y luego el verde. Entonces, si la cámara apunta a una luz infrarroja, el sensor registra algo así como 60% rojo, 30% azul, 10% verde. Esto produce una imagen púrpura.

Tenga en cuenta que todas las cámaras están diseñadas para bloquear la luz infrarroja, sin embargo, parte de esta luz se filtrará dependiendo de la calidad de los filtros de la cámara.