CMOS vs CCD

[cbuil 3 446]

Vous trouverez ici pas mal d'éléments de comparaison qui permettent de
juger les performances relatives des caméras équipées de capteur CCD d'un coté, et de
capteur CMOS de l'autre. Je compare les caméras ATIK460EX, ATIK414EX, ASI290MM et ASI1600MM.

Le domaine est celui de la spectrographie, mais certaines informations peuvent êtres utiles
aux astrophotographes. C'est ici :

http://www.astrosurf.com/buil/CMOSvsCCD/index.html

C'est en anglais, désolé, mais il y a de nombreux tableaux et figures, en particulier ce
tableau qui résume les performances primaires, aussi bien que j'ai pu les mesurer :

On peut faire de la science pointu avec un caméra CMOS relativement économique, comme
ce programme de recherche qui va débuter avec des amateurs consistant à surveiller l'activité
chromosphérique de certaines étoiles (en gros, on repère les plages faculaires et les protuberances
dans des étoiles autres que le soleil en observant les raies H et K du calcium, comme on le fait
(presque) avec un spectrohéliographe - impressionnant en fait et pas si dur à faire) :

Il faut remarquer ici les pics d'émission au coeur des raies du calcium. Tout cela bouge au grès de
la rotation de l'étoile, des éruptions, etc. Passionnant.

Bonne lecture !

Christian Buil

[Ce message a été modifié par cbuil (Édité le 27-08-2017).]

[PETIT OURS 24 627]

merci Christian, et bravo

[DOLGULDUR 121]

Superbe travail! Merci beaucoup pour les details !

[Lucien 11 292]

Merci Christian !
Toutes ces informations sont très utile pour moi.

Lucien

[DOLGULDUR 121]

Pour completer mon premier commentaire, tu aurais des references / un livre a cheval entre electronique et traitement du signal en particulier pour comprendre un peu mieux les formules de calcul utilisees en debut de page ?

Merci d'avance.

[cbuil 3 446]

Pour ce qui concerne les infos sur le calcul de la performances des détecteurs, c'est un peu disposé dans la littérature (j'essaye moi même d'écrire un truc sur cela entre-autre, mais le temps...). Faut fouiller sur le web et sur google (detector characterisation). La mathématique là derrière est assez simple et concerne la statistique sur le bruit (erreusr) et la combinaison de ceux-ci.

Voici de nouvelles mesures du signal d'obscurité en fonction de la température, qui complète les résultats de la page (je l'ai mise à jour - consulter pour plus de détails) :

C'est très informatif lorsqu'on exploite les caméras en pose longue. La performance du capteur Panasonic qui équipe la caméra ASI1600MM est vraiment très bonne, comparable à ce que l'on voit en CCD en gros.

Aussi la courbe de non linéarité de la ASI1600MM (voir aussi sur la page un mot sur le (léger) problème repérée de codage du temps d'intégration sur la ASI290MM) :

On est ici linéaire à mieux que 1% (sauf sur les 4 premiers LSB !). C'est surprenant pour ce
type de composant je trouve, mais le fait est là. Assez remarquable.

Christian B

[Ce message a été modifié par cbuil (Édité le 30-08-2017).]

[DOLGULDUR 121]

N'hesites pas a nous faire part de tes publications (academiques ou autre) sur le sujet, justement l'etude du bruit ca m'interesse pas mal.

J'ai d'ailleurs vu que tu caraterise le bruit des cmos etudies comme non AWGN (additive white gaussian noise), mais ayant au moins une composante type telegraph noise (ca ressemble a du salt and pepper ?).

J'ai comme ambition de travailler lorsque le temps me le permettra sur ce genre de probleme entre autres, mais plutot pour les bruits type poissoniens, qui semblent etre present dans pas mal d'images a faible signal, a cause du bruit photonique entre autre.

Dans ce que j'ai pu voir, il est parfois interessant d'utiliser des transformation de stabilisation de la variance, type Anscombe, pour faciliter le traitement des images ayant un bruit pas sympa (leptokurtique) avec des algos plus classiques, adaptes au AWGN.

Les choses se corsent evidemment lorsque l'on a un melange de AWGN et bruit poissonien par exemple, mais je ne vais pas trop detailler.

Bref, si tu as un retour d'experience sur le sujet, cela m'interesse grandement.

Concernant la modulation du spectre a cause de l'effet de "fringe", j'ai decouvert quelque chose, jamais entendu parler. Apparemment, ta methode de correction a base de flat field semble donner de bons resultats, mais semble difficile a mettre en oeuvre (scaling/shifting manuel du flat, par rapport au signal de l'image a corriger ?)

En tout cas, merci encore pour partager toutes ces connaissances, tes travaux sont vraiment une source d'information de grande valeur. De la part de quelqu'un qui se mettra probablement a la spectro d'ici quelques annees

[Roch 1 898]

Merci énormément pour toutes ces infos

Je suis un utilisateur acharné de la QHY290, qui utilise le même capteur que l'asi290 comme son nom l'indique et je retrouve là dedans beaucoup d'infos qui m'aideront par la suite.

D'autant que j'avais jusqu'à présent la version non refroidie, mais je devrais recevoir sous peu la version refroidie.

Première remarque : la courbe de sensibilité relative constructeur, que j'utilisais pour faire des estimations de temps de pose avec différents filtres, est complètement à côté de la plaque :

Petite question, il y a quand même une bonne différence entre la mesure que tu présentes ici et mesure précédente que tu avais fourni là : http://www.astrosurf.com/ubb/Forum2/HTML/043269-2.html

Notamment dans le H-Alpha où on "perd" 10%

Selon toi c'est dù à l'imprécision de la mesure ou à autre chose ? Cette dernière mesure est-elle plus précise ?

Je pose les questions, mais j'ai aucune idée de la manière avec laquelle s'y prendre pour ce genre de tests, ça ne doit pas être simple...

Concernant le bruit de lecture maintenant, j'avais repéré une incidence de la température sur les résultats, dont j'avais parlé dans une review de la caméra ici ( en page 3 ) :

http://qhyccd.com/files/QHY%20review%207.pdf

Du coup, question subsidiaire : as-tu réalisé ces mesures avec le refroidissement activé ?

C'est un phénomène que j'avais d'abord constaté sur ma caméra, car le capteur chauffant de quelques degrés en utilisation, le bruit était d'abord inférieur sur les mesures au branchement de la caméra, puis se mettait à augmenter petit à petit au fur et à mesure du temps. J'ai fait le lien avec la température, et du coup j'ai eu l'idée de faire cette mesure avec la caméra, d'abord à température ambiante puis dans mon congélateur. Mais quelque chose de plus "pro" avec une caméra refroidie serait souhaitable ^^

( je ne manquerai pas de le faire d'ailleurs, dés que j'aurai la mienne ; c'est d'ailleurs en partie pour cette raison que je l'ai commandée )

Pour le pourquoi du comment par contre, j'ai bien quelques idées mais je ne m'estime pas assez compétent en la matière pour déterminer la cause ; du coup si certains ont une explication, je serais heureux de l'entendre.

J'ai également remarqué une légère différence de bruit avec les caméras ASI, celles-ci étant légèrement plus bruitées. ( j'ai pu comparer avec les valeurs obtenues par jeffsimo, qui possède l'asi290, ainsi que celles données ici dans le lien ) Cela est-il possible ou s'agit-il simplement de "chance" concernant mon exemplaire ?
Cela en sachant que QHY annonce une valeur de bruit inférieure à celle donnée par ZWO sur sa documentation.

Concernant le bruit à très haut gain, à partir de 50, certains pixels arrivent à 0 ADU même avec l'offset au maximum, donc 50 est je pense la dernière valeur exploitable. Avec un très grand nombre d'images ( typiquement plusieurs milliers voire plusieurs dizaines de milliers ), une dynamique aussi réduite sur les prises unitaires ne pose pas de problème majeur. Personnellement, je me place entre 30 et 45 selon la cible.

J'ai posté pas mal d'exemples de ce que j'ai pu faire avec mon petit 150/750 sur le forum, en voici quelques autres ici :

http://www.astrobin.com/users/_Roch_/

Maintenant, concernant le "bruit télégraphe", j'avoue avoir un peu du mal à bien comprendre de quoi il retourne et ce que ça implique... je vais retourner lire tout ça, ça ne me fera pas de mal ^^

Néanmoins, concernant le bruit, un autre point à élucider pour moi est la fonction anti-electroluminescence de QHY... sur mes mesures le bruit ( général ) était tout simplement divisé par 2 avec celle-ci activée, sur mes essais en poses longues.

En tout cas, encore merci pour tout. Il va falloir que je passe encore pas mal de temps sur tout ça pour y voir un peu plus clair

Romain

[Ce message a été modifié par Roch (Édité le 02-09-2017).]

[Ce message a été modifié par Roch (Édité le 02-09-2017).]

[cbuil 3 446]

Romain, de fait la mesure du rendement quantique est compliqué, en particulier lorsqu'on
cherche la valeur absolue. L'imprécision est significative, et c'est vrai qu'en fonction
des expérimentations il y a des variations - faudrait mettre une barre d'erreur, mais ca
c'est dur aussi à évaluer.

Je pense que mes dernières mesures sont les plus précises.

La courbe relative de Sony (le terme relatif est important) donne le sentiment d'un rendement
vraiment élevé, mais c'est piégeant. Sony lui même communique bien peu sur les valeur absolue du QE. Je les trouve
un peu optimiste dans leur communication.

Autre point, pour ma part je n'ai pas constaté une grosse variation du bruit de "lecture" avec la
température, toujours voisin de 1,1 e- par exemple à 20 dB avec la ASI290. C'est un bruit
mesuré en pose brève. En revanche, le bruit thermique évolue avec T bien sur et il faut
bien faire attention de séparer l'un et l'autre/

Atik, qui développe une caméra autour du même capteur Panasonic que la ASI1600MM annonce
0,6 e- si j'ai bonne mémoire. Mais sans avoir vu ce que donne les proto et modèles de série,
difficile de dire si cela est crédible. Peut être ont-il une astuce, une fonction spéciale du chip qu'ils
activent, mais faute d'information ?

Christian

[Ce message a été modifié par cbuil (Édité le 04-09-2017).]

[PETIT OURS 24 627]

Merci pour tout Christian, et bravo ...

[Roch 1 898]

Merci pour ta réponse

Concernant le rendement relatif annoncé, j'avais bien compris mais même en tenant compte de ça, le pic était annoncé dans une longueur d'onde aux alentours de 600nm, ce qui n'est manifestement pas le cas.
En imaginant un pic a 80%, on pouvait imaginer un rendement supérieur a 70% en h-alpha, et assez moyen dans le bleu ; or on observe plutot l'inverse.

Concernant le bruit de lecture, je sais bien comment le mesurer, les mesures que je proposais ici ont été réalisées au temps de pose minimal, là ou normalement le bruit thermique est contenu.

Peut être que ce phénomène apparaît uniquement au dela d'une certaine température, et tu ne l'as pas noté car travaillant toujours en deça... ça ne m'empèchera pas de faire mes petits tests dés que je recevrai ma refroidie

Peut être également que c'est spécifique aux caméras qhy

En tout cas, la fonction anti amp-glow de qhy a bien une incidence ( très positive ) sur le bruit en très longue pose. cf ma review citée plus haut, tu peux télécharger des darks que j'ai faits pour comparer, avec et sans activation de la fonction en question.

Mais encore une fois, je referai de vrais tests une fois ma refroidie reçue, et je les partagerai ici si ça vous intéresse

Romain

[cbuil 3 446]

On le sait, pour ce qui concerne le capteur CMOS Panasonic de la ASI1600MM, pour un prix inférieur, on dispose d'un capteur significativement plus large que ce que l'on aurait en CCD.

 

J'en ai profité pour mettre cette caméra à l'arrière de mon spectro VHIRES-MO, particulièrement résolvant (on voit des détails de 0,01 nm environ dans la lumière de nos étoiles), plus particulièrement le modèle couleur dans un premier temps (ASI1600MC). Ca donne ceci le spectre en vraies couleurs visuelles :

 

 

En général, on fait toujours les acquisition avec un capteur N&B, mais parfois, les couleurs parlent (en particulier en spectro bien sur !).

Le spectro est de type "echelle", un principe qui permet de caser sur la surface du capteur plusieurs bouts du spectre de l'étoile les uns au dessus des autres. Ici il s'agit du spectre du soleil (la raie Halpha est l'échancrure large dans la partie supérieur (rouge), un peu à gauche du centre.

 

En exploitation, on fait des courbes de tout ceci, cette fois avec la version noir et blanc (ASI1600MM-C). Par tronçons donc, le spectre de l'étoile Capella ;

 

 

Le partie bleu est en haut. L'ordre (tronçon) qui contient la raie Halpha est en bas à gauche. 

 

La même chose sur l'étoile alpha Per (raies bien plus larges car l'étoile tourne plus vite sur elle même, élargissement Doppler donc, et aussi type spectral différent) :

 

 

Les raies en émission sur l'étoile phi Per :

 

 

etc, etc, etc.

 

Bref, il est bien clair que l'on peut faire de bonnes images avec ces capteurs CMOS en planétaires, en CP, mais aussi finalement en spectro (et là on pousse au bout du bout certaines capacités, le faible bruit en particulier).

 

Au passage félicitation à Jean-Philippe Cazard pour le nouveau look du forum et ces fonctionnalités. Tiens, je teste l'outil "lien" (ici sur ma page consacrée spectro VHIRES - où comment faire de la spectro à l'arrache !) : 

 

http://www.astrosurf.com/buil/vhires/test.htm

 

Christian B

 

Modifié 7 septembre 2017 par cbuil

[jeffbax 7 331]

Merci Christian pour ce travail.

 

JF