Dass bei einer solchen Aufgabenstellung das Licht des Balls nicht moduliert ist kann ich mir kaum vorstellen. Ist es denn sonst dunkel genug im entsprechenden Spektralbereich?

Wenn es also darum geht eine DC Spannung von einem kleinen Wert auf einen größeren Wert zu bringen dann nimm eben einen Operationsverstärker geschaltet als "nicht invertierenden" Verstärker;

am besten gleich als Differenzverstärker, damit man den Wert der Umgebungshelligkeit abziehen kann. Hier im Wiki steht einiges unter -> Operationsverstärker <- als Differenzverstärker.
Manfred