カメラが検出できる光束の最低レベルはどれくらいですか？

以前、ルシフェラーゼの写真を撮ることについて質問しました。今、私は光源がどれほど弱いかを知りたいと思っています。1ルーメンは1秒あたり何フォトンからですか？Physics Stack Exchangeでは、1ルーメンを作るフォトン/秒の数を決定できます。次に、カメラが検出するために必要なルーメンの最小量はどれくらいですか？

注：暗く調整された人間の目は単一の光子を検出できます！

ショート： ピクセルあたり約5ピコルーメン。NikonD3などの最も優れたデジタル一眼レフ。

長いです ：-） ：

検出可能な最小光源は、カメラと光源が占める画像領域の大きさによって異なります。最高の検出性を実現するために、すべてのエネルギーが1ピクセル領域に到達する場合、光源は「最も明るい」ものになります。ほとんどの場合、画像はあまり面白くありません:-)。

しかし、質問に非常に近似的な経験的答えを出すことを試みるには：

途中でさまざまな仮定を行い、最後にまとめて、必要に応じて調整できるようにします。

1 EVは明るい月光より少し上で、ISO 100でf1で1秒間正しく露出されます。

1 EV = 1ルクス= 1ルーメンあたり1ルーメン。

ここでは、ステラジアンとカンデラに飛び込み、より直感的な経験的用語に固執するという誘惑を避けます:-)。

12メガピクセルのセンサーを備えたNikon D3を使用していて、光子がまったくなく、ほぼ暗闇の中で見ることができるとします。
ISOが約100,000、f1が1 EVで1秒の露出、および暗視野減算では、D3でさえ多少ノイズが発生するため、特定のピクセルが照明されているかどうかを検出するのが難しい場合があります。ISOが12800前後になると、疑いの余地はほとんどありません。

1平方メートルの画像を撮影するようにカメラを設定すると、1 EV照明は合計1ルーメンを提供するため、1200万ピクセルセンサーは1ピクセルあたり〜1 / 12,000,000番目のルーメンを受け入れます。

それはf1とISO 100で1秒の露出です。
上記のようにISOを12800に上げると、1/12800少ない光を再び検出できます。
1/12ミリオンx 1/12800〜= 6.5 x 10 ^ -12ルーメン= 6.5ピコルーメン。
以前に使用したピコルメンを見たことがないと思います:-)

したがって、次のすべての場合：

• あなたはf1レンズを使います

• カメラは1ルクスまたは1 EVで1秒間ISO 12800で画像を撮影し、特定のピクセルに識別可能な変化を生成できます。

• あなたは12メガピクセルのセンサーを持っています

次に、1つのピクセル領域で約5ピコルーメン**を検出できます。
したがって、Nikon D3Sは比較的簡単に実行できます。
露出時間が長くなると感度が向上しますが、やがてノイズはD3に追いつきます。

12メガピクセルのセンサー全体で、78マイクロルーメンに相当します。これは、ルーメンの合計の1/12800です。これは、平方メートルあたり1ルーメンで平方メートルをイメージングする場合のISO設定の逆に過ぎないため、驚くことではありません。

画像領域、絞り、ISO、センサーピクセル、露出時間、またはカメラ機能を変えると、それに応じて答えが変わります。

特定のセンサーで得られる最大のメリットは、センサーを低温冷却することです。
そして、「通常の写真」の領域から問題を取り除く高度な写真乗算センサーがあります。例：電子増倍CCD、フレーム転送CCD、強化CCDなど

以下も参照してください。

ウィキペディアの天体写真

追加：センサーのダイナミックレンジ-

一部のカメラは、ピクセルあたりの光検出能力がD3より優れていることが示唆されています。実際に実際の写真を撮ることができるカメラの場合、D3はまだ低ISOの王様です。DxOMarkの評価については、こちらをご覧ください。
彼らはその理由と方法を上記のサイトで説明しています。

ピクセルごとの用語では、画像全体よりも強く、最も近い候補は実際には、square_root（Mp / 12）の係数で示されるよりも劣っています。たとえば、36 Mp D800は、ピクセルごとにsqrt（36/12）= 1.7の要素で示されるよりも悪いです。

追加：

長いスレッドを通り抜ける時間と忍耐力を持っている人のために、このDPReviewユーザーディスカッションでは、センサーのダイナミックレンジとより多くの関連資料について説明します。頭がかなり強固にぶつかっているかなり有能で強力な人々が何人かいますが、彼らは全体的にかなりの程度の合意に達しているようです。

センサーの最大ダイナミックレンジは、簡単なトピックの1つです。一般に、部分的にディザリングに起因するゲインにより、ADCビットよりも最大+ 1.8dB広いダイナミックレンジが可能になることが合意されています。

ADCがそのビット数よりも正確である場合、つまり、LSb = 1.0または1.00であり、実際の精度で1ではなく、ADCが実際の精度に関係なく、結果は安定しています。このような場合、設計された特性の制御されたノイズを追加することにより、ADCから概念的に保持されているよりも多くのビットを抽出することができます。

これは、主題を十分にカバーするNatSemi（現在のTI）アプリケーションノートです。
TI資料番号：SNOA232。ここ-> ディザを使用したA / Dコンバータのパフォーマンスの向上

National Semiconductor Application Note 804、Leon Melkonian、1992年2月

5ページの図12を参照してください。最適なディザノイズを追加すると、1/4 LSBの振幅信号を回復できます。ADCに2ビットを効果的に追加します!!!。

それはすべてあなたの露出の長さに依存します！望遠鏡をカメラに取り付けて星雲の写真を撮りました。画像センサーを使用して、LCDディスプレイの黒を測定しました。（それほど正確ではありませんが、センサーは光子を拾っていました...）露光は数分から30秒のオーダーでした。

ルシフェラーゼに関する以前の質問を読みました。まだ撮れなかったと思いますか？行った人に聞いて、何をしたかを確認してもらえますか、それとも一般的な知識のためだけの質問ですか？