Hi!
Ein Fototransistor und Fotowiderstand sind sehr Nicht-Linear, Fotodioden sollten da besser geeignet sein.

Was du noch ausprobieren könntest, ist eine Aufzeichnung Lichteinfall/Stromstärke. Das sollte Linearer sein, als eine Spannungsmessung.

Zu deinem Problem mit den Wärmequellen: Die sind kein Problem! Wärmestrahlung tritt im Bereich von 8 bis 14µm auf, dein Transistor arbeitet aber im Bereich von 0,8 bis 1 µm. Störungen können aber trotzdem auftreten...in der Regel sollte das Licht vom Ball aber mit einer bestimmten Frequenz gepulst sein (-> Nachfragen!).

In der Schaltung sollten die Widerstände R1 und R4 für eine Strombegrenzung sorgen um die Bauteile nicht zu überlasten, C2 wird wohl die Funktion einer Sample and Hold Schaltung einnehmen (sie "speichert" den Wert des SFH wenn der Strom weg ist). C1, den Gleichrichter und die zwei Dioden am Ausgang des LM324 kannst du weglassen und den Ausgangspin (über R4) direkt an dem Mega legen.

Wenn du die Bauteile da hast, kannst du ja mal etwas herumprobieren.

MfG