CMOS senzory, novinky, kamery, sumy, QE, cteci sum...

[MMys]

Není to timelapse, to je realita.

Ale na tom opravdu není nic nenormálního, když uděláš pixely velké 19x19um. Ale zase za to platíš úhlovým rozlišením. Když si svoji ASI1600 dám do biningu 4x4, tak mám pixel velký jakoby 15x15um, a s objektivem 50mm f/1.8 to dokáže skoro to samé, jako ten Canon senzor. Normálně v desítkách fps mohu snímat oblohu a krajinu kolem sebe. Je to o trochu horší (odhadem asi tak o polovinu). Navíc oni nepíšou, jaký na tom mají objektiv, ale je jasné, že co nejsvětelnější. Vypadá to na tom videu jako 50-ka f/1.4 ale nejde to přečíst.

A oni na tom jsou 19²/15²=1.6x lépe velikostí pixelu, a 1.65x lépe díky světelnosti (pokud je f/1.4). Vyčítací šum obou senzorů je zhruba podobný, tedy jejich senzor s jimi použitou optikou je proti mé ASI-ně s mým objektivem ještě asi 2.6x lepší ve světelném zisku.

Celé to je pouze o vyčítacím šumu a úseku oblohy, který se promítá na 1 pixel a o světelnosti. S QE se už nějaké zázraky dělat nedají, maximálně tak o 10-20%, což je nic.

[LukasNestak]

Pár mesiacov dozadu som videl na YT recenziu "CZ alebo SK" na kameru s tým Canonácky senzorom. Chcel som to aj sem napísať, ale keď som si to začal viacej googliť tak som zistil, že tá kemera je už 2-3 roky stará a cena je extrémna.
Nepamätám si všetky info, ale zapametal som si že cena bola asi 10x vyššia ako za kameru zo snímačom IMX455. Takže preto som usúdil, že nemá význam o tom ani písať.

[Franta62]

Zajímalo mně to a tak jsem chvilku "googlil". Máš pravdu Lukáši, nenašel jsem sice žádnou recenzi na kameru s tímto čipem, ale našel jsem alespoň prodejce ve Spojených státech, který daný čip pro průmyslové aplikace dodává. Jen za čistý čip s instalačním rámečku požaduje cca 7 700 USD. Takže pokud připočteme odhadem cca 2000 - 2500 USD za tělo kamery s návaznou elektronikou, kamera by se tedy měla pohybovat okolo 10 000 USD (250 000 Kč). Takže cena podobná jako u kamer SBIG s fullframe čipy - cca 8ks ASI1600. Na to, že bychom získali kameru sice cca 2,5x citlivější než ASI1600, ale s podstatně menším rozlišením......Navíc jak píše Martin Myslivec, můžeme se k této citlivosti přiblížit biningem 4x4 (třeba pro EAA) opět třeba na ASI1600 nebo ATIKU..... Prozatím tedy pro zájemce o astrodigitální techniku alespoň jako info o technické novince.
Myslím že za všechny mohu poděkovat za odkaz na technickou novinku - děkujeme za odkaz "nou".

[MilAN]

Ale ty si stále nedáš říct, že ty kamery budou skoro stejně citlivé. Výsledek závisí už hlavně na optice . a tedy na výsledném měřítku , t.j. údaji "/pix
Při stejném rozlišení = měřítku bude rozdíl v citlivosti v řádu několika procent, určitě ne 2,5x více. Ze 75% QE už neuděláš 2,5x tolik, maximálně snad teoreticky 0,25x tolik
Samozřejmě můžu kamery binovat, optický systém redukovat. Ale citlivost kamery se nezmění a ani dosah už ne, protože je limitován jasem oblohy.

[LukasNestak]

Dal som si tú námahu spätne vygoogliť čo som to vôbec videl.
Ospravedlňujem sa za keci 10x vyššej ceny ako kamery so snímačom IMX455, cena je "iba" 5x vyššia", 22800e.
Jednalo sa presne o toto video + kameru Canon ME20F-SH:
https://youtu.be/QoYb4BkNny8?t=7
Cena:
https://digitalne-kamery.heureka.sk/canon-me20f-sh/
Mimochodom je viacero snímačov "už aj kamier" čo majú "zaujímavé" parametre:
https://www.qhyccd.com/index.php?m=cont ... d=47&cut=1
Alebo už len samotný IMX455 zaujímavá mašinka. Ale aj taká 1600ka s 60% QE nie je na zahodenie.

[MMys]

Je třeba si uvědomit, že už jsme se značně přiblížili fyzikálním limitům. Na QE jsem schopni nahnat podle senzoru ještě tak 10-20% navíc, a tím to končí. Další cesta kterou se výrobci vydali je snižování čtecího šumu, jenže ten už je u špičkových senzorů dneska okolo 1 elektronu, tedy někde na hranici kvantizační chyby, tudíž zanedbatelný. Taktéž temný proud chlazeného senzoru je zanedbatelný, typicky setiny elektronu za sec.

Jediným zdrojem šumu v obraze už jsou pouze vlastní fotony tvořící obraz, a ten šum má hodnotu odmocniny z akumulovaného signálu. S ním už nelze dělat vůbec nic, prostě krátká expozice po tmě bude trpět vždy šumem (i kdyby byl senzor dokonalý, s QE 100% a vyčítacím šumem 0)

Jediným řešením je akumulovat fotonů co nejvíce, aby poměr signál/odmocnina ze signálu byl co nejvyšší. A to zajistíš buď velikostí pixelu, nebo expoziční dobou. Nic jiného dělat nelze, žádná zázračná technologie už nepomůže, problém je ve vlastní šumové povaze slabého signálu. A to je také důvod, proč senzor s velkými pixely má lepší poměr S/N, než ten s malými. Prostě pochytá víc fotonů, za předpokladu, že zbytek je stejný (čas, optika...)

[Franta62]

Rozumím Vám oběma, MilANe i Martine, možná jsem se "blbě" vyjádřil. Chtěl jsem cenově a dostupností porovnat obě možnosti, kdy ASI-na dosáhne podobných vlastností, co se týče světelného zisku, když si nastavím bining 4x4 (tedy velikost cca 15 mikrometru/pixel), jak vysvětlil Martin, oproti 19 mikronům hardwarových pixelů toho Canonu. Pokud by i ten Canon měl nakonec možnost nastavení biningu 2x2 (ikdyž při poměrně malém rozlišení 2160 ještě binovat........), byl by pro EAA celkem zajímavý, protože oproti ASI-ně by měl na stejné optice cca 2,5 - 3x větší světelný zisk (ne citlivost, jak jsem před tím "blbě" psal). Pixel by byl v biningu prakticky 38 mikronů oproti 15 mikronů u ASI-ny. Rozlišení na CPC925 s ohniskem f/6,3 by v poli fullframu 44x21mm (95x55arcmin) bohužel kleslo až k 3"/pixel při 19 mikronech a k 6"/pixel při případném biningu 2x2, což by pro běžnou normální amatérskou astrofotografii bylo dost kontraproduktivní. Proměnáře a nadšence EAA by to možná naopak potěšilo. Jenže ve výsledku ten obrovský nepoměr v ceně.....
PS:
Po zhlédnutí videa od LukaseNestaka......hmmmm.....0,5 milionu za kameru, to jsem byl ve svém předchozím odhadu (10 000 USD) opravdu z levného kraje........

[MMys]

Rolišení samozřejmě s velkým pixelem klesne. No, a na to je zase jiný lék - tyhle veliké profi senzory se zase musí "krmit" větším dalekohledem (tedy průměry spíš v metrech, ohniska v desítkách metrů). Delší ohnisko zajistí navrácení vysokého rozlišení, a velký průměr posbírá odpovídající počet fotonů pro naplnění velkých pixelů. A tím získáš vše, jak rozlišení, tak dosah. To je jediný důvod, proč se staví velké dalekohledy.

Má to ale jeden háček - funguje to jen na tmavé obloze. Na světlé je sebevětší dalkohled se senzorem s velkými pixely stejně k ničemu. Když většina signálu pochází ze světlé oblohy, tak i když jeho střední hodnotu odečteš (ztmavíš pozadí) fotonový šum po něm zbyde.

[MMys]

Rozlišení na mém CPC by v poli 52x35arcmin bohužel kleslo až k 3"/pixel při 19 mikronech

Jenomže CPC je f/10 a ten objektiv, co to s ním prezentovali, je f/1.4 tam je poměr zisků neskutečných 51x ve prospěch toho objektivu. Tedy pro stejný poměr S/N na tom objektivu můžeš mít 51 fps snímkovou frekvenci, a přesunem na CPC-čko musíš jít na 1 snímek za sekundu.

[MilAN]

To je právě to, že na světlé obloze se žádné zázraky nedějí. A překonání té oblohy by vedlo k velkému počtu expozic. Přínos tam samozřejmě bude, ale jde jen o to, kdy to člověka přestane bavit a kdy přestane "vylepšovat".
Martine, moc to sem už sice nepatří, ale dovol jednu otázku v souvislosti s jasem oblohy. Na jakou úroveň pozadí exponuješ ? Kde je rozumná hranice podle tebe, kdy už neprotahovat expozici ?

[nou]

Ad cena. Na discord kde som ten odkaz nasiel sa objavil chlapik ktory mal zaujem o jeden kus pre akademicky projekt. Odpovedali mu ze cena by bola 8000$. Tiez tam mu ponukly aj nejaky 120mpix za 12000, 5mpix len za 350$.

Inak pri dokonalom senzore bez sumu s 100% QE by bolo irelevantne ci ma male alebo velke pixely pretoze binovanim dostaneme velkost pixelu aku potrebujeme. A ako MMys podotkol k takemuto dokonalemu senzoru sme dnes relativne blizko co zaznelo aj na tejto prednaske https://www.youtube.com/watch?v=VUqBVYN2kmA

[MMys]

Martine, moc to sem už sice nepatří, ale dovol jednu otázku v souvislosti s jasem oblohy. Na jakou úroveň pozadí exponuješ ? Kde je rozumná hranice podle tebe, kdy už neprotahovat expozici ?

Odpověď není úplně jednocuchá.
V zásadě (vzato čistě fyzikálně) je to u současných kamer od určité hranice celkem fuk. G3-16200 má bias kolem 500 ADU, a když fotím luminanci, tak za mých obvvyklých 10min subexpozice je pozadí někde v rozmezí 1000-2000 ADU podle stavu oblohy, fáze měsíce... Při dynamickém rozsahu kamery až do 64k ADU je to prkotina, kdyby to bylo 5x víc, stále se nic neděje.

Akorát je obrovský rozdíl, jestli toho konkrétního pozadí dosahnu na tmavé obloze dlouhou expozicí, a nebo na bídné obloze krátkou. V prvním případě je poměr signálu z objektu vs. z oblohy výrazně lepší. V praxi to je tak, že mne nelimituje pozadí, ale počet saturovaných hvězd. S mojí sestavou nemá smusl v LRGB opravdu přesahovat těch 10min., s filtry max. 15min. Naopak, u objektů s jasnými hvězdami nebo jádrem (třeba kulové hvězdokupy) musím expozici zkrátit (třeba M3, M13 dovolí max. 5min přes R,G,B filtry).

Tedy závěr - existuje cosi jako limitní MINIMÁLNÁ délka expozice, kdy nemá smysl dělat kratší, protože se začne negativně uplatňovat vyčítací šum senzoru. Exituje výpočet, kde si zadáš jas oblohy (třeba z pokusné expozice, signál v ADU za 10min), paramtry senzoru, a povolenou míru zvýšení šumu ve snímku vlivem vyčítacího šumu senzoru (třeba 10%). A dozvíš se tak NEJKRATŠÍ délku expozice, kdy je ovlivnění tím šumem kamery právě těch 10%. V praxi na rozumné tmavé obloze jsou to u klasických CCD kamer desítky sekund, na horší obloze i jednotky minut. Záleží na stavu oblohy.

Jakákoli DELŠÍ expozice je na tom pak s ovlivněním snímku vyčítacím šumem kamery už VŽDY LÉPE. Tedy je žádoucí natahnout expozici tak daleko, jak je o jenom možné z praktického hlediska. Z čím menšího množství dílčích expozic výsledek složíš, tím méněkrát máš ve výsledku uplatněný ten vyčítací šum. Ideální by samozřejmě bylo udělat jednu jedinou dlouhou expozici. Jenomže na to nemá kamera dynamiku, navíc problém co se stopami po satelitech, kosmíky atd... (I na film jsem dělal minimálně dvě ) Takže se expozic dělá víc, ale primárně ne kvůli pozadí (to ničemu nevadí, při dvou různě dlouhých expozicích je poměr signál z objektu/signál z oblohy stále stejný) ale kvůli přeexpozici nejjasnějších objektů ve snímku. Opravdu mne ještě nikdy nelimitovalo pozadí dřív, než hvězdy. I kdyby pozadí dolezlo ke 20k ADU, stále máš zbývající 2/3 rozsahu pro objekt. A je jen na tobě, jaký dynamický rozsah si potřebuješ ponechat pro vlastní objekt. Takže to záleží na jasnosti objektu a jasu oblohy.

Ovšem musím zmínit ještě jeden negativní efekt silného signálu v pozadí. A není to fotonový šum (pro něj je úplně jedno, jestli to uděláš z 1x20 nebo 4x5minut, vliv vyčítacího šumu proti fotonovému je u L,RGB, zanedbatelný - pár jednotek ADU vyčítací šum vs. desítky až stovky ADU fotonový šum.) Ale ten průšvih je s flatfieldem. Ty uděláš FF s nějakou přesností, velmis slušný třeba třeba 1% (třeba nějakým vlivem použité techniky pro pořizování FF, nelinearitách kamery, spektrálních charakteristik filtrů) a takto nepřesným FF okalibruješ snímek, který má jednou pozadí do 1000 ADU, a podruhé (mizerná obloha, dlouhá expzoice) třeba 10 000 ADU. No, a při použití stejného FF je pak ABSOLUTNÍ chyba u druhého snímku prostě 10x větší. Takže až posuneš pozadí (které by mělo být po aplikaci FF už homogenní) směrem k černé, a snímek stretchneš, tak vylezou nedokonalosti pořízeného FF 10x výrazněji. Tedy mizerná obloha nebo dlouhá expzoice (prostě silný signál z pozadí-oblohy) vyžaduje extrémně přesný FF.

Naprosto jiným případem je úzkopásmové focení. Tam i při hodně dlouhých expzoicích (desítky minut) zůstává pozadí stále jen skoro bias, nebo jen maličko nad ním (záleží na šířce filtru a obloze). Dominantním zdrojem šumu v obraze je vyčítací šum, a pak samozřejmě vlastní šum signálu objektu. Proto je zde žádoucí minimalizovat počet vyčtení kamery, aby vyčítacího šumu bylo co nejméně. Nejsou problémem expozice klidně i 30minut, pokud to vydrží pointace (OAG je výhodou) a pokud tam není moc stop od družic a letadel. Na druhou stranu, pokud je tam nějaká opravdu tučná stopa, kterou už neeliminuj SW, je zase škoda zahozených 30min. Takže je nutné najít prakticky využitelný kompromis. A ovykle to nelimituje na úzkopásmu ani pozadí, ani hvězdy (kor pokud jsou filtry úzké).

Já jsem dospěl u své soustavy k 5-10min na LRGB, limitem jsou hvězdy, nikoli obloha. U úzkopásma pak subexpozice 10-20minut (z pratických důvodů rizika likvidace delšího snímku)

[MilAN]

Díky za rozsáhlý rozbor.
Já běžně exponuji na pozadí do 2.500 ADU, což u mě znamená ale kratší expozici než u tebe. Pro 1:8 dalekohled a ATIK 414 to je max.150s s, pro RASA 1:2 to je jen 15s. Pro RASA s 7 nm H-alfa filtrem je pro 10 minut pozadí 1300ADU. Problém u mě je jednak jas oblohy, potom samozřejmě gradient ale hlavně se u mě projevují proměnlivé podmínky dané zde prouděním přes kopce a proměnlivou průzračností a jemným zákalem. Tohle nejde moc řešit jen FF, protože na silně strečnutých jednotlivých snímcích je vidět, jak se mění v ploše gradient podle podmínek. A jsou to rozdíly ve velikosti přes 100ADU. Takže je potom skoro lepší to nepřehánět s délkou expozice, ale radši zprůměrovat více snímků a tím i trochu porovnat ( zprůměrovat) gradient. S tím už jde následně něco provést.

[FunTomas]

Martin, VYNIKAJÚCI príspevok!!

[Beda]

Ano, díky Martinovi a i Milanovi za super příspěvky z Vysokého Učení Fotografického (VUF)