О разрядности камеры при планетной съемке

[p.v.]

Снято в полумраке НАД столом и без объектива, но с зеленым фильтром. У меня нет объектива к камере и зачем он тут нужен? Внизу, под камерой в 0,5м люминисцентная лампа, с рассеянным светом. Для создания слабой освещенности/шума вполне достаточно, думаю.

[kryptonik]

Вот это и смущает. Мухи отдельно, котлеты отдельно. Ну, узнаем мы про шум все, а как это влияет на конкретное изображение. Опять из общих соображений?
Вопрос-то действительно надо прояснить, что нам реально дает многобитность кроме проблем, стоит ли за нее биться. Возможно, у самого дойдут руки под столом поснимать.

[p.v.]

Я только хотел показать, что шумы идут не от камеры, а от атмосферы, в основном. И что они все же разные в 16 и в 8 битовом представлении именно в суммарном отношении S/N. Значит, при определенных условиях, 16 бит могут "выстрелить". Осталось выяснить, что это за условия, чтобы разница лежала на поверхности. Я подозреваю, что для ее отчетливого проявления нужна апертура от 300мм. Мне моих 250 с моей камерой хватает впритык. Это по планетам, например по Юпитеру. По своим снимкам я разницу в 8 и в 16 по шумам вижу устойчиво, если небо не совсем безнадежно. Но атмосфера у нас все же не ахти. За всю осень может пару раз была, да мимо. И, как ни крути, идеально правильной с технической точки зрения сессии я пока не снял. Постоянно что-то не то  было. Камера сложная, настроек и режимов много, неба мало.
Что касается выбора, то тут, скорее, вопрос личного опыта будет иметь значение. Ну и камера должна позволять это делать. Поэтому ни о каких догмах или принципах речи не идет, ни про 8, ни про 16. И так и эдак работает. Только собственный опыт и живое сравнение исходников и результатов может что-то дать. Я, в конечном итоге, полностью перешел на 16 бит и в 8 больше не снимаю. Можно сказать, что среднестатистический по-канальный результат, при средней атмосфере довольно неплох. Но далеко не всегда во всех каналах. Но когда все каналы дают хороший результат, тут можно ждать этого "выстрела" и только кривизна рук может помешать.
По Луне я думаю ответ неоднозначный - 8 бит мало, т.к. контраст большой. 16 много - картинка слишком мягкая получается. Тени и пересветы в 16 бит однозначно лучше прорабатываются. Т.е. можно получать Луну в  качественных полутонах. Но это на любителя. Кому то нравится жесткое ч/б, с черными тенями и белоснежными блестящими вершинами)
Ну и, наконец, чтобы эту разницу "вытянуть" из 16, нужно уметь это делать. Т.е. с бухты барахты ничего не получится. Поэтому, опять же остается только практиковаться и думать своей головой - надо или нет. В принципе, обработка та же, но камера в 2 раза дороже. Тем, кто только собирается покупать планетную камеру, я бы советовал брать именно 16 битную. Просто, чтобы было.

[Дмитрий Маколкин]

p.v., могу осторожно предположить, что Вам не совсем повезло с связкой камера/софт. Наблюдаемые Вами явления совершенно не свойственны другим камерам. Так, например, зависимость контраста от разрядности оцифровки, у других камер такого  не наблюдается. Могу сослаться на опыт с камерами Basler и TheImagingSource, как личный, так и других участников нескольких форумов. Там всё работает довольно честно: отношение сигнал/шум, контраст, яркость и другие параметры от разрядности АЦП не зависят. Опять же, вспомним Ваши "мучения" с форматом записи данных.
Ну да не страшно, оптимум настроек Вашей камеры Вы рано или поздно подберёте. Может быть кто-то и пойдёт по Вашим стопам, и ему будет полезно почитать эту ветку.

Я только хотел показать, что шумы идут не от камеры, а от атмосферы, в основном.

Единственно, хочу попросить придерживаться общепринятой терминологии: искажения картинки, вызванные атмосферной турбуленцией шумом всё же не называют.

По Луне я думаю ответ неоднозначный - 8 бит мало, т.к. контраст большой. 16 много - картинка слишком мягкая получается.

Полагаю, это всё же свойство Вашей камеры/софта. На камерах Basler такого нет, нет и на моей камере Point Grey при использовании FireCapture.
Кстати, Вы так и не запустили свою камеру с этим софтом? По идее должно получиться, SDK у наших камер один и тот же, должно работать.

[Павел Бахтинов]

Павел, у меня тогда просьба помочь разобраться.
Вот даташит на камеру которая у p.v.
Там дан динамический диапазон и отношение сигнал/шум. На что следует ориентироваться, определяя достаточную разрядность оцифровки, исходя из последующего сложения нескольких сотен кадров?
Я полагаю, что надо смотреть на сигнал/шум.
Ещё примем во внимание что усиление при съёмке (кстати, p.v., какое Вы ставите усиление?) обычно не минимальное, так как света по планетам обычно не хватает. Мне кажется, что 8бит достаточно, а ты как считаешь?

Дима, из этой странички довольно трудно понять, что конкретно имеется в виду под той или иной характеристикой (для этого нужно знать методики измерения, а обнародованы ли они производителем?). По логике, максимум SNR и динамического диапазона должен достигаться при разных усилениях. Параметр "gain" в нижней строчке (0.19e-/ADU) относится, скорее всего, к внутреннему 12-бит формату при некотором (максимальном?) усилении. Каким образом преобразуется внутренний формат в выходной 8- или 16- битный (добавляются/режутся младшие или старшие разряды) - тоже вопрос.

Вообще, я вовсе не оспариваю твой вывод, что 8 бит для данной камеры при типовых условиях планетной съемки - достаточно. Возразил лишь против слишком категоричной формулировки (которую можно понять как распространяющуюся на все случаи жизни).

[p.v.]

могу осторожно предположить..

Спасибо, но я еще немного помучаюсь)) Мне нравятся ситуации, когда кроме двух вариантов "да/нет" существуют промежуточные. Тут бессмысленно говорить именно об этой камере, потому как мое мнение субъективно, а других пользователей не видно. И я не привык ходить по проторенным дорожкам, в точности повторяя чужой опыт. Это не так интересно. Что до FireCapture, у Вас Ethernet, у меня USB 3. Поэтому и не работает моя в этой программе, а Ваша работает. И потом, мне FireCapture не понравился. Я им пользовался немного, пока снимал с вебкой. Родной софт от PG, на мой взгляд сделан честнее. Могли бы и лучше в плане выжимки из камеры все, на что она способна, но, думаю, это только вопрос времени. Подождем.

..хочу попросить придерживаться общепринятой терминологии: искажения картинки, вызванные атмосферной турбуленцией шумом всё же не называют

Именно. Если я говорю про шум, то я говорю именно про шум (это такие черные и серые точки на снимке),  а не про то, что планету "колбасит". Вы меня прямо по-отечески опекаете. чтобы не упал. Это лишнее)

И вот это

например, зависимость контраста от разрядности оцифровки, у других камер такого  не наблюдается. Могу сослаться на опыт с камерами Basler и TheImagingSource, как личный, так и других участников нескольких форумов. Там всё работает довольно честно: отношение сигнал/шум, контраст, яркость и другие параметры от разрядности АЦП не зависят.

Это плохо, если по большому счету. Должно зависеть. Разные камеры - разное поведение. Другая разрядность, другой динамический диапазон. Чернее фон, меньше шум. Или их льют "из одной бочки". Я приводил картинки с камеры в ветке. Там все по-честному. Поэтому, у меня, как и у Вас, нет оснований утверждать, что с камерой что-то не то. Поэтому прошу не расценивать это как "наезд" на известные многим камеры, но эта PG все же несколько повыше уровнем, имхо. И все обещанное в спецификации выдает. Поэтому не вижу оснований грешить на камеру или производителя софта. Нет тут критерия истины, кроме личного опыта и с этой камерой и с любой другой. Кроме опыта, есть спецификации, где субъективные впечатления заменены цифрами.
Ладно, предлагаю взять паузу до следующих открытий) Опять монологи пошли.

[bigol]

Если я говорю про шум, то я говорю именно про шум (это такие черные и серые точки на снимке)

И что это за "точки" в атмосфере, не поделитесь? Какой примерно размер объектов, на каком расстоянии? Не нужно ли на них перефокусироваться, чтобы их заметить, если они действительно существуют?

[kryptonik]

А вот такой аспект. Битность и программы обработки. Эти программы любят контрастные зоны. Тогда они хорошо выравнивают кадры и устраняют геометрические искажения. Но вопрос как они работают. В каком преставлении 8 или 12-16 битном им работать лучше? Какая картинка для них контрастней? Или они всё в 8ми битном представлении делают?

[p.v.]

контраст в 16 бит лучше. я ffmpeg'ом перевожу набор кадров pgm или raw в 16bit avi, затем pipp'ом перевожу avi в ser16, далее autostakkert или WJ их обрабатывают как обычно. в стек пускаю в среднем 50%. отличие в обработке только на 1-м этапе, при переводе кадров в ролик, потому что моя камера 16 бит ролики не снимает. Но по-кадрово, в виде отдельных снимков формирует серию. проблем с привязкой по точкам при сложении нет никаких.

[Yuri_18]

Всем на заметку - "When to use 8 or 12-bit - a small analysis". Очень интересный анализ от Emil Kraaikamp...

[Дмитрий Маколкин]

Всем на заметку - "When to use 8 or 12-bit - a small analysis". Очень интересный анализ от Emil Kraaikamp...

Юра, спасибо за ссылку, а то я свою где-то успел посеять.
Хорошо бы такие исследования куда-нибудь здесь складировать...

[bigol]

Юра, я эту ссылку p.v. уже давал. Он сказал мнение "каких-то чуваков" его не интересует. Он верит только своему "опыту", а он ему подсказывает совершенно другое Так что это без толку. 

[Дмитрий Маколкин]

Юра, я эту ссылку p.v. уже давал. Он сказал мнение "каких-то чуваков" его не интересует. Он верит только своему "опыту", а он ему подсказывает совершенно другое Так что это без толку. 

Ну мы же тут не только с ним общаемся, вдумчивому читателю будет полезно.

[Алексей Юдин]

Как-то в реале больше заботят шумы атмосферы, с ними и бьемся.

У атмосферы в обсуждаемом контексте нет шумов, у неё есть ЧКХ.

[kryptonik]

Контекст, надо полагать, самый широкий. Ни шумы, ни ЧКХ никого особо не волнуют. В основном интересует картинка на выходе.

[bigol]

Ну мы же тут не только с ним общаемся, вдумчивому читателю будет полезно.

Наверное да, хотя Вы видели еще кого-то, кто категорически отвергал бы достаточность 8-битной съемки для планет (за исключением редких случаев по Солнцу и в тенях Луны)?

[SY]

На рис. заметно, что в режиме 8 бит уровень шума существенно выше, чем в 16 бит. Сами шумы грубее, т.е имеют больший относительный вес в сигнале.

C очень большой вероятностью, это артефакты работы АЦП.
Сейчас очень распространены АЦП типа Sample/Hold.

Его принцип работы такой:
На вход схемы приходит постоянно изменяющийся сигнал (со светочуствительной матрицы)
На некоторое время открывается входной ключ и напряжение на конденсаторе выравнивается со входным сигналом.
Ключ закрывается и далее производится преобразование заряда на конденсаторе в двоичный код с помощью цепочки конденсаторов (С - 2хС - 4хС - ...)
В скоростных АЦП таких схем две. Пока одна преобразует сигнал в цифровой вид, другая в это время заряжает конденсатор.

Для преобразования в цифровой вид высокоточный входной конденсатор поочередно подключается к высокоточным конденсаторам схемы преобразования. Каждое подключение занимает некоторое время необходимое для перетекания части заряда. Это время уменьшить нельзя. В общем случае это время может меняться в зависимости от емкости конденсатора.
В 8-битном режиме, 16-битного АЦП преобразование прекращается досрочно, когда процесс преобразования не дошел до младших битов.
Если в этом случае сохранить битовый поток постоянным, то сигнал S/H будет переключаться в два раза чаще, и здесь проявятся три эффекта:
    1. входной конденсатор может не успеть придти в равновесие со входным сигналом
    2. при переключении (см.рис ниже) возникают затухающие колебания, которые могут не успеть затухнуть к моменту закрытия ключа, тогда напряжение на конденсаторе будет отличаться от входного сигнала.
    3. при открытии ключа, через проходную емкость затвор-канал ключа напряжение переключающего импулься примешивается к входному сигналу(можно увидеть осциллографом), что при коротком импульсе S/H вносит свое искажение(из моего опыта - самое существенное, т.к. питающее напряжение превышает уровень сигнала)

Эффект 1 приводит к корреляции сигнала через пиксел(в процессе измерения входной конденсатор не был разряжен до конца из-за прекращения преобразования после 8 бит)
Эффект 2 увеличивает уровень шумов в младших битах
Эффект 3 обычно смещает сигнал в одну сторону(величина смещения зависит от уровня сигнала) и увеличивает уровень шумов в младших битах

[Serj]

Картинок не вижу, только логические рассуждения. Если АЦП 12 бит, то 4 старших бита в 16-битном представлении должны быть нулями. Если это не так, то о чём вообще разговор? Не стоит ждать от камеры машинного зрения и её родного софта научной  точности и пунктуальности.

[p.v.]

Отсюда http://www.ptgrey.com/support/downloads/Downloads_admin/Dlds/FL3-U3_TechnicalReference.pdf
The Flea3 USB 3.0's ADC is configured to a fixed bit output. If the pixel formatselected has fewer bits per pixel than the
ADC output, the least significant bits are dropped. If the pixel format selected has greater bits per pixel than the ADC
output, the leastsignificant bits are padded with zeros.
A 10-bit conversion produces 1,024 possible values between 0 and 65,472. Image data is left-aligned across a 2-byte
format. The leastsignificant bits are always zero.
A 12-bit conversion produces 4,096 possible digital image values between 0 and 65,520, left-aligned across a 2-byte
data format. The four unused bits are padded with zeros.
The bit depth of the output varies between sensors and can be seen in the table below. Image data is left-aligned across
a 2-byte format. The leastsignificant bits, which are the unused bits, are always zero.
For example, for a 12 bit output, the leastsignificant 4 bits will be zeros in order to fill 2 bytes. E.g. 0xFFF0.
Model ADC
FL3-U3-13S2M-CS 12-bit
FL3-U3-13S2C-CS 12-bit
FL3-U3-13Y3M-C 10-bit
FL3-U3-13E4M-C 10-bit
FL3-U3-13E4C-C 10-bit
FL3-U3-32S2M-CS 12-bit
FL3-U3-32S2C-CS 12-bit
FL3-U3-88S2C-C 12-bit

Т.е. из этого описания следует, что имея сигнал, претендующий на оцифровку в 12 бит, при 8-ми разрядном выходе 4 младших разряда будут отброшены. О каком качестве картинки тут можно говорить? С данной камерой, и с любой другой, у которой ацп>8 разрядов, это просто глупо. Мало того, что режется полезный сигнал, но и вес шума возрастает. В различных АЦП принципы оцифровки одинаковы. Реализации отличаются, в частности алгоритмами. С принципиально другой камерой, у которой АЦП изначально 8 разрядов, еще куда ни шло. Но 8 это не 12, в любом случае, т.е. вещи несравнимые.
И наоборот, при 16-битном выходе, они будут заполнены нулями. Откуда следует, что именно старшие разряды должны заполняться нулями? И что это поменяет? Ссылку можете привести?
Ну и чтобы окончательно разобраться в вопросе, существует только 2 типа моно картинки - 8 и 16 бит. 12 не бывает, потому что 12 требует под себя 2 байта. Эти форматы называются Y8 и Y16. Это чистые монохромные форматы. Других нет. Поэтому, речь идет о реальной записи в 12 бит, а не 16. И выложенные на снимках результаты соответствующие. 16 бит здесь только в названии.

[Alex_O]

Т.е. из этого описания следует, что имея сигнал, претендующий на оцифровку в 12 бит, при 8-ми разрядном выходе 4 младших разряда будут отброшены. О каком качестве картинки тут можно говорить? С данной камерой, и с любой другой, у которой ацп>8 разрядов, это глупо.

Не так и глупо, если младшие разряды заполнены шумом. Скорее глупо передавать удвоенный поток, чтобы потом при сложении большого числа кадров этот шум усреднился. Вообще по сравнению с матрицей АЦП стоит копейки. Если бы большая разрядность давала заметный выигрыш, 16-битные АЦП ставили бы везде. Есть еще одна проблема - чем выше разрядность АЦП, тем медленнее он работает. Получается, что для той-же скорости выдачи данных 16 разрядный АЦП должен обладать примерно в двое большим быстродействием. Соответственно шумы и ошибки преобразования тоже будут больше, чем у 8 битного. Даже в 8-битном режиме! Видимо  и ограничиваются 10-12 битными АЦП в камерах систем машинного зрения, чтобы сильно не ухудьшить качество преобразования.