Kompaktes (USB?) Spektrometer gesucht

[Florian D.]

Hallo Werner,

das verstehe ich immer noch nicht so richtig.
Anbei ein Beitrag, der meiner Vorstellung weitgehend entspricht:
https://www.edinst.com/blog/second-order-diffraction/

Viele Grüsse
Florian

[mhaardt]

Dirk: Das klingt so, als würde der Durchschnitt der drei Farbkanäle benutzt.  Wenn ein Kanal nahe der Sättigung ist, z.B. bei 200, und die anderen Kanäle nichts zeigen, dann kommt als Durchschnitt natürlich ein recht kleiner Wert heraus.  Sowie ein Kanal gesättigt wird, ist der Durchschnitt zum Licht sehr nichtlinear, aber schon wenn er in der Nähe der Sättigung ist, wird das Photonenrauschen einseitig abgeschnitten und die Nichtlinearität beginnt.

Es wäre klüger, wenn die Kanäle entsprechend der Quanteneffizienz des Sensors gewichtet würden.  Gibt es in der Software vielleicht so etwas, oder wenigstens die Möglichkeit verschiedener Aggregationsverfahren?

Die Sache klingt für mich nach einem Softwareproblem.

Michael

[Lupus]

Hallo,

Das klingt so, als würde der Durchschnitt der drei Farbkanäle benutzt. Wenn ein Kanal nahe der Sättigung ist, z.B. bei 200, und die anderen Kanäle nichts zeigen, dann kommt als Durchschnitt natürlich ein recht kleiner Wert heraus.  ...
Die Sache klingt für mich nach einem Softwareproblem.

Ob man die Summe oder den Durchschnitt der Kanäle bildet ist egal, zahlenmäßig ist der Unterschied im Ergebnis ein konstanter Faktor 3. Das Ganze kann kein Softwareproblem sein da jeder Kanal individuell je nach (örtlich) unterschiedlicher spektraler Belichtung in den nichtlinearen Bereich kommen kann. Das ist ein grundsätzliches Problem wenn ein Spektrograph mit einem Farbsensor ausgestattet wird.

Hubert

[Werner]

@ Florian:

Jetzt verstehe ich Deine Bedenken. Das Problem wurde (seit Mitte 1900er) weitgehend durch Verwendung geblazeter Gitter beseitigt. Bei gleicher Gitterkonstante kann man das Licht durch Aufbau eines Gitters aus lauter schmalen Spiegelstreifen in eine bevorzugte Richtung lenken. Die Winkelstellung dieser Streifen bestimmt das. Dieser Blaze-Winkel (Glanzwinkel) wird entweder als Winkelgrad oder als Blaze-Wellenlänge hinten auf dem Gitter angegeben. Die Intensität des emittierten Lichts folgt einer Glockenkurve mit Maximum beim Blazewinkel. Für "normale" Spektrometer reicht das aus, weil die Intensität der zweiten Ordnung damit unter 1 % oder weniger gedrückt wird und die nicht mehr stört.
In der Praxis sieht man die zweite Ordnung nur mit sehr intensiven Lichtquellen, z.B. einer Hg-Lampe, und auch nur schwach bei Dunkelheit.
Science-Surplus bietet Gitter gleicher Konstanten mit verschiedenem Wellenlängenbereich an, die unterscheiden sich dann nur durch den Blazewinkel.

Bei Fluoreszenzspektrometern sieht das wegen der hohen Empfindlichkeit der Fluoreszenz anders aus, da muß man die zweite Ordnung durch Filter noch viel weiter abschwächen. Bei normalen Laborspektrometern schenkt man sich den zusätzlichen Aufwand eines Filterrades aus Profitgründen.

Gruß - Werner

[mhaardt]

Ob man die Summe oder den Durchschnitt der Kanäle bildet ist egal, zahlenmäßig ist der Unterschied im Ergebnis ein konstanter Faktor 3. Das Ganze kann kein Softwareproblem sein da jeder Kanal individuell je nach (örtlich) unterschiedlicher spektraler Belichtung in den nichtlinearen Bereich kommen kann. Das ist ein grundsätzliches Problem wenn ein Spektrograph mit einem Farbsensor ausgestattet wird.

Summe oder Durchschnitt macht etwas aus, wenn man nur ganzzahlige Werte bekommt, aber das meinte ich nicht.  Man könnte zur Aggregation auch das Maximum der Farben einer Spalte benutzen oder mit Weißlicht drei partiell überlappende Farbbereiche identifizieren, so dass man sich nicht das SNR durch Pixel mit den falschen Filtern kaputt macht.  Gleichzeitig unterdrückt man damit einen Teil der nächsten Beugungsordnung.  Eine Verwässerung des SNR ist ein Softwareproblem.

Man darf bei keinem Spektrometer die Pixel sättigen, Farbfilter oder nicht.  Ich wäre enttäuscht, wenn die Software in dem Fall keine deutliche Warnung für die betroffenen Wellenlängenbereich abgäbe.

Sehe ich es recht, dass Du das Bild zu sehen bekommst? Kannst Du die Kamera des Spektrometers etwa in Windows gar normal benutzen? Das wäre interessant, weil das Format dann vermutlich YUY2 ist, was bereits eine Verrechnung inkl. nichtlinearer Helligkeitskodierung enthält, so dass man leider nicht mehr weiß, welche Werte die Pixel wirklich haben und tatsächlich keine Kalibrierung der Intensität möglich wäre - was ebenfalls ein Softwareproblem wäre.

Michael

[Masterdark]

Spectragryph zeigt zum Spektrum auch immer ein Webcam Fenster mit einem "Clipping-Indikator" für die Farbkanäle.
Wie zu erkennen, wird schon bei einem Intensitätswert von 80 bei ca. 450nm ein Clipping für blau angezeigt.

Ob ich die Kamera einfach unter Windows nutzen kann, kann ich nicht sagen.


Grüße,
Dirk

[Florian D.]

@Werner,

das Blazing maximiert die Ablenkung in bestimmte Richtungen. Ich sehe aber nicht, dass das bei überlappenden Ordnungen hiflt.
Es werden schliesslich 2 verschiedene Wellenlängen in dieselbe Richtung gestreut. Allerdings würde das Blazing erklären, dass die Linien 2. Ordnung, zumindest für Licht im UV und im blauen intensiver sind, als die 1. Ordnung. Das ist sicher etwas, was man durch Neigung des Gitters beeinflussen könnte. Allerdings ist der Detektor ja im IR ohnehin wenig empfindlich, so dass man dort noch weitere Intensität einbüssen würde. 

Viele Grüsse
Florian

[Kurt Wirz]

Hallo

Ich messe Spektren von Lichtquellen.
Zum einfachen Eichen oder Kontrolle, eignen sich auch Dreibandenlampen (Sparlampen).
Ich habe bei 5 Sparlampen von unterschiedlichen Herstellern die Spektren verglichen, die Peaks sind alle bei den gleichen Frequenzen.
Siehe dazu:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fluorescent_lighting_spectrum_peaks_labeled_with_colored_peaks_added.png

Kurt

[Stuessi]

Allerdings zeigt sich schon ab Intensitätswerten von etwa 50 ein deutlich sichtbares, nicht lineares Verhalten. Ist man nicht nur an einzelnen "Peaks" im Spektrum,
sondern am Intensitätsverlauf über einen gewissen Wellenlängenbereich interessiert, reduziert sich der nutzbare Wertebereich für die Y-Achse (Intensität)
auf < 50.

Hallo Dirk,

mit einer Belichtungsreihe habe ich untersucht, ob der Fehler vielleicht typisch für einen RGB-Farbsensor ist, konnte diese Vermutung aber nicht bestätigen.



(Bei einem Prismenspektroskop ist der blaue Bereich sehr auseinandergezogen. Deshalb scheint der Blau-Anteil geringer als der Rot-Anteil zu sein.)

Gruß,
Rolf

[hugojun]

Hallo Rolf,
sind nicht die hohen Pixel die niedrige
Wellenlänge?
LG
Jürgen

[Lupus]

Hallo Rolf,

wenn man z.B. die Kurve mit 1/1000 s Belichtung (gelb) linear bis zum Maximum der Kurve mit 1/125 s (dunkelblau) skaliert, sieht man dass sich der Sensor nicht linear verhält (rote Kurve). Das ist aber eigentlich nichts neues (nur nicht so ausgeprägt) in der allgemeinen Fotografie: Wenn ich ein farbiges Objekt mit stark unterschiedlichen Belichtungswerten fotografiere ändert sich die Farbbalance bei den meisten Kameras etwas. Und selbst eine Graukarte, mit der man ja eigentlich alle Farbkanäle gleichmäßig und gleichartig belichtet, zeigt bei genauer Betrachtung eine Farbverschiebung bei stark abweichender Belichtung. Es geht hier übrigens nicht um Sättigung des Sensors sondern dessen nichtlineares Verhalten.

Hubert

[mhaardt]

Ein Sensor ist sehr linear, aber die Helligkeit ist in Bildern typischerweise gammakodiert oder ähnlich, wie BT.709.  Wenn man nun ein billiges Standard-Kameramodul mit UVC benutzt und sich nicht die Mühe macht, statt z.B. YUY2 die Rohdaten zu übertragen, dann kommt so etwas dabei heraus.  Wenn das TIFF die linearen Rohdaten enthielte, dann wäre jede Kurve doppelt so hoch wie die Kurve davor.

Michael

[Kurt Wirz]

Hallo
Bei den Zahlenwerten einer RAW Datei nimmt die hellste Blende 50% der möglichen Werte ein. Die zweithellste Blende 25%, die dritthellste 12.5% u.s.w.
Eine Blende = doppelter oder halber reeller Lichtwert.

Beim TIF und JPG Format ist die Verteilung anders.
Die hellste Blende geht von etwa 223-255
Die zweit hellste Blende von 179-223
3. Blende 122-179
4. Blende 68-122
5. Blende 34-68
6. Blende 17-34
7. Blende 8-17
8. Blende 4-8
9. Blende 2-4
10. Blende 1-2
Eine Verdoppelung ist nur bei mittleren und dunklen Lichtwerten, der helle und hellste Bereich ist gestaucht.
Also umgekehrt wie beim RAW Format.

Kurt

[Stuessi]

Also umgekehrt wie beim RAW Format.

Hallo Kurt,

diesen Satz verstehe ich nicht.
Nach Deiner Erklärung sind Zahlenwert und Helligkeit proportional zueinander bei geringer und mittlerer Aussteuerung. Nur bei starker Aussteuerung wird beim JPEG-Format "gestaucht". Was ist da umgekehrt?

Gruß,
Rolf

[Kurt Wirz]

Hallo Rolf

Beim RAW Format besitzt der Bereich zwischen der hellsten Blende und um eine Blende abgedunkelt, am meisten Tonwertstufen (technisch bedingt und unserem Empfinden von Auge nicht angepasst).
Mit Belichtung nach ETTR versucht man in der Fotografie, diesen Bereich optimaler zu nutzen.
Die Anzahl der Tonwerte (innerhalb dem Bereich einer Blende) halbiert sich mit jeder Blendenstufe.
(Meine Erklärungen sind immer etwas holperig, deshalb reichte es bei mir nicht zum Akademiker  )

Beim TIF und JPG Format besitzt der Bereich der
hellsten Blende etwa (225-223) 32 Tonwertstufen,
die zweithellste Blende (223-179) 44 Tonwertstufen
3. Blende (179-122) 57 Tonwertstufen
4. Blende (122-68) 54 Tonwertstufen
5. Blende (68-34) 34 Tonwertstufen
usw.
Der Bereich der hellsten Blenden enthält weniger Tonwertstufen, ist somit "gestaucht" und nicht linear.
(Im mittleren Bereich der Blenden und somit der Helligkeit werden innerhalb des Bereiches einer Blende am meisten Tonwertunterschiede gespeichert, dies vermutlich, weil dieser Bereich für uns am informativsten ist)?

Dies bezieht sich auf die Zahlenwerte in der Datei.
Wie linear diese nicht linearen Zahlenwerte sich am Monitor, betreffend Linearität der Helligkeit äussern und welchen Helligkeitseindruck wir mit dem Auge empfinden, ist eine andere Geschichte.

Kurt