Сенсор от Сони imx224, возможно новый шаг вперед в сенсорах КМОП

[Дмитрий Маколкин]

Интересное обсуждение сейчас идёи на Клаудинайтс, там обсуждают тесты камеры с новым цветным сенсором от Сони - imx224:
http://www.cloudynights.com/topic/503061-new-asi224-camera-with-extremely-low-read-noise/
Обращает на себя внимание особенно низкий шум считывания, порядка 1е. Если всё верно, а оснований полагать обратное пока нет, то нас ждёт новый "царь горы" цветных планетных камер.
ZWOptical обещает новую камеру с ценой порядка 300$, как только сенсор начнут выпускать серийно. Будем следить за тестами.

Поправка - камера ожидается очень скоро, конец этого - начало следующего месяца.

[p.v.]

Судя по всему, чувствительность у нее не очень. Из плюсов - относительно некрупный пиксель. Из минусов - малое кол-во пикселей. Это ставит камеру в разряд планетных/планетарных. Еще мне показалось, что на 120MM Сатурн на одиночных кадрах выглядит более экспонированным. Т.е. чувствительность у 224 не особо, но это компенсируется низкими шумами и обещанным отсутствием CMOS паттернов. Посмотрим позже, что в итоге, когда он Сатурн соберет.
Пока что, судя по этому http://www.cloudynights.com/index.php?app=core&module=attach&section=attach&attach_id=564473 снимку M57, набранному из 3300 кадров по 0,1 сек, перспектива у камеры есть, как в дипскае, так и по планетам.
Еще один положительный аспект в том, что применительно к ней, Эмиль решил заточить AS под короткометражный дипскай,
"Stacking is a pita:
Surface mode in AS!2, and hope for ok image stabilization performance (I'm working on making this more robust, and I think I just found a bug that made it really tricky to get accurate surface alignment for deepsky imaging).
Typically a single alignment, and the other settings are often just lots of experimenting, just like processing the stack in Photoshop."
что не может не радовать. Короткие экспозиции рулят, и, в итоге, вырулят:)

[Aleksandrrr]

Еще мне показалось, что на 120MM Сатурн на одиночных кадрах выглядит более экспонированным. Т.е. чувствительность у 224 не особо

Как это вам удалось определить, сравнивая одиночники камер с разными матрицами, усилителями и драйверами? Разная яркость еще ни о чем не говорит. Если SNR сравнивать, это еще куда ни шло.

[p.v.]

Как это вам удалось определить..

Исключительно на глаз по картинкам. Я про экспозицию (чувствительность) говорил, причем здесь SNR? Понятно, что не зная параметров съемки(выдержки) и параметров пикселя, утверждать что-либо бессмысленно, но - от цветной матрицы иного результата в этом соревновании ожидать не приходится. Ч/Б всегда будет в плюсе, хотя бы за счет размера пикселя, по площади превосходящего цветной в 4 раза. Камера интересная, но данных пока очень мало. Подождем.

[Дмитрий Маколкин]

Исключительно на глаз по картинкам.

О, а мы-то, дураки, всё что-то измерять пытаемся!

причем здесь SNR?

От этого зависит как точность выравнивания, так и количество кадров которое нужно сложить для получения желаемого сигнал/шум после сложения.

[p.v.]

Как всегда
Ну, ок. Вот 2 картинки. Давайте порассуждаем, на которой больше деталей, экспозиция и меньше шума. Ваши варианты?
Или вы хотите меня к гистограмме FC отослать? Это измерения, которыми вы руководствуетесь, я правильно понимаю? Ну так FC врет, т.к. сравнивает зеленое с мягким. В первом случае монохром, во втором цвет, настройки камер индивидуальны. Кстати, где там цвет, я не вижу. Там даже щель отсутствует.. А про 120 fps это вообще пестня.

От этого зависит как точность выравнивания, так и количество кадров которое нужно сложить для получения желаемого сигнал/шум после сложения.

Мы же об исходниках говорим? Сумму я видел только по кольцу М51. Там все здорово по шумам, но сравнить не с чем. 3300 кадров в стеке любой шум уберут, и детали вылезут. Я по своей камере могу сказать, что и 500 кадров убирают весь мусор безо всякой калибровки.

[Aleksandrrr]

Как можно сравнивать исходники ч/б и цветной камеры, да еще и на глаз, елки-палки?

[p.v.]

это надо у клаудей спросить, что они там сравнивают. однако, там этот вопрос не всплывает. хотя по мне, тут никакого криминала нет.

[Дмитрий Маколкин]

Как можно сравнивать исходники ч/б и цветной камеры, да еще и на глаз, елки-палки?

Особенно при разном усилении, не только в значении по движку, но и при разнице в максимальном значении движка...
Однако ж вот, сравнивает p.v., не теряется...

[Александр (AnDom)]

http://www.sony.net/Products/SC-HP/new_pro/october_2014/imx224_225_e.html

[AndyO]

Насколько я понимаю, эта матрица позиционируется у Сони как массовая/ширпотребовская. Если это так, то скоро ее можно ожидать и в автомобильных регистраторах  и в охранках. И цены тогда будут соответствующие.

[Александр (AnDom)]

Вроде уже что-то продают. http://shop.leopardimaging.com/product.sc?productId=246

[Виниту]

Похоже, по крайней мере для Юпитера теперь не нужны будут интерференционные светофильтры и ч/б матрица, т.к. уровень шума в 5-7 раз ниже чем на ASI120MM на таком ярком объекте (т.е. при низком уровне фотонного шума) позволит получать высокий SNR по шумам матрицы. При этом вся продолжительность экспозиции будет определяться только необходимостью накопить достаточную статистику по атмосферным флуктуациям. По Сатурну возможно еще было бы желательно ч/б аналог, т.к. там яркость ниже и фотонный шум и шум считывания могу быть важными. В общем, мне в прямом фокусе такая матрица в цветном варианте пожалуй очень пригодится!

[Виниту]

P.S. Из любопытства попытаюсь прикинуть фотонный шум от Юпитера на своем сетапе. Согласно Википедии,

По современным измерениям, звезда нулевой видимой величины за пределами земной атмосферы создаёт освещённость в 2,54·10^{−6} люкс. Световой поток от такой звезды примерно равен 10^3 квантов/(см²·с·Å) в зелёном свете (полоса V системы UBV) или 10^6 квантов/(см²·с) во всём видимом диапазоне света.
Следующие свойства помогают пользоваться видимыми звёздными величинами на практике:

    Увеличению светового потока в 100 раз соответствует уменьшение видимой звёздной величины ровно на 5 единиц.
    Уменьшение звёздной величины на одну единицу означает увеличение светового потока в 100^{1/5} ≈ 2,512 раза.

У Юпитера вблизи противостояния примерно -2.5 звездная величина, с учетом потерь света в атмосфере получается что на каждый см^2 земной поверхности от него в секунду приходит примерно 6 миллионов квантов. Для зеркала диаметром 30 см (площадь 700 см^2 ) получаем примерно 4 миллиарда квантов в секунду. Если при этом на матрице Юпитер имеет размер 400 пикселей (т.е. площадь примерно 120 тысяч пикселей), то в секунду на пиксель падает 32000 фотонов. При съемке с fps=32, это означает примерно 1000 фотонов на пиксель за кадр. В квантмехе обычнно флуктуации пропорциональны квадратному корню из числа квантов. Т.е. квантовый шум составляет примерно 30 фотонов на пиксель, или 3%.

При фотоэффекте один фотон выбивает один электрон. Тут первичный процесс (до усилителя) наверное тот же. Правда не все фотоны выбивают электроны, а только уловленные матрицей. Если квантовая эффективность матрицы 75%, то для интерференционного RGB фильтра (пропускание, условно, 30% от общего числа фотонов) получаем что квантовый фотонный шум в 30 фотонов должен приводить к электронному шуму в 7 фотонов. Это сопоставимо с шумом считывания ASI120MM. Суммарный же шум получается корень из 7^2 (фотонный) плюс 7^2 (считывания) = 10 электронов. А суммарный сигнал с учетом пропускания и эффективности матрицы составит 1000*75%*30% = 220 фотонов. Т.е. суммарный шум составит около 5%. Для цветной матрицы пропускание раза в два ниже чем для ч/б с интерференционным фильтром, поэтому фотонный шум составит где-то 3-4 электрона, а суммарный шум около 8 электронов. Но сигнал снизится в два раза и даст вместо 220 уже 110 электронов. Т.е суммарный шум будет примерно 8% вместо 5% для чб матрицы.

Теперь сравним эти два варианта (чб и цветной ASI120) с цветной на новом чипе. Здесь весь расчет будет как для цветной ASI120 за исключением шума считывания, который составит 1 электрон. Тогда суммарный шум (фотонный плюс электронный) составит корень из 4^2 (фотонный) + 1^2(считывания) = 4. При том что поймаем 110 электронов, суммарный шум будет порядка 4%. Т.е. это меньше, чем для ч/б ASI120! При том, что нет этой возни со светофильтрами (особенно актуально в прямом фокусе). Но все-таки если бы это была ч/б матрица, мы бы еще раза в полтора снизили шум за счет роста уловленных фотонов.

Т.е. если я сейчас на чб ASI120 не вижу по Юпитеру особой проблемы с шумами матрицы, а вся проблема исключительно с шумами, вносимыми атмосферой (сиинг), то можно преспокойно брать эту новую камеру в цветном варианте и проблем не будет. По Сатурну на ASI120 ч/б я бы сказал, что проблема шумов матрицы заметна, поэтому и новая матрица в ч/б варианте была бы востребована.

Вроде так получается. Если специалисты по матрицам выскажутся по поводу расчетов, буду рад (я таких расчетов раньше не проделывал и тут все просто онлайн прикинул).

[p.v.]

Поскольку вы сами сказали, что шумы атмосферы в разы больше, чем собственные шумы камеры, хоть бы и 120MM, то простая логика подсказывает, что дальнейшее уменьшение собственных шумов матрицы никакой погоды не сделает. А сделает радикальное увеличение чувствительности, которое мы в этой матрице не наблюдаем. Остальные расчеты мало кому понятны. Иллюстрации с клаудей говорят о том, что по Сатурну картина по-прежнему печальна. По Юпитеру, возможно, будет чуть лучше, чем на других цветных матрицах, но планетным ч/б она все равно не конкурент. Дипскай отдельно.

[Виниту]

Прошу простить за переход на личности, но назрело 
Раньше мне казалось, что p.v. занимается троллизмом. Но все-таки вот такие перлы невозможно специально изобрести

А сделает радикальное увеличение чувствительности

Ч/Б всегда будет в плюсе, хотя бы за счет размера пикселя, по площади превосходящего цветной в 4 раза.

Как говорится, поднимите руку те, кому требуется это комментировать. Если таковые есть, мы тут конечно напишем в Спортлото , но по-моему комментарии излишни. Выдумать такое нарочно у меня не получилось бы при всем желании 

[Дмитрий Маколкин]

Ну что делать, не всем точные науки даются...

[p.v.]

На личности можно перейти, если так хочется. По пикселю - вы в курсе, что эффективный пиксель в цветной матрице состоит из 4-х? вы, как я понимаю теоретик? посчитайте площадь 3,75/4, многое станет понятным. Там есть так называемая байеровская матрица RGGB, в разных порядках, которая в простонародье называется пикселем в цветной матрице. Физически от ч/б пикселя байеровский пиксель отличается наличием светофильтра над ним и размером. вы тут про квантовую механику уже вещаете, малопонимая пропагандируемые основы фотографии. можем продолжить, если настаиваете.
далее. гр. Маколкин, говорите по делу. Есть что сказать персонально мне?

[Александр (AnDom)]

Как говорится, поднимите руку те, кому требуется это комментировать.

Если поясните - буду признателен ибо не силен, но интересуюсь

[Дмитрий Маколкин]

На личности можно перейти, если так хочется. По пикселю - вы в курсе, что эффективный пиксель в цветной матрице состоит из 4-х? вы, как я понимаю теоретик? посчитайте площадь 3,75/4, многое станет понятным. Там есть так называемая байеровская матрица RGGB, в разных порядках, которая в простонародье называется пикселем в цветной матрице. Физически от ч/б пикселя байеровский пиксель отличается наличием светофильтра над ним и размером. вы тут про квантовую механику уже вещаете, малопонимая пропагандируемые основы фотографии. можем продолжить, если настаиваете.
далее. гр. Маколкин, говорите по делу. Есть что сказать персонально мне?

Конечно есть. Из Вашего утверждения следует, что Вы совершенно не представляете себе алгоритм дебайеризации. Откройте любую популярную статью и почитайте, например тут: https://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%E0%F1%F1%E8%E2_%F6%E2%E5%F2%ED%FB%F5_%F4%E8%EB%FC%F2%F0%EE%E2