Web kamery a fotometrie

MP · #16

Jasne, saturace. Zakladni pravidlo pri foceni digitalni technikou je, ze jas i kontrast musi byt nastavene NIZKO ! Slabe signaly vydolujeme slozenim vice snimku, ale saturovanych pixelu se nezbavime. Pokud fotime tak, abychom i malo jasne casti videli na kazdem jednotlivem snimku, tak si skladanim moc nepomuzeme. Expozice se musi nastavovat podle nejjasnejsich casti snimku ( resp. podle toho, jak preexponovane hvezdy jsme jeste ochotni akceptovat ).

MP · #17

MMys napsal: JAle tady uz uvazujes kvantovani ne A/D prevodem, ale kvantovani po fotonech. To je trochu jinde, nez o cem se bavime, kde je jas dane hvezdy pomerne vysoka hodnota.Nojo, ale my chceme velkou hloubkou rozlisit male rozdily v jasu. Takze jsme stale v situaci, kdy mame jas treba na urovni 2056 ve 12bitovem rozsahu, tedy mezi 128 a 129 v 8 bitech. Ciste statisticky nam u nekterych expozic vyjde 128 a u jinych 129 ( ve skutecnosti bude rozptyl jeste vetsi ), takze po slozeni dostaneme neco mezi temito dvema hodnotami.

Jeste mne napadl jiny extremni pripad : Mejme kameru s rozlisenim 1 bit ( sviti / nesviti ). Expozici musime nastavit tak nizko, aby ani v nejjasnejsim bode obrazu nebyla ve vystupu trvale 1 ( de facto pak detekujeme ty jednotlive fotony i kdyz kvuli kvantove ucinnosti senzoru to mohou byt ve skutecnosti treba desitky fotonu ). Kdyz takovych expozic slozime 4096, mame 12bitovy vystup ve 12bitovem rozliseni.

Pavuk_ · #18

MMys ma pravdu, sum musis brat do uvahy. Naco su ti modely bezsmoveho prostredia,
ked take neexistuje ? Ma zmysel si nahovarat, ze scitanim 16 ks ziskam hlbku 4bity ,
ked v skutocnosti su to len 2 bity.
To mas tak ako by si chcel zapisat 8-bitovy snimok do 32-bitoveho FITu, nic tym neziskas.
Je to umelo natiahnuta bitova hlbka, ktora nenesie ziadnu uzitocnu informaciu.

MP · #19

Pavuk_ napsal: MMys ma pravdu, sum musis brat do uvahy. Naco su ti modely bezsmoveho prostredia,
ked take neexistuje ? Ma zmysel si nahovarat, ze scitanim 16 ks ziskam hlbku 4bity ,
ked v skutocnosti su to len 2 bity.
Pravdu mate oba, ale pisete o necem jinem. Sum se stejne projevi i pri 12bitovem zaznamu, kdyz bude expozice moc kratka na to, aby se statisticky snizil. Pri 8bitovem zaznamu musi byt expozice 16x kratsi ( s jasem nastavenym tak, aby byl rozsah vyuzit ) a musi se jich 16 slozit. Pak dojdes ke stejnemu vysledku, pokud jde o sum i o barevnou hloubku. Rozdil je jen v tom, ze pri 12bitovem zaznamu tu expozici muzes udelat najednou, resp. muzes delat mensi pocet delsich expozic a mas mene prace se skladanim, s nastavovanim spravnych urovni apod.

Na druhou stranu, pokud je sum zpusoben i jinymi vlivy, nez tepelnym sumem CCD ( napr. vystupnim zesilovacem, rusenim apod. ), tak pri vetsim mnozstvi expozic se statisticky snizi i tato slozka, zatimco u jednotlive expozice s ni nic neudelas. Takze vysledek 16ti 8bitovych expozic muze byt paradoxne lepsi, nez vystup z jedne 12bitove.

Dobre, tak jeste jeden priklad : Mam CCD s sumem, ktery pri 8bitovem zaznamu bude mit hodnotu 4 ( je jedno, jak si tu hodnotu definujes, treba jako stredni odchylku jasu pixelu v temnem snimku ). Pak pri 12bitovem zaznamu bude mit sum hodnotu 64. Pokud pri 12bitovem zaznamu prodlouzim expozici 16x ( a umerne snizim jas, zvysim clonu apod. ), tak mi statisticky sum klesne na uroven 64 / 4 = 16. Pri secteni 16 8bitovych snimku do 12bitoveho formatu se dostanu na 16 * 4 / 4 = 16, tedy na to same.

Pavuk_ · #20

MP napsal:
Jeste mne napadl jiny extremni pripad : Mejme kameru s rozlisenim 1 bit ( sviti / nesviti :) ). Expozici musime nastavit tak nizko, aby ani v nejjasnejsim bode obrazu nebyla ve vystupu trvale 1 ( de facto pak detekujeme ty jednotlive fotony i kdyz kvuli kvantove ucinnosti senzoru to mohou byt ve skutecnosti treba desitky fotonu ). Kdyz takovych expozic slozime 4096, mame 12bitovy vystup ve 12bitovem rozliseni.
Sorry ale toto je uz aj na mna moc Myslim, ze tvoj prevodnik je uz v trvalom stave "nesviti", ked taketo veci pises ???

Ako mozes tvrdit, ze ziskas snimok s 12bit hlbkou scitanim 4096 snimkov s rozlisenim 1bit ?
Tak poporiadku: "pocitanie fotonov" sa riadi Poissonovym rozdelenim a teda statisticky. Vstupuje tam tzv. fotonovy sum. Pokial by sme mali QE=100% 1fot vyvola na pixeli 1e (nie exaktne ale v sulade s Poissovym rozdelenim). Taktiez A/D prevod je zatazeny tzv.kvantovacim sumom (typ rozdelenia si nepam.z hlavy). Dalsim zdrojom sumu, ktory vstupuje do hry je vycitavaci sum(readout noise) a dark noise (zamerne nenazyvam dark current teda temny prud, lebo to je "jeho" signal, takze darknoise je RMSka pre dark current).
Ak by sme mali "superchip" s tak nizkym readout a dark noise (extremne pomale vycitavanie a chladenie blizke abs nule), ze ich mozeme zanedbat. Photon noise odstranit nemozeme, lebo je to vlastnost toku svetla! Preto prosim pri Vasich idealizovanych prikladoch majte toto napamati.
Problematike CCD som sa venoval profesionalne a ak by boli nejake dotazy, oprasim niektoru zo svojich publikovanych prac a podam odbornejsi vyklad.

MP · #21

Ale ty porad pises o sumu a my ostatni o porovnani snimku s ruznym poctem bitu na kanal. Tvaris se, jako by sum zavisel na formatu, v jakem obraz zaznamenavame. Ale ten sum je porad stejny, jen vyjadreny v ruznych jednotkach s ruznym rozlisenim. A nam jde o zvyseni rozliseni a ne o snizeni sumu ( to je jen vedlejsi produkt pri prodlouzeni celkove doby expozice ).

Pavuk_ napsal:
Ako mozes tvrdit, ze ziskas snimok s 12bit hlbkou scitanim 4096 snimkov s rozlisenim 1bit ?
Tys nikdy nevidel CD prehravac s 1bitovym prevodnikem a se 14bitovym vystupem ?

Prave vsechno, co jsi napsal vyse, jen potvrzuje, ze to mozne je. Jde jen o to, jak to rozdeleni vystupnich hodnot prevedes na jednicky a nuly - jestli najednou, nebo postupne.

#22

Jenomže o jaké rozlišení jde ? O rozlišení převodníku (respektive tady spíš rozlišení A/D převodu jako takového, i s respektovaním sečtení více snímků) ?

Nebo o skutečné rozlišení (přesnost určení rozdílu magnitudy). Ono je hezké, že máš jakoby posčítáním těch rozsahů n x 8bitů hloubku třeba 12 bitů (jak tvrdíš), ale poměr S/N signálu tímto způsobem digitalizovaného je horší, neadekvátní 12bitovému rozlišení, protože je znehodnocené chybou zanesenou šumem. A ten poměr S/N se zlepšuje s rostoucím množstvím snímků pomaleji (s odmocninou) než to, co nazýváte hloubka (a uvažujete, že roste lineárně s množstvím poskládaných snímků).

MP · #23

Ale vzdyt o tom porad pisu. Sum ( pokud je skutecne nahodny ) se snizuje s odmocninou doby expozice, nezavisle na tom, jestli ji zaznamenavame 12bitove, nebo 8bitove. Jde jen o to, abychom signal i sum meli zaznamenan se stejnym rozlisenim, pak dojdeme ke stejnym vysledkum. A na to potrebujeme tech 8bitovych prevodu udelat 16x vice, nez tech 12bitovych.

Jina situace je u sumu, ktery neni generovan primo na prvcich CCD ( readout noise, sum vystupniho zesilovace, nahodne odchylky prevodniku, ruseni signalu apod. ). Ten klesa s odmocninou poctu expozic, protoze je generovan az pri vystupu snimku z CCD, bez ohledu na dobu expozice. Takze tam je vice kratkych expozic vyhodnejsich, nez jedna dlouha.

KaPr · #24

Do toho Pavuku ! Rad si tvoje profesionalni clanky prectu, abych se poucil. Mozna, ze jsi profesional v oblasti CCD, ale ciste matematicky slozenim 4096 1bit snimky opravdu ziskas jeden 12 bit snimek. To holt vyplyva z proste matematiky. Nicmene, musim uznat jednu vec: mozna, ze Ty i Martin mate implicitne namysli neco jineho: jak vlastne AD prevodnik rozseka ziskany signal. Pokud je "schod" mezi urovni napr. 250 a 251 natolik veliky, ze at delam co delam, pro danou expozicni dobu ziskam VZDY napr. 250, tak mi nic nepomuze a pri secitani jednotlivych snimku dochazi pouze k "natazeni" tak jak pises. Tento argument by mohl byt vazny. Podival jsem se na charakteristiky VESTY a AUdine s cipy ICX-098BQ a KAF-0400 a AD prevodniky 8 resp. 16 bit. Zaver je jednoznacny: Audine kamera ma efektivne asi 6 jemnejsi prevodnik. To by ovsem znamenalo, ze pokud by se sledovany objekt zeslaboval pomalu a spojite, musel bych na teto web kamere vuci pozorovani s AUDINE videt skoky. V praxi ovsem nejsou objekty bodove a pokryvaji nekolik pixelu, z nichz nektere jsou na hranici onoho skoku a v souctu skok rozmyji. Vec by se dala jeste vylepsit tim, ze bych udelal 16 snimku ne se stejnou expozicni dobou, ale s postupne se prodluzujici, protoze pak vsechny pixely projdou timto AD skokem. Moje pozorovani jednoznacne naznacuji, ze fotometrie s webkamerou (upravenou na dlouhe casy) smysl maji. Az dobudujeme dum a postavim si pozorovatelnu, tak snad presvedcim i tebe. Prozatim se muzes podivat na (jak jsem uz psal)
http://www.univ.szczecin.pl/~ecliptic/vesta3en.htm
kde najdes maly predkrm. Ja byl napr. schopen urcovat skladanim asi 30 snimku magnitudy komet az na hranici 13 mag. celkem spolehlive a po 15 mag. s jiz dosti velkou chybou (RL200+VESTA).

MP · #25

KaPr napsal: V praxi ovsem nejsou objekty bodove a pokryvaji nekolik pixelu, z nichz nektere jsou na hranici onoho skoku a v souctu skok rozmyji. Vec by se dala jeste vylepsit tim, ze bych udelal 16 snimku ne se stejnou expozicni dobou, ale s postupne se prodluzujici, protoze pak vsechny pixely projdou timto AD skokem.Ale na tohle si prave Pavuk skvele odpovedel sam : jde o rozdeleni nahodnych velicin, svetelny tok ani sumovy signal nejsou konstantni, takze tim "skokem" to projde i bez zmeny delky expozice. Zkratka pokud nastavis expozici spravne, tak z tech 4096 1bitovych expozic dostanes tolik jednicek a tolik nul, ze to bude odpovidat prumernemu jasu objektu v dobe tech expozic, s chybou danou celkovou dobou expozice ( stejne, jako pri 12bitovem zaznamu 4096krat delsi expozici ).

#26

My ti tady nechceme tvrdit, ze nejde delat fotometrie a ze si nezlepsis situaci (hloubku i sum) skladanim vice snimku, to zlepsis, kazdopadne. Jenom se nemuzeme shodnout zda zkombinovani 16 snimku je prinos 2 nebo 4 bity.

KaPr · #27

MMys napsal: My ti tady nechceme tvrdit, ze nejde delat fotometrie a ze si nezlepsis situaci (hloubku i sum) skladanim vice snimku, to zlepsis, kazdopadne. Jenom se nemuzeme shodnout zda zkombinovani 16 snimku je prinos 2 nebo 4 bity.

Dobre, provedu simulaci, s kterou vas seznamim pozdeji. Nastesti se neutronovy rozptyl a detekce neutronu potyka s presne stejnymi problemy ...

MP · #28

MMys napsal: My ti tady nechceme tvrdit, ze nejde delat fotometrie a ze si nezlepsis situaci (hloubku i sum) skladanim vice snimku, to zlepsis, kazdopadne. Jenom se nemuzeme shodnout zda zkombinovani 16 snimku je prinos 2 nebo 4 bity.
Tak to vezmete jinak : zkombinovani 16 snimku ma stejny prinos, jako prodlouzeni expozice na 16nasobek. Nahodna slozka sumu tedy klesne 4x. Ale otazka znela, jestli je to horsi, nez s kamerou, ktera ma rozliseni 12 bitu a muze tedy rovnou ulozit 16x vice informace. A ja tvrdim, ze neni, protoze v tom 16nasobnem mnozstvi informace je podil nahodne slozky sumu opet jen 4x mensi. Je na teto uvaze snad neco spatne ?

#29

MP napsal:

Tak to vezmete jinak : zkombinovani 16 snimku ma stejny prinos, jako prodlouzeni expozice na 16nasobek. Nahodna slozka sumu tedy klesne 4x. Ale otazka znela, jestli je to horsi, nez s kamerou, ktera ma rozliseni 12 bitu a muze tedy rovnou ulozit 16x vice informace. A ja tvrdim, ze neni, protoze v tom 16nasobnem mnozstvi informace je podil nahodne slozky sumu opet jen 4x mensi. Je na teto uvaze snad neco spatne ?

Pri 16x delsi expozici (v kuse, nescitane z dilcich expozic) klesne na 1/4 pouze fotonovy sum, ne ? Nikoli kvantizacni, readout atd... Ted jde o to, co u kamery prevazuje. Zrejme v tomhle bude jadro naseho "sporu"

MP · #30

KaPr napsal:
Nastesti se neutronovy rozptyl a detekce neutronu potyka s presne stejnymi problemy ...A hele, ze by kolega ?

Jo, je to neco jako kdyz si u detektoru mohu vybrat, jestli budu merit stredni proud 12bitovym prevodnikem, nebo cetnost impulsu ( to je ten 1bitovy prevodnik ).