¿Cuál es la curva de respuesta de una célula del sensor CMOS a la cantidad de luz?

Question

Usando mi Nikon D5100, disparando fotos en RAW y usando Darktable para desactivar absolutamente todas las curvas de contraste, el balance de blancos, la nitidez e incluso el debayer, he medido el valor medio de los píxeles verdes de cada foto en una prueba (por píxeles verdes me refiero a los píxeles físicos reales detrás de los filtros verdes del filtro bayer, los otros píxeles fueron ignorados).

Esta prueba consistía en, utilizando una luz constante (tanto en intensidad como en espectro) y variando el tiempo de exposición, encontrar la variación del valor medio de los píxeles verdes respecto a la cantidad total de luz en cada exposición (como todo lo demás se mantenía constante, la cantidad de luz integrada en cada exposición era directamente proporcional al tiempo de exposición).

Tengo los verdaderos tiempos de exposición de este sitio que he comprobado para ser exacto en el rango de milisegundos con un micrófono que graba el sonido del obturador.

Luego, hice un gráfico de los tiempos de exposición normalizados VS los valores promedio normalizados de los píxeles verdes para esos tiempos de exposición.

Lo que esperaba era ver una línea recta de 45º, siendo los valores directamente proporcionales a la cantidad de luz integrada en cada exposición.

Pero en su lugar obtuve un gráfico muy diferente:

Esto aquí es obviamente alguna función de respuesta particular del sensor CMOS. Todavía no he encontrado qué función hace el mejor ajuste en estos datos, los registros no funcionaron muy bien.

Entonces, ¿qué es esta función de respuesta y por qué es así?

Gracias.

Answer 1

Esto parece una raíz cuadrada, que puede ser la corriente de entrada/salida de un MOSFET de canal largo atado a la puerta.

Esta es una forma barata de comprimir el rango dinámico, y ampliar en gran medida los detalles de las sombras.

Answer 2

Oh, acabo de descubrir que el propio sensor CMOS era en realidad lineal. Lo que me sorprendió fue que había una compresión gamma que se aplica a la imagen final al exportar, porque la imagen fue escrita para que coincida con el estándar sRGB, no es Lineal RGB.

La compresión gamma hace exactamente una función Vout=Vin^(0,45), donde tanto Vin como Vout están en el rango 0-1. Por eso parece una raíz cuadrada.

Una vez exportadas de nuevo todas las imágenes (he vuelto a hacer medidas con mucha más precisión) he obtenido rectas ridículamente perfectas al variar tanto el tiempo de exposición (y manteniendo la luz fija) como la intensidad de la luz (manteniendo el mismo tiempo de exposición).

Nada con el sensor.