О разрядности камеры при планетной съемке

[p.v.]

Шум в 8 и 16 режимах на одной и той же камере получается разным. См. картинки выше. Промышленные камеры бывают разные. Есть и 24 бита. Вопрос в цене и сфере применения. Но вот в бытовых камерах, в тех же зеркалках, имеется устойчивая тенденция к повышению разрядности матрицы. У моего не самого крутого никона 14 бит, например. Уверен, что есть камеры и с 16 бит. Ими то что движет? Разрядность АЦП влияет только на архитектуру решения, отсюда на быстродействие и на цену вопроса, но не на ошибки преобразования. А быстродействия тут хватает. По тех. спецификации моя камера разгоняется до 180fps, у меня работала на 230 на не самом малом ROI. От разрядности скорость зависит, но не катастрофически. В большей степени зависит от производительности компа и пропускной способности канала.
И потом, если мы снимаем детали объекта, сопоставимые по уровню с шумами(а астрофото только на этом и стоит), эти шумы при сложении уйдут, а детали останутся. Если такой слабый(зашумленный) сигнал отбросить на стадии преобразования в АЦП, детали будут выброшены и на сумме их не будет. Я не знаю механизма, способного явно отделить присутствие слабого сигнала в шумах, кроме глаза и мозга. Программы, анализаторы шума в частности, на это не способны. Они просто покажут, что уровень шума составляет N db, и если отбросить пару разрядов, сигнал укладывается в 8 бит. Ну так вот это не аргумент, потому как эти пара разрядов потом на сумме и вылезает при сложении N тыс. кадров в качестве едва уловимых слабоконтрастных деталей.

Во сколько разрядов уложить тот же Юп или Луну, определяется яркостью сигнала и разрядностью матрицы. Отсюда простой вывод - при нормальном заполнении гистограммы и небольшом усилении мы имеем чистый выигрыш, если на экране имеется изначально хоть что-нибудь полезное, помимо шумов. А оно имеется и выглядит тем лучше, чем больше апертура. Шум это тоже сигнал, только случайный. И оцифровывается он тем тоньше, чем выше разрядность. При сложении тонкий шум, с большей дисперсией, будет эффективнее убираться просто потому, что его повторяемость в сигнале падает в разы, если не на порядки.

[Alex_O]

У моего не самого крутого никона 14 бит, например. Уверен, что есть камеры и с 16 бит. Ими то что движет?

Как раз в этом случае вполне оправдано - яркость объектов большая (соответственно динамический диапазон), скорость передачи данных низкая.
Дело ведь не в том, что 12-16 бит не нужно. Для ярких объектов необходимо. Вопрос о пользе для планетной съемки.
От разрядности АЦП зависит не только скорость передачи данных в комп, но и тактовая частота самого АЦП. Как он справляется с преобразованием и насколько возрастают погрешности можно только догадываться. На таких частотах имеет значение даже взамное расположение электронных компонентов внутри камеры. Понятно, что  производителю нет смысла доводить до совершенства параметры недорогой камеры для систем машинного зрения! Профессиональные астрономические камеры стоят существенно дороже с них и спрос больше.

Интересно, что при сложении большого количества кадров в условиях шумов, удается выделить сигнал намного более слабый, чем вес младшего разряда для камер с малой разрядностью. Так что отбрасывание нескольких разрядов не столь критично, главное чтобы шум захватывал младший разряд. Програмы обработки обычно используют внутреннее 32-битное представление данных и при сложении потерь не будет.

[SY]

Шум это тоже сигнал, только случайный.

Шумы разные бывают. Если это шум изображения, это одно, а если это внутренний шум АЦП, то хоть сколько бит его не оцифровывай, новых деталей планеты не увидишь. Еще, внутренний шум АЦП не имеет нормального распределения, а для усреднения сложением это важное требование.
Если интересно, на высоких частотах преобразования, на уровень шума влияет нестабильность тактового генератора(фазовый шум) за счет неравномерности времени заряда конденсаторов, как входного, так и матрицы (С - 2хС) АЦП

[Serj]

Откуда следует, что именно старшие разряды должны заполняться нулями? И что это поменяет? Ссылку можете привести?

Прошу прощения, это дезинформация. Действительно, отбрасываются младшие.

[Дмитрий Маколкин]

Откуда следует, что именно старшие разряды должны заполняться нулями? И что это поменяет? Ссылку можете привести?

Видимо, в разных камерах это реализовано по-разному.
Вот что пишет Баслер (серия камер ace, включая мою asA640-100gm):
When the camera is set for Mono 12, the pixel data output is 16 bit data of the “unsigned short (little endian)” type. The available range of data values and the corresponding indicated signal levels are as shown in the table below. Note that for 16 bit data, you might expect a value range from 0x0000 to 0xFFFF. However, with the camera set for Mono12 only 12 bits of the 16 bits transmitted are effective. Therefore, the highest data value you will see is 0x0FFF indicating a signal level of 4095

Если я не ошибаюсь (а если ошибся - поправьте меня), то 12-и битный сигнал занимает диапазон от нуля до 4095, т.е. работают 12 бит из 16-и , что мне кажется вполне корректным. В этом случае мы имеем линейную передаточную характеристику, а значит и все возможности для правильной калибровки и вытягивания данных из шумов.

Описания того, что происходит в режиме Mono 8 в документации не приводится, надо писать в тех. поддержку или звонить им, что я и планирую сделать. Если в этом режиме 4 бита отбрасываются, то это совсем нехорошо.

Впрочем, будет крайне интересно провести полевые испытания. С нетерпением жду погоду.

[Serj]

Описания того, что происходит в режиме Mono 8 в документации не приводится, надо писать в тех. поддержку или звонить им, что я и планирую сделать. Если в этом режиме 4 бита отбрасываются, то это совсем нехорошо.

Конечно отбрасываются, их просто некуда пихать. Другое дело, что у Basler есть Digital Shift - если необходимо, можно перед передачей картинки умножить её x2, x4, x8 или x16 раз. Тогда младшие биты не потеряются. У PGR такой функции что-то не нашёл.

[p.v.]

Шумы разные бывают. Если это шум изображения, это одно, а если это внутренний шум АЦП, то хоть сколько бит его не оцифровывай, новых деталей планеты не увидишь.

Безусловно. Но на такие шумы есть калибровка. Ее непросто применять к ролику, но теоретически возможно. Мне интересно, как такой шум отразится на картинке? Как он должен выглядеть? Полосы, сетка, вариации полезного сигнала в пикселе по яркости, заполнение младших разрядов, или что?

[SY]

Мне интересно, как такой шум отразится на картинке? Как он должен выглядеть? Полосы, сетка, вариации полезного сигнала в пикселе по яркости, заполнение младших разрядов, или что?

Если Вы посмотрите нижний рисунок #36, и сигнал SAMPLE сократите по времени в два раза, то момент закрытия ключа придется на переходный процесс. Если бы картинка была статичной, то это просто привело бы к изменению яркости этого пиксела на фиксированную величину. Применительно ко всему кадру, это бы изменило яркость пикселов в сторону яркости предыдущего пиксела.
Но тактовый генератор имеет нестабильность частоты(а часто используется PLL с НЧ фильтром в обратной связи). В итоге момент закрытия ключа будет приходиться на разную фазу переходного процесса и фазовый шум перейдет в итоге в сигнал. Получается, что рассматриваемая помеха состоит как бы из двух частей: смещения в сторону предыдущего пиксела и шума генератора. Такая помеха обладает нехорошим свойством - усреднение ее не убирает: с первой и так все ясно, а вторая - захватывает маленький кусочек колебания переходного процесса, и, с большой вероятностью, она не будет усредняться в ноль. Теперь учтем, что скорее всего используется сдвоенный(или кратный) АЦП и конечная картинка будет примерно такой - четные и нечентые пикселы будут "мерцать" независимо друг от друга, возможно появление полос по строкам (более светлых или более темных) из-за работы обратной связи PLL. Шум будет сильнее проявляться на границе участков с разной яркостью. Сравнивать нужно, конечно, не сжатое и не обработанное изображение (RAW) - на сжатом появляются свои артефакты сжатия.

[p.v.]

Положение регулятора резкости ставится камерой по умолчанию в 0 для Raw и выше 0 для Mono
(думаю, что 1024 соответствует норме при макс. значении 4096). В Raw камера не дает его изменять,
т.е. он отключен. В Mono 8/12/16 его можно регулировать и тогда действительно, 0 дает мыло.
Тут Вы правы - это и есть шумодав.

Это стоило бы уточнить у производителя программы. Мне показалось, что правильное значение - 512.

Уточнил
8.12 Sharpness (стр.65 техн. описания)
The Flea3 USB 3.0 supports sharpness adjustment, which refers to the filtering of an image to reduce blurring at image
edges. Sharpness is implemented as an average upon a 3x3 block of pixels, and is only applied to the green component
of the Bayer tiled pattern. For sharpness values greater than 1000, the pixel is sharpened; for values less than 1000
it is blurred. When sharpness is in auto mode and gain is low, then a small amount of sharpening is applied, which
increases as gain decreases. If gain is high, a small amount of blur is applied, increasing as gain increases.
И по гамме
 Gamma values between 0.5 and 1 result in decreased brightness effect,
while values between 1 and 4 produce an increased brightness effect. By default, Gamma is enabled and has a value of
1.25. To obtain a linear response, disable gamma.

Мне интересно, как такой шум отразится на картинке? Как он должен выглядеть? Полосы, сетка, вариации полезного сигнала в пикселе по яркости, заполнение младших разрядов, или что?

.. и конечная картинка будет примерно такой - четные и нечентые пикселы будут "мерцать" независимо друг от друга, возможно появление полос по строкам (более светлых или более темных) из-за работы обратной связи PLL. Шум будет сильнее проявляться на границе участков с разной яркостью.

Это оно?
Horizontal Line Artifact
For cameras with the IMX036 sensor (FL3-U3-32S2), an internal characteristic of the sensor may cause a horizontal
stripe pattern under certain conditions. The stripe pattern manifests itself as alternating light and dark pixel rows. This
effect may be more noticeable when a collimated light source originates at a sharp angle above or below the sensor.
The amount of striping varies according to the angle of light particularly in the vertical direction. It is more obvious with a
short distance lens and large aperture.

Но они пишут, что это артефакт только этого сенсора. У других другие косяки.

[SY]

Это оно?

В сенсоре, похоже, используется черезстрочная развертка.
Такой эффект может вызвать и нестабильность PLL (колебание около заданной частоты вследствии НЧ фильтра в обратной связи) и работа АРУ.
Глянуть бы на несжатый кадр (tiff  из raw)