Licht in lichtdichter Box ändert sich. Warum?

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Pidaeus Pidaeus Beitrag 1 von 16
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Hallo zusammen,

Ich arbeite an einem Projekt bei dem wir geschliffene Messeroberflächen fotografieren und die Bilder vergleichen.
Hierfür müssen natürlich die Lichtverhältnisse konstant sein, weshalb wir uns eine lichtdichte Box gebaut haben. In der Box befindet sich eine Befestigung für die Messer, die Kamera, ein schwarzer Zwischenboden um Spiegelungen auf der Oberfläche zu vermeiden und zwei LED Scheinwerfer, die die weißen Wände anstrahlen.

Die Kamera (Olympus E-520) wird über USB und Software (Olympus Studio 2) ferngesteuert. Belichtungseinstellungen natürlich manuell (1/3s bei f 1:10 und ISO 100). Der Weißabgleich hat auch einen festen Wert, wird aber später in Lightroom über eine Graukarte die auf jedem Foto drauf ist manuell eingestellt. Aufnahmen natürlich in RAW (bzw. das Olympuseigene (?) ORF-Format)

Der Vorgang läuft so: Deckel auf, altes Messer raus, neues rein, Deckel zu, am Rechner auslösen.


Jetzt mein Problem:

Eigentlich sollten sich in der Kiste nur die Messer verändern, d.h. einmal den Weißabgleich eingestellt sollte der für alle weiteren Fotos passen. Tut er aber nicht. Mit der Pipette auf der Graukarte kommen mal 9000K und mal 11300K raus.
Die werden jeweils in 20er Serien gefertigt, d.h. theoretisch immer 20 gleiche Messer, daher habe ich bisher aus jeder Serie bei einem Bild den Weißabgleich gemacht und den wert bei den restlichen 19 Bildern angewendet. Ergibt allerdings immer noch bei manchen Chargen sichtbare Unterschiede in den Farben. Bei manchen Chargen passt alles.

Zu den Unterschieden in der Farbtemperatur kommt teilweise ein deutlicher Helligkeitsunterschied zwischen den Chargen, nicht nur auf dem Bereich des Fotos auf dem das Messer ist, sondern auch auf dem Hintergrund, was m.E. bei gleichen Einstellungen und gleichen Lichtverhältnissen nicht passieren sollte.
Der Faktor ist hier aber definitiv das Messer, da die Ergebnisse (zumindest was Helligkeit angeht) reproduzierbar sind.

Die Messer (nicht die Fotos) sind optisch meist nur bei sehr genauem Hinschauen zu unterscheiden, innerhalb einer 20er Charge gar nicht.

Vielleicht hat irgendjemand eine zündende Idee woran das liegen könnte.

Grüße,
Pit
wittebuxe wittebuxe Beitrag 2 von 16
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Ob die Messerklingen je nach Grösse und Winkel zur Lichtquelle/Wänden die Kiste zusätzlich erhellen? Und wäre es nicht besser, mit schwarzen, lichtschluckenden Wänden zu arbeiten, um die Lichtführung besser kontrollieren zu können (Reflektionen)?
2wheel 2wheel Beitrag 3 von 16
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Vlt. liegt es an den LED-Lampen ....
effendiklaus effendiklaus   Beitrag 4 von 16
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Die beste Erfahrung mit Klingen habe ich Freiluft, bei bedecktem Himmel, gemacht.
Jedes Licht reflektiert auf den unterschidlichen Klingenflächen. Einfallswinkel=Ausfallswinkel.
Dabei kann extremes rauskommen.
Tanto Tanto effendiklaus 28.04.15 33

Selbst schwärzlich gefärbte Klingen zeigen bei bedecktem Himmel Kontraste.
Mein Bowie Mein Bowie effendiklaus 02.07.17 9
Mit Licht evtl. einen Lichtpunkt setzen (Wasser- oder Öltropfen?).
Edelmetall oder nur eine Kohlenstoff-Eisenverbindung?  :-) Edelmetall oder n… effendiklaus 21.03.17 5
Hier in der fc hat eine Dame mal ein blaugepliestertes Küchenmesser eingestellt. Das will ich auch mal ablichten.
Lichtmaler Köln Lichtmaler Köln Beitrag 5 von 16
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Zitat: Pidaeus 27.02.19, 13:09Zum zitierten BeitragVielleicht hat irgendjemand eine zündende Idee woran das liegen könnte.

1. Wie viel Zeit gibst Du den LED Leuchten um auf ihre volle Helligkeit zu kommen? Nur als Beispiel, einen Monitor für die Bildbearbeitung sollte man gute 30 Minuten in Betrieb lassen BEVOR man z.B. mit einem Spyder die Kalibrierung durchführt. Erklärung, erst nach dieser Betriebszeit haben die LED im Monitor ihre volle Leistungsfähigkeit erreicht! Somit wären sicherlich viele Fotos in den ersten 30 Minuten ohne Vorwärmung dann eh für die Tonne, da sich die LED noch zu sehr in ihrer Leistung verändern.

2. Woraus bestehen denn die Wände der Fotobox? Sind diese zu flexibel wirst Du bei jeder Bewegung der Box ständig andere Reflexe erzeugen, da sich durch Biegen der Wände die Winkel ändern... damit wäre dann der innere Aufbau zur Lichtmessung auch wieder hinfällig, da nicht reproduzierbar.

3. Wie stabil/fix ist die Auflage für die Messer? Gibt es hier ggf. auch zu flexible Lösungen? Dann siehe
Punkt 2.

4. Wieso verwendest Du nicht eine EINMALIGE Graukarten-Messung ohne Motiv-Inhalt in der Box, also ohne störende Einflüsse von Licht, welches sich am Motiv reflektiert? So hättest Du den Einfluss der Motive in der Box von der Lichtmessung entkoppelt und wieder einen Störfaktor weniger.

5. Ist die Halterung für die Beleuchtung evtl. ebenfalls zu flexibel, sodass sie bei Bewegung der Box in Bewegung gerät, so kann sich auch hier wieder der Winkel der Beleuchtung auf z.B. die Graukarte ändern und Ungenauigkeiten in der Lichtmessung erzeugen.

Grüße vom Lichtmaler aus Köln.
Hermann Klecker Hermann Klecker   Beitrag 6 von 16
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LED taugt halt nichts.

Aber will mir halt niemand glauben.

Aussagefähige Beispielbilder, als RAW, wären nicht schlecht, um genaueres sagen zu können.
MatthiasausK MatthiasausK Beitrag 7 von 16
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... und dann bleibt noch die Frage, was die Kamera schon tut, bevor die Bilder im RAW bzw. Olympusformat abgespeichert werden ...

Warum so lange Belichtungszeit? Rauscht die E520 (ist ja nicht mehr das neueste Modell, WIMRE) wirklich bei 200 oder 400 ASA soviel mehr, daß die Bilder unbrauchbar sind?

Die Box größer machen und eine Blitzanlage benutzen statt LEDs? Der Hermann Klecker hat schon recht:
Erstens gibts bei LEDs auch Qualitätsunterschiede und zweitens haben die ein sehr diskretes Spektrum, ein "LED-Weiß" ist was ganz anderes als ein "Sonnen"-Weiß, auch wenn es CRI 98% LEDs sein sollten - schau Dir die Meßmethode für den CRI an: https://de.wikipedia.org/wiki/Farbwiedergabeindex, dann weißt Du, was die LED-Hersteller optimieren .... und wenn Dein Motiv einige dieser 14 Frequenzen nicht reflektiert, dann ...
effendiklaus effendiklaus   Beitrag 8 von 16
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Lassen sich bei den LED-Leuchten keine Farbtemperaturen ändern?
Meine Hausleuchten lassen das zu.
MatthiasausK MatthiasausK Beitrag 9 von 16
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Dann hast Du trotzdem noch ein diskretes Spektrum.
Pidaeus Pidaeus Beitrag 10 von 16
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Hallo Zusammen,

Zunächst mal danke für eure Beiträge.
Entschuldigt die späte Antwort. Hatte viel zu tun.
Ich werde mal versuchen auf die Antworten einzugehen.

@wittebuxe
Die Messer sind alle vom gleichen Typ, d.h. gleiche Form und werden in eine speziell gefertigte Fixierung eingelegt um immer die gleiche Position zu haben. Eine Variation von Winkel/Größe wäre wenn überhaupt wirklich extrem gering.
Die weißen Wände sollten eine möglichst gleichmäßige diffuse Beleuchtung ergeben. Um zu sagen ob das die richtige Entscheidung war fehlt mir die Erfahrung in dem Bereich. Schwarze Wände wären auf jeden Fall einen Versuch wert.

@effendiklaus
Freiluft ist keine Option, da sich die Lichtverhältnisse ändern. Das Ziel sind keine hübschen Fotos, sondern die Fotos per Bilderkennung/Bildverarbeitung zu untersuchen und Rückschlüsse auf die Oberflächeneigenschaften zu ziehen.

@Lichtmaler Köln
zu 1) Die LEDs sollten lange genug an sein. Der Effekt tritt auch nach 2-3 Stunden noch auf. Wie gesagt vor allem auch sehr stark beim Wechsel zwischen Chargen, d.h. Andere Oberflächeneigenschaften wie Rauheit und Glanz (Mit Messgeräten gemessen)

zu 2) Die Box hat ein Gerüst aus 20mm Stahlprofilen, geschweißt, also bombenfest. Darauf sind Sperrholzplatten als Wände aufgeschraubt. Da sollte nichts wackeln.

zu 3) und 5) Auflage für die Messer ist aus dem 3D Printer, speziell für die Messer gefertigt und auf eine Stahlplatte unter dem Sperrholzboden (ebenfalls festgeschweißt) aufgeschraubt. Da kann auch nichts wackeln. Dasselbe gilt für die LEDs. Die Box wiegt auch gefühlt ca. 20 Kilo, die bewegt sich nicht so leicht, wenn man etwas aufpasst.

zu 4) Eine einmalige Messung bzw. ein fester Wert für den Weißabgleich war ja ursprünglich angedacht. Vielleicht war es ein Denkfehler den Weißabgleich je Messer zu ändern.
Die Farbwerte die unsere Bilderkennungssoftware ausspuckt korrelieren jedenfalls mit den angepassten Weißabgleich-Werten nicht mit unseren gemessenen Werten. Eventuell deshalb, weil ich durch den Weißabgleich auf die Graukarte genau die Farbvariationen die wir suchen zerschossen habe.
Werde auf jeden Fall noch eine Versuchsreihe Starten mit festem Weißabgleich.

@MatthiasausK
Was die Kamera tut… Weiß man nicht, oder?
Spielt denn die Belichtungszeit eine Rolle? Kamera ist fest montiert, da verwackelt also nichts. Was versprichst du dir von der Variation größere ISO, kürzere Zeit?
Der Einwand mit den Frequenzen ist gut. Hat denn ein normaler Aufsteckblitz ein kontinuierliches Spektrum? Dann könnte ich das ohne größeren Aufwand mal testen.


Ich hatte noch folgende Idee (mit einem dicken Fragezeichen):
Die Messer haben eine furchige/wellige Oberfläche (erkennt man in den Fotos). Jeder kennt den Effekt wenn man weißes Licht durch ein Prisma Schickt. Es wird in die Spektralfarben aufgetrennt. Äquivalent funktioniert das mit einem Gitter (natürlich ein sehr kleines).
Ohne nun groß recherchiert zu haben könnte ich mir vorstellen, dass eine regelmäßige gewellte Oberfläche einen ähnlichen Effekt auf das Licht haben kann.
Je nach Wellenlänge auf der Messeroberfläche würde also ein bestimmter Teil des Farbspektrums auf die Kamera treffen und Farbveränderungen auslösen.


Edit: Jetzt wollte ich gerne die ORFs anhängen, geht aber nicht. also hier mal zwei JPGs mit gleichen Einstellungen:


Schinken-F1-32 Schinken-F1-32 Pidaeus 17.04.19 0



Schinken-F2-01 Schinken-F2-01 Pidaeus 17.04.19 0
MatthiasausK MatthiasausK Beitrag 11 von 16
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Zitat: Pidaeus 17.04.19, 13:32Zum zitierten BeitragWas die Kamera tut… Weiß man nicht, oder?
ICH jedenfalls weiß es nicht.

Aber je mehr Du erzählst ("fast wie beim Prisma"), sind wir hier bei einer wissenschaftlichen Anwendung, die sehr hohe Auflösung, sehr hohe Genauigkeit beim Licht und eine sehr ausgeklügelte Schwingungsdämpfung benötigt. Ich vermute mal, der Werkstudent soll das Thema Materialprüfung umfassend im Rahmen einer Semesterarbeit bearbeiten, weil das vom spezialisierten Anbieter angebotene Gerät zu teuer ist und wir machen das mit links. Bin ich auf der richtigen Spur? (Hier in der Gegend sucht ein "Weltmarktführer" einen Studenten, der ihm eine "globale Supply-Chain-Strategie" als Masterarbeit erstellt ... es ist alles so hoffnungslos)

- Licht: Du solltest generell nach einem genau definierten Dauerlicht mit minimalen Abweichungen (to be defined) und einem sehr guten Netzgerät, das allfällige Stromschwankungen nicht an die Lichtquelle weitergibt, suchen. Das ist nicht ganz billig. Aber der Physiker Deines Vertrauens oder der Materialprüfer des Auftraggebers weiß sicher weiter.
Brauchst Du eigentlich verschiedene Frequenzen oder würde Dir Licht einer definierten Wellenlänge nicht schon genügen?

- LEDs: Du sprichst von Farbtemperaturen jenseits der 9000K, das ist ein ziemlich sattes Blau - ich geh vorsichtshalber davon aus, daß Du weißt, was Du willst und warum Du ausgerechnet dieses tiefblaue Licht haben willst. Aber was für LEDs um [wemauchimmer] willen verwendest Du, um an derart blaues Licht zu kommen? Wenn die Farbtemperatur in der Box gemessen (Meßgerät?) ungefähr Tageslicht (ca. 5000-5500) sein sollte und das Bildergebnis 9000-11000 zeigt ist - dann macht die Kamera was falsch (oder sie macht genau das, was ihr gesagt wurde, vom Konstrukteur und vom Bediener).

- Aufnahmegerät: Wenn Du so feine Strukturen auflösen willst, wie Du das unten beschreibst, dann sind wir ja schon fast im Bereich der Quantenphysik. Da mag eine (auch schon wieder recht alte) 4/3-kamera (was für eine Auflösung hatte deren Sensor? 12MP? Und was davon bringt das Objektiv auf den Sensor?) nicht das Richtige sein. Und was macht die Kamera bei derart blauem Licht intern? siehe oben, ich weiß es nicht.
Vielleicht wäre es - abgesehen von der Farbe - ganz interessant, mal zu eruieren, ob Deine Kamera/Obejktiv-Kombination für das Problem überhaupt adäquat ist. Welche Auflösung brauchst Du? Und was kommt im Bild an Auflösung überhaupt an? Oder ob Du in Wirklichkeit bereits Phantome fotografierst. Dazu reicht im wesentlichen der Strahlensatz. (Edit: Jetzt bekomme ich auch Deine Beispiele angezeigt, das schimmert ja schon recht bunt in den feinen Strukturen, das scheint mir also schon sehr grenzwertig zu sein, vielleicht auch schon jenseits der Grenze)

- Meßraum: Was der eine als "fest montiert" bezeichnet, nennt der andere "wackelig" (ich war zB gerade gestern mit schwerem Manfrotto mit Panoramakopf draußen - und das System hat sich definitiv bewegt - und ich hab geflucht). Und worauf steht das "fest montierte" Gerät? Wie groß und schwer ist die schwingungsgedämpfte Bodenplatte?
Wenn Du jetzt schon so kleine Strukturen auflösen willst, daß Du schon die Vermutung "analog zum Prisma" äußerst, dann bist Du auch so weit, daß ein vorbeifahrender LKW oder ein vorbeilaufender Kollege die Kamera zum Bewegen bringt. (Um wieviel darf sich die Kamera in Relation zum Objekt bewegen, daß die Abweichung weniger als x Pixel ist? Und wie groß darf x sein, daß die Messung gerade noch aussagekräftig ausgewertet werden kann? Siehe oben)
Und 1/3s ist seeeehr lang, da kann so ein System schon wunderschön ins Schwingen kommen.

Ääähm: Der Spiegel ist hoffentlich hochgeklappt?
wittebuxe wittebuxe Beitrag 12 von 16
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Versuch doch einfach mal, deine speziell geschliffenen Messer gegen stinknormale mit hochglänzender Oberfläche zu tauschen, und guck, ob die Effekte weiterhin auftreten. Damit könntest du den Schliff als Verursacher vlt. ausschliessen.
Lichtmaler Köln Lichtmaler Köln Beitrag 13 von 16
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Zitat: Pidaeus 17.04.19, 13:32Zum zitierten Beitragzu 4) Eine einmalige Messung bzw. ein fester Wert für den Weißabgleich war ja ursprünglich angedacht. Vielleicht war es ein Denkfehler den Weißabgleich je Messer zu ändern.
Die Farbwerte die unsere Bilderkennungssoftware ausspuckt korrelieren jedenfalls mit den angepassten Weißabgleich-Werten nicht mit unseren gemessenen Werten. Eventuell deshalb, weil ich durch den Weißabgleich auf die Graukarte genau die Farbvariationen die wir suchen zerschossen habe.
Werde auf jeden Fall noch eine Versuchsreihe Starten mit festem Weißabgleich.


Ja, es war definitiv ein Denkfehler! Wieso willst Du den Weißabgleich je Messer ändern, wenn es Dir doch gerade darauf an zu kommen scheint, unterschiede bei den Aufnahmen ZU FINDEN und nicht durch erneute Einstellung zu eliminieren?

Was tut denn der Weißabgleich? Wofür ist der da?
Antwort:
Er ist dafür da um der Kamera einen einzigen Referenzwert für die Darstellung der Farben in einem Bild unter Verwendung einer einzigen, bestimmten LICHTQUELLE zu geben!

Anders gesagt, jede Lichtquelle hat ein anderes Spectrum (das brauch ich Dir ja nicht erklären, das weist Du längst). Aufgrund dieses speziellen Spectrums der Lichtfarben, werden Farben bestimmter Motive (Messer) unterschiedlich reflektiert, bzw. erscheinen die Farben ein und desselben Mesers mit verschiedenen Lichtquellen auch unterschiedlich in der Farbe zu sein, was aber nur am Spectrum der Lichtquelle liegt und eben NICHT am Motiv (Messer)!

Mit dem einmaligen Weißabgleich (sofern das Spectrum der Lichtquelle die nötigen Lichtfarben im nötigen Verhältnis enthält), EICHST Du Deine Kamera, auf genau DIESE LICHTQUELLE, damit nur mit DIESER LICHTQUELLE Weiß auch weiß aussieht und nicht grün oder blau oder rot!

Veränderst Du nun die Materialien (Motive, Messer) welche genau dieses Spectrum reflektieren sollen um ÄNDERUNGEN im Reflektionsverhalten der Materialien zu erkennen, so darf sich der Weißabgleich auf gar keinen Fall mit dem Motiv ändern!
Unter Verwendung der gleichen Lichtquelle MUSS der Weißabgleich identisch bleiben, sonst ist die Eichung der Kamera auf die Lichtquelle futsch.

Grüße vom Lichtmaler aus Köln.
Ingo Schlotterbeck Ingo Schlotterbeck Beitrag 14 von 16
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Hi,

auch wenn ich keine Antworten habe, vielleicht helfen ja meine Fragen bei der Lösungsfindung…

- hier wurde ja gesagt, dass die Schleifrillen sehr eng beieinanderstehen und da ein gewisses "Schillern" zu beobachten sei
- entspricht der Abstand dieser Rillen auf den Bildern in etwa der erreichbaren Auflösung der Kamera / Objektiv Kombination bzw. einem (geringen) vielfachen davon
- sind die Rillen relativ senkrecht zur Kante vom Sensor
- verstehe ich das richtig: der Weißabgleich misst die einzelnen, im Licht vorhandenen, Spektralen Anteile und ermittelt daraus eine Farbtemperatur
- so wie ich das erinnere, ist die Bayermatrix wie folgt aufgebaut: in jeder Zeile wechselt sich ein Grün-Pixel mit einem Farb-Pixel ab; also eine Zeile Rot-Grün, die nächste Grün-Blau und so weiter…
- Kanst Du das Setup mit einer echten (!) SW-Kamera überprüfen (Web-Cam würde ausreichen) und den Effekt reproduzieren

- kann es sein, dass durch eine winzige Verschiebung der Rillen gegenüber der Sensormatrix ein völlig anderer Farbeindruck erzeugt werden kann -> ich denke da gerade ein bisschen in Richtung Interferenzen

Gruß

PS: frohe Ostern wünsche ich
Pidaeus Pidaeus Beitrag 15 von 16
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@MatthisausK
Es handelt sich in der Tat um eine wissenschaftliche Anwendung, allerdings nicht als Werkstudent, sondern als Hilfskraft an der Uni. Ziel ist über einen Machine Learning Algorithmus anhand der Bilder die Oberflächeneigenschaften der Messer vorherzusagen. Verglichen werden die Ergebnisse mit traditionell (mit den entsprechenden Messgeräten) gemessenen Werten.
Genau wie die Oly und das benutzte Objektiv wurden die LEDs (eigentlich Bühnenbeleuchtung) aus dem einfachen Grund gewählt weil sie schon vorhanden waren, wohlgemerkt mit Option auf Nachrüstung, soll heißen: „Wir schauen mal ob’s damit klappt und sehen dann ob wir was anderes brauchen.“ Wir tasten uns ran.
Die Farbtemperatur ist einfach die „Weiß“ Einstellung an den LEDs. Ich ging davon aus, dass die keine Rolle spielt solange sie bei allen Fotos gleich bleibt, habe sie also nicht bewusst gewählt.
Zur Auflösung: Wir haben eine Hand voll Mikroskopaufnahmen von den Messeroberflächen, hier sind Rillen im einstelligen µm Bereich zu erkennen. Bei inzwischen knapp 2000 Messern sind allerdings solche Aufnahmen (haben wir nicht selber aufgenommen) nicht drin.
Als nächster Versuch wird wohl mal ein Makroobjektiv herhalten müssen.

@wittebuxe
Die Messer unterscheiden sich nur durch den Schliff. Gleiches Material, gleiche Größe und Form, alle aus der gleichen Schmiede, in den gleichen Maschinen mit den gleichen Einstellungen bearbeitet, lediglich bei diesem einem speziellen Schleifvorgang werden von uns die Parameter verändert.
Weiterhin soll der Schliff nicht als Verursacher ausgeschlossen werden, im Gegenteil, wir wollen Unterschiede erkennen und quantifizieren.

@Ingo Schlotterbeck
Dann müsste eine andere Kamera (andere Sensorgröße/Auflösung) andere Farbverschiebungen produzieren. Wobei die natürlich dann auch wieder von anderen Faktoren kommen könnten.
Interessant, Ich werde recherchieren, probieren und berichten.


Weiterhin vielen Dank für die Anregungen
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