CCTV kamera pro focení i DEEP SKY

[Listy3]

Při pročítání fóra jsem dospěl k názoru že k focení DS objektů bude nejvhodnější b/w tv kamera. V několika tématech týkajících se Webkamer  a Zesilovače jasu obrazu se tyhle kamery zmínily, nicméně téma věnované těmto kamerám jsem nenašel. Protože si myslím že je to jeden z nejvhodnějších a nejdostupnějších prostředků pro tyto účely rozhodl jsem se toto téma založit.

Měl bych několik dotazů. ???

1. Z toho co jsem vyděl mi jako nejvhodnější přišly kamery s čipem Sony ExView HAD. Je k nim i podrobný návod na potřebnou úpravu v češtině (což je pro mne velmi důležité) http://fjfi.cce.cz/astro/camera/cammodc.html Zajímaly by mne případné alternativy k tomuto čipu, např. od jiných výrobců, narazil jsem na zmínky o Philipsu, také jsem četl že nějaké kamery mají citlivost 0,001lux, ale konkrétní typ a parametry jsem nikde nenašel.

2. Sony ExView HAD se vyrábí ve dvou velikostech 1/3“ a 1/2“ Větší je jistě lepší, ale ta menší je podle mích informací mnohem dostupnější. Budu rád když mne někdo opraví a napíše kde se dá sehnat ten větší typ za srovnatelnou cenu s tím menším.

3. Sony ExView HAD 1/3“ se vyrábí ve dvou provedeních. S vyšším rozlišením
má 570 řádků a 760 sloupců což je 433 200 bodů v ceně do 3.000,-Kč a s nižším rozlišením 400 řádků a 510 sloupců jestli se nemýlím, což je 204 000 bodů za cenu do 2.000,-Kč. Předpokládám že citlivost PN přechodu na který dopadají fotony je u těchto dvou typů stejná, prosím opravte mně. Pokud je to ovšem pravda tak ten typ s nižším rozlišením nemá při stejné ploše ani polovinu bodů, takže má víc jak dvojnásobnou plochu jedné buňky a tedy by měl mít tomu úměrně i vyšší citlivost, ale u obou typů je psaná citlivost 0,003 lux. Je to tedy tak že u vyššího rozlišení je i úměrně vyšší šum? Bylo by tedy možné s nižším rozlišením dosáhnout dvakrát takové citlivosti při stejném šumu?

4. Čel jsem že kvalitní CCD čip zachytí zhruba každý druhý foton, jsou i tyhle čipy až tak citlivé? Pokud ano pak jak dosahují jiné kamery například již výše zmiňované citlivosti 0,001lux. Mají třikrát větší plochu, nebo dokáži kratší čas než 1/50 a nebo je to jenom na úkor většího šumu.

Mám ještě pár otázek, ale račí počkám na vyjasnění výše uvedených otázek, portože jestli jsou moje domněnky mylné neměly by smysl. :hi:

[MP]

A hele, dalsi zajemce o experimentovani s kamerami
Jenom jsi sem nemusel davat ty dloooouhatanske odkazy, mam sice siroky monitor, ale rad na nem vidim i jina okna

Tak tedy po poradku :
1. Philips ma ve svych lepsich kamerach CCD Sony HAD a Super HAD, ExView HAD se od nich lisi jen o trochu vetsi citlivosti na cervenou a "near-IR", tedy i H-alfa. Alternativou jsou chipy od Kodaku ( napr. SBIG ), ktere jsou ovsem vyrazne drazsi a vyzaduji lepsi chlazeni, protoze pri "normalnich" teplotach maji vyssi sum. Ty drazsi jsou ovsem kvalitnejsi, pokud jde o pocet hotpixelu apod. Ta citlivost v luxech je jen reklamni tah, kdyz se neuvadi odstup signal/sum pri tom minimalnim osvetleni. A tech 0.001 lux se pise prave na kamerky se Sony ExView HAD CCD, obvykle ve "field accumulation" modu.

2. Vyrabi se i 2/3" ExView HAD a je treba v lepsich kamerach StarlightExpress. Uz jsme tu o nem parkrat psali. Ale kamery stoji pres 3000 Euro, samotny chip kolem 700 Euro. Jinak mas pravdu, v tech levnych "bezpecnostnich" kamerkach jsou 1/3" chipy a proto stale casteji kvuli zornemu poli pouzivam misto dalekohledu fotograficke objektivy od 50 do 500mm.

3. Vertikalni rozliseni TV kamery pro je vzdycky 576 radek. To je norma PAL/CCIR a pri jinem poctu radek by to nebyla TV kamera. Senzor ma zpravidla 582 pixelu na vysku a z nich je tech 576 efektivnich. Ty radky, uvadene prodejci, se vztahuji k horizontalnimu rozliseni, ovsem zpusob jejich vypoctu je mi zahadou. Horizontalne maji nejobvyklejsi ExView HAD chipy rozliseni 500 efektivnich pixelu ( ICX255 ), nebo 752 efektivnich pixelu ( ICX259 ). Ten ICX255 tedy nema ctvercove pixely a kazdy pixel je skutecne zhruba 1.6x citlivejsi, nez mensi a temer ctvercovy pixel ICX259. Pri tom vetsim rozliseni je ovsem zase lepsi "statistika sumu" pro zpracovani obrazku v pocitaci, citliva plocha CCD je celkove u obou stejna. Jinak to vodorovne rozliseni jeste neznamena, ze to s tim poctem pixelu na radek bude ulozene v pocitaci - kamera ma analogovy vystup a zalezi na nastaveni digitizeru.

4. Jak jsem psal vyse, te citlivosti v luxech si nevsimej. Zalezi na schopnosti kamery akumulovat delsi expozice a hlavne ( u tech levnych, ktere dlouhe expozice neumi ) na nastaveni zesilovace mezi CCD a TV vystupem. Cim vyssi zesileni, tim je samozrejme vyssi take sum. Podobne to dopadne pri pouziti zesilovace obrazu pred CCD. Na kazdou bunku zkratka musi dopadnout urcite mnozstvi fotonu, aby se signal dal odlisit od sumu. A na to je i pri 100% ucinnosti chipu potreba urcity prumer optiky a delka expozice. Vyhodou tech chipu od Sony je prave to, ze maji pri shodne citlivosti a teplote mensi sum, nez jine typy.

Prehled TV chipu od Sony vcetne datasheetu najdes na http://www.sony.net/Products/SC-HP/pro/ ... video.html.
Pritom si nevsimej tech s poctem radek 492 nebo 494, ty jsou pro NTSC normu se 480 efektivnimi radkami. Pro PAL/CCIR jsou ty s 582 radky ( 576 efektivnich ).

Jo a ten 2/3" ExView HAD CCD neni televizni, ma vetsi rozliseni. Datasheet je na http://www.sony.co.jp/~semicon/english/ ... 805283.pdf

[HonzaS]

Pred casem jsem nejake odkazy uvadel tady: V sekci Ostatni/Webkamera

Prohledni si moje uvedene odkazy, treba ti to pomuze.

Muj nazor je ten, ze bych asi koupil tu kameru 1043 z elniky. Nejprve bych asi testoval neupravenou. Pak bych provedl / nechal proves upravu pro dlouhe expozice. Pak potrebujes jeste samozrejme asi notebook s grabovaci kartou - ja jsem si na to poridil Hercules Smart USB2, protoze umi i YUV2 nekomprimovany format. Info je zde na www.tvfreak.cz, cena se pohybuje do 2.000 bdph. V budoucnu budes potrebovat stejne 2 kamery jednu na foceni a jednu pointacni. Budes se moci rozhodnout pro nejakou drazsi. Ja osobne mam kameru 1043, kterou pouziji casem pro pointaci - na to staci pouze upravit pro rucni regulaci zizku zesilovace, coz je jeden potenciometr. Podle meho nazoru je model 1043 idealnim kompromisem mezi cenou a citlivosti. Napr. kamera Watec 902H2 subjektivne neposkytuje 5x lepsi obraz, nez 1043 - porovnano pomerem ceny, jeji obraz bych odhadoval na zlepseni tak do 50% (prave postrehnutelneho), coz by te s ohledem na vynalozene penize asi stvalo.

HonzaS

[Listy3]

Rá bych si to s těmi řádky ještě ujasnil, v materiálech různých kamer se udává různý počet TVř. Vysvětloval sem si to tak že je to počet řádků to je počet buněk nad sebou a ne počet buněk v řádku.  "kamera B/W desková VS-160X-1004C LOW LUX 1/3"", C-MOUNT, 0.003Lux, >400TVř, 1/100000sec, DC 12V/100mA, 1 Vp-p/75ohm, 32x32mm " nebo "kamera B/W desková VS-160X-1043C LOW LUX, HIRES 1/3"",C-MOUNT, 1/3"" chip SONY, 0.003Lux, 570TVř, 1/100000sec, DC 12V/150mA" a nebo u barevná kamery "kamera barevná desková VS-160X-1102 LOW LUX, 4mm/ 64°, chip SONY, 0.05Lux, >330TVř, 1/100000sec, dvě desky, DC 12V/180mA, 42x42mm“. Na této stránce http://fjfi.cce.cz/astro/camera/cammodc.html jsem se dočetl že typ u kterého se píše 400TVř má 510 sloupců buněk, to je podle mě buněk v řádku a typ u kterého se píše 570TVř má dle stejného článku 760 sloupců buněk, Tak v tom pořád nemám zcela jasno.
Jestli si dobře vzpomínám na to jak sem před lety kupoval videokameru tak klasické videokamery např. VHSC měli tak 270 řádků a MiniDV tak něco kolem 500 řádků, i když je signál v PALu.
Dokážu pochopit že pokud nějaké zařízení pracuje v PALu tak potřebuje mít videosignál s 576ti řádky, až dosud sem se domníval že na čipu je počet řádků různý, odpovídající tomu co se ke každému tipu píše a s tím PALovým  signálem to kamery řeší tak, že prostě vypočítají potřebný počet řádků z toho co mají a nebo prostě některé řádky opakují tak, aby jich poslali opravdu 576.

[HonzaS]

2Listy:

Rekl bych, ze jde o informacni sum zejmena prodejcu, kteri tomu vetsinou moc nerozumi. Historicky je v oblasti TV/kamer vryte rozliseni na 'pocet radku' jako horizontalni - vertikalni je pevne dane konkretni TV normou. PAL system ma 625 radek/(vertikalnich pixelu) (2 x 288 obvykle vyuzitych pro signal ve dvou sudych a lichych pulsnimcich - celkem 576 radku). Snimkova frekvence PALu je 50 pul-snimku za sekundu (1 snimek trva 20milisekund). Kazdy radek trva celkem 64 mikrosekund (20 milisekund/312.5radku) => 15625 radku/sekundu - takoveto velmi vysoke obvykle piskani televize je prave tato radkovaci frekvence. Pocet skutecne prenesenych horizontalnich (vodorovnych) pixelu zavisi znacne na sirce pasma prenosoveho kanalu.

Abych se vratil zpet ke kameram:

Katalogove listy uvadeji jednoznacne toto:

kamera 1004 obsahuje CCD ICX255 jehoz parametry jsou zde:
pocet efektivnich pixelu: 500(H) x 582(V)
rozmer cipu: 6mm(H) x 4.96mm(V)
rozmer bunky: 9.8um(H) x 6.3um(V)

kamera 1043 obsahuje CCD ICX259 (asi) jehoz parametry jsou zde:
pocet efektivnich pixelu: 752(H) x 582(V)
rozmer cipu: 6mm(H) x 4.96mm(V)
rozmer bunky: 6.5um(H) x 6.25um(V)

Ztechto parametru by ti melo byt asi vse jasne. Tyto parametry CCD cipu jsou opsany z katalogu vyrobce, tudiz asi nejverohodnejsi.


HonzaS

[MP]

Pocet efektivnich radku na chipu musi byt stejny, jakov TV signalu. Kamera nema zadnou pamet a jak jsou jednotlive radky vycitany z CCD, jdou rovnou do vystupu. Proto jsou take chipy prokladane - samostatne se ctou sude a liche pulsnimky, stejne, jako vstupuji do TV. Kazdy pulsnimek ma 288 radku.

Naproti tomu neco jako vodorovne rozliseni v TV signalu neexistuje - signal je analogovy a zalezi jen na maximalni frekvenci, kterou system umi vytvorit, prenest a zpracovat. Ta je samozrejme u CCD kamery ( na rozdil od starych vidikonu apod. ) omezena poctem pixelu v radku. Ale take jde o frekvencni charakteristiku zesilovace, kabelu, vstupu TV atd. V tom je podstatny rozdil treba proti webkameram, kde je signal z kazdeho pixelu okamzite po vystupu z CCD digitalizovan a prenasen samostatne. U TV kamery dosahneme maximalniho rozliseni digitalniho snimku tehdy, kdyz digitizer pouziva stejny pocet sloupcu obrazu, jako je pocet sloupcu CCD a zaroven vse mezi CCD a digitizerem zvlada frekvenci vycitani pixelu z chipu. U kamery se 760 sloupci to odpovida zhruba 14.2MHz, tedy priblizne 2.5nasobku frekvence, pouzivane v TV vysilani, 3.5nasobku maximalni frekvence VHS videomagnetofonu apod. Soucasne digitalizacni video karty i USB2.0 prevodniky to vetsinou zvladaji, protoze je to blizko standardu DVD ( ten ma 720 bodu na radek ).

Jde o to, jestli je mozne nastavit ovladac digitizeru tak, aby to rozliseni digitalniho snimku odpovidalo poctu pixelu. Presne to zpravidla nejde. Nejlepsi vysledky dostavam z PCI karty a obvodem Bt878 a s driverem, ktery umi 768 bodu na radek. USB digitizery pouzivaji obvody od Philipse ( SAA7113H nebo podobne ), ktere umi maximalne 704 bodu na radek a do pocitace jde video v DVD formatu 720x576 s cernymi okraji ( 8 sloupcu na kazde strane ), coz je u DVD bez problemu, protoze ty uplne okraje obrazku stejne nejsou na TV obrazovce videt ( na pocitaci ano ). S temito prevodniky jsem mel ovsem kdysi problem ( zminoval jsem jej i na tomto foru ), kdyz v obraze byly videt slabe svisle pruhy, vznikle interferenci vzorkovaci frekvence prevodniku se vzorkovaci frekvenci zesilovace CCD. Pomohl LC filtr ve vystupu zesilovace, ktery je v soucasne verzi kamery.

Vysledne video po digitalizaci pochopitelne nema presny pomer sirky a vysky. Jednak pixely CCD nejsou presne ctvercove a jednak pocet bodu na radek po digitalizaci neodpovida presne poctu pixelu. Takze kazdy obrazek obvykle prevzorkuji v pocitaci na spravne rozmery ( s vyjimkou vystupu z te PCI karty se 768 body na radek bez okraju, kde to sedi ).

A jak uz jsem psal, temi TV radky, uvadenymi prodejci kamer, se nenech mast. Podivej se na ty datasheety od Sony, tam jsou jednotlive typy CCD presne popsany. Ty "radky" zhruba odpovidaji maximalni frekvenci zesilovace kamery s danym CCD, coz se skutecne vztahuje k horizontalnimu rozliseni, nikoliv k poctu radku v obrazu nebo na CCD.

A tech 270 radku u VHS kamer je dano tim, ze VHS system neni schopen rozlisovat sude a liche pulsnimky, micha je do sebe a vysledny obraz ma tedy 288 radek misto 576. Pokud chce vyrobce usetrit, tak navic "vynecha" horni a dolni okraj, ktere na obrazovce nebyvaji videt, da tam jen cerne radky a snimaci cast pak muze mit treba tech 270.

Jo a DV kamera ma vzdycky 720x576 bodu. Vystup je digitalni, standardizovany, odchylky neexistuji ( vcetne napr. komprese, ktera je vzdy DCT 1:5 ). Stejny format ( jen s jinou kompresi - MPEG2 ) prevzala i norma pro DVD Video, takze DV kazety se na DVD nahravaji bez problemu, beze zmeny rozmeru obrazku, jen po rekompresi.

[MP]

HonzaS napsal:
kamera 1043 obsahuje CCD ICX259 (asi)
Kamera obsahuje ICX259 zcela urcite. V minulych dvou letech jsem jich predelaval postupne 8 ( z toho 2 prototypy, nyni ve vysluzbe ) a 2 dalsi se mi podarilo pri prestavbe znicit, tak jsem samozrejme neodolal, rozebral je do posledni soucastky a vsechno prozkoumal lupou.

Jenom to oznaceni neni zcela presne. Tento chip je v kamerach s oznacenim 160X-1043 ( plus nejaka zkratka distributora na zacatku a typ objektivu nebo zavitu na konci - napr. "C" jako C-mount ). Kamery oznacene 160C-1043 maji chip s mensi citlivosti a horsi dynamikou ( podle data vyroby bud "normalni" ICX059, nebo HAD ICX209 nebo Super HAD ICX409 ).

[Listy3]

Již několikrát jsem si všimnul zmínky, že u toho čipu CCD ICX259 jsou téměř čtvercové pixely. Předpokládám že je to tedy výhodou, jen bych se chtěl ujistit v tom proč. Je to tedy v tom, že když hvězda zaberu jen jeden pixel tak je i na snímku bodová, ale kdyby byl pixel obdélníkový tak by se jevila podlouhlá podobně jako při špatné pointaci?

[MP]

Listy napsal: Již několikrát jsem si všimnul zmínky, že u toho čipu CCD ICX259 jsou téměř čtvercové pixely. Předpokládám že je to tedy výhodou, jen bych se chtěl ujistit v tom proč. Je to tedy v tom, že když hvězda zaberu jen jeden pixel tak je i na snímku bodová, ale kdyby byl pixel obdélníkový tak by se jevila podlouhlá podobně jako při špatné pointaci?To ani ne, hvezda nikdy nezabere jen jeden pixel ( 6.5x6.25um ), to by musela byt superkvalitni optika, dokonale atmosfericke podminky a jeste by se hvezda musela "trefit" primo na jeden pixel. Vyhoda je spis v pocitacovem zpracovani vysledneho obrazku. Pokud se digitalizacni karta ( nebo USB box ) nastavi tak, aby pocet bodu na radek co nejlepe odpovidal poctu pixelu CCD na radek, nemusime prilis menit rozmery v pocitaci a tim dale ztracet rozliseni apod. Pri tech obdelnikovych pixelech bud neodpovida rozliseni digitizeru tomu CCD ( a pak je vic problemu s eliminaci hotpixelu, sumu atd. ), nebo dostaneme prilis rozmerove zkresleny obraz, ktery musime "roztahnout" v pocitaci a po tom prevzorkovani je rozliseni horsi. Presto se ty chipy s 500 body na radek pouzivaji - jsou levnejsi a pomer signal/sum je diky vetsim pixelum lepsi. Ale myslim, ze z tech se 752 body na radek dostavam hezci obrazky.

[Listy3]

Měl bych ještě dotaz k hotpixelům konkrétně u tohoto typu kamer, že vznikají při zahřátí kamery na vyšší teplotu, nebo při rychlejších teplotních změnách a to můžou vznikat dokonce i při tepelné změně 1°/min, to jsem různě po fóru už našel. Jenom se mi nepodařilo zjistit jak jsou konkrétně tyhle CCD náchylné na hotpixely ve srovnání s konkurencí v podobné cenové relaci například s tím Kodakem a jestli tyto hotpixely jsou nevratně poškozené body a nebo jestli například po vychladnutí zase odezní?

[MMys]

S žádnou nám dostupnou optikou se hvězda nezobrazí na jeden pixel. I u nejkvalitnějších dalekohledů to nepůjde pod 2x2 nebo spíš 3x3 pixely. čtvercové pixely jsou výhodné z důvodu stejného rozlišení v obou směrech a není třeba následně deformovat při zpracování snímek. Ale zásadní problém obdélníkové pixely nejsou.

[MP]

Listy napsal: Jenom se mi nepodařilo zjistit jak jsou konkrétně tyhle CCD náchylné na hotpixely ve srovnání s konkurencí v podobné cenové relaci například s tím Kodakem a jestli tyto hotpixely jsou nevratně poškozené body a nebo jestli například po vychladnutí zase odezní?O trvalem narustu poctu hotpixelu se zmenami teploty jsem tu take cetl, ale nic podobneho jsem nikdy sam nezaznamenal ( a to jsem tem chipum pri "vynalezani" kamery daval pekne soky, nejen teplotni ). Hotpixely jsou trvale, z vyroby a na teplote zavisi jen to, jak se projevuji. Takovy vadny pixel se saturuje ( a udela bilou tecku ve vystupu ) pri pokojove teplote treba pri 10sec. expozici a pri 40°C treba uz pri 1sec. expozici. Takze s rostouci teplotou jejich pocet pribyva stejne, jako s rostouci delkou expozice. Pri snizeni teploty nebo delky expozice zase mizi. Digitalni fotaky mivaji z vyroby mapu hotpixelu v pameti ( u nekterych se da mapa vytvorit znovu uzivatelem ) a pouzivaji ji po celou svoji zivotnost. Problem je v tom, ze ta mapa plati do urcite delky expozice pri urcite teplote, pri dlouhych expozicich v horku se objevi dalsi hotpixely, ktere fotak neodfiltruje.

Pokud jde o mnozstvi hotpixelu z vyroby, tak ani moc nezalezi na vyrobci, ale na tride kvality chipu. Ty kvalitnejsi jsou proste vybirane z tech "obycejnych". Chipy od Sony jsou ve srovnani s Kodakem levne a nejsou rozdelene do trid - lisi se kus od kusu. Ale s temi hotpixely to u nich neni moc zle, nejaky limit tam pri vystupni kontrole asi bude. Ty nejlevnejsi z tech "bezpecnostnich" kamerek mivaji maximalne tak 2-3 hotpixely viditelne pri 1/50sec., pokojove teplote a plnem zesileni ( coz je maximum k cemu jsou ty kamerky urcene ) a nektere nemaji ani jeden. Pri delsich expozicich se jich objevi vic, pri 15sec. a teplote tesne nad 0°C ( obvykle podminky moji kamery ) jich byva pres 50, coz ovsem mezi temi 433 tisici pixelu neni tak zle ( chce to nejaky SW na jejich interpolaci - v mem pripade jej vytvoril MMys - a skvele ! ).

Chipy od Kodaku lze koupit v ruznych tridach kvality a v jejich specifikaci byva uvedeno, kolik mohou mit maximalne hotpixelu, kolik jich muze byt spojeno do vetsich "skvrn" apod. Cenove se pak ruzne tridy lisi i v pomeru 1:10.

[MP]

Uz tady asi dost otravuju, ale prave jsem nasel velice uzitecne porovnani vlastnosti ruznych CCD :
http://www.jatobservatory.org/CCDPrimer.pdf
Vyplyva z nej, ze ExView HAD si i v porovnani s drahymi specialnimi chipy stoji velice dobre pokud jde o kvantovou ucinnost, zcela vitezi v pomeru signal/sum pri velice slabem osvetleni ( ICX285 pro pomer S/N 1:1 staci 5 fotonu na pixel ! ) a v tepelnem sumu ( "dark signal" o 1 - 2 rady nize ), ale dani za tyto vlastnosti je velice nizka uroven saturace ( full well capacity ). Je tedy zrejme, ze HAD struktura je specialne urcena pro slabe signaly a slabe osvetleni, v "normalnich" podminkach se bunky brzy saturuji - celkovy dynamicky rozsah tak neni vetsi, nez u jinych CCD.

[Andy]

Pro porovnání kamer mám taky zajímavý odkaz :
http://www.licha.de/astro_article_ccd_s ... p?iOrder=3

Stojí za to i projít ostatní záložky na stránce

[Listy3]

Skvělí odkaz MP. Ty grafy odpověděli na spoustu mích otázek (obrázky na rozdíl od textu zvládnu i cizojazyčně ), jenom škoda že ten tip ICX259 je jen v tom prvním grafu, předpokládám že ten tip ICX 285 který je všude (což je vlastně stejný čip jenom větší a s větším rozlišením takže jeden pixel je zhruba stejně velký) odpovídá té ICX259 takže vše co píšou (kreslí ) o 285ce platí i pro ICX259. Můžeš mi to potvrdit?