Камеры ZWO ASI

[toh@]

Друзья, помогите восполнить пробелы в знаниях.
Выбираю камеру с мелким пикселом и приличной площадью под короткофокусный объектив (135мм).
Прицелился на 585 сенсор.
Всем, вроде хорош. Низкий шум, хорошая чуйка, при относительно мелком пикселе. Нет, вроде, паразитных засветов от усилителя.
Вроде приличная глубина ямы в 40К электронов. Но смутил, заявленный производителем 12bit встроенный АЦП.
... если я что-то понимаю в математике, 12bit - это 4096 отсчетов.
Правильно я понимаю, что, при считывании сигнала, он подвергается динамическому сжатию по какому-то хитрому нелинейному алгоритму, и сохраняется уже в 16-битном формате с бОльшим растяжением каких-то менее значимых участков гистограммы (по мнению этого алгоритма)?
Иными словами - есть ли практическое преимущество сенсора с ямой в 40К электронов и 12bit-ным ADC перед сенсором, скажем, с ямой в 10К электронов, и таким же 12bit-ным АЦП? Насколько корректно работают эти алгоритмы на практике?

[diant]

При считывании сигнала с пиксела он ничему не подвергается и подвергнуться не может, кроме собственно АЦП, на выходе которого у 585й получаются обычные 12-битные данные. Описанное вами сжатие с избирательным прореживанием, применяемое некоторыми производителями DSLR камер, - оно именно сжатие. То есть, если мы считываем сигнал с большей разрядностью, чем пишем в файл (чтобы на флэшку побольше RAWов влезло). В астрокамерах все наоборот - с местом проблем нет и пишутся 16-битные данные, поэтому тут сжимать 12-битный или 14-битный сигнал не нужно. Его наоборот растягивают до 16 бит обычно простым "дописыванием нулей" (bitshift).

Что касается ямы 40К и 12битного АЦП - так ведь тут шум считывания на нулевом гейне (7е) как раз близок к 10е, поэтому тут все вполне терпимо. Кому нужны в оцифровке шумовые биты? Уже на гейне 50 (яма ~24К) шум считывания (6е) сравнивается с 24К/4К=6е, а дальше все еще веселее. Так что камера инженерами продумана, покупайте смело, если в остальном она вам нравится. (А она многим нравится)))

[toh@]

Ага, спасибо.
... ну да, не верно выразился. Имел ввиду растяжение сигнала.
То есть, условно, сигнал просто растягивается линейно на весь диапазон...
Соответственно, камера с ямой в 15000 и 14 битах АЦП, всегда имеет примерно вчетверо больший ДД, по сравнению с камерой, с ямой в 40К и 12 битами...
... но при этом, переполнение емкости пиксела у первой наступит раньше, примерно в 3 раза?
Соответственно, ограничить переполнение отдельных пикселов на кадре мы должны сами, ограничивая длительность саб-экспозиции, исходя из распределения яркости конкретного объекта, светосилы, и глубины ямы используемого сенсора? (т.е. контролировать переполнение пикселов кадра)

[diant]

То есть, условно, сигнал просто растягивается линейно на весь диапазон...

Да.

Соответственно, камера с ямой в 15000 и 14 битах АЦП, всегда имеет примерно вчетверо больший ДД, по сравнению с камерой, с ямой в 40К и 12 битами...

Нет, конечно. ДД - это не log2(15000/gain(e/ADU)). ДД - это log2(15000/RN)
Антон, загляни в даташит 585й камеры ЗВО. Возьми к примеру гейн200. Яма там 4К, а цена электрона примерно 1ADU, однако на графике ДД указана цифра отнюдь не 12, а 10. Почему? Потому что RN там примерно равен 4е, а значит log2(4K/4e) = 10.

... но при этом, переполнение емкости пиксела у первой наступит раньше, примерно в 3 раза?

При условии, что у нас одинаков размер пиксела и QE.

Соответственно, ограничить переполнение отдельных пикселов на кадре мы должны сами, ограничивая длительность саб-экспозиции, исходя из распределения яркости конкретного объекта, светосилы, и глубины ямы используемого сенсора? (т.е. контролировать переполнение пикселов кадра)

В точности так.

[toh@]

Антон, загляни в даташит 585й камеры ЗВО.

Да я пытаюсь. Весь день мозг напрягаю - скоро голова взорвется.
Берем график 585.
Gain 200. Только сейчас, кажется, понял? что за попугаи в обозначении gain (внимательно глянул, там подписано, что единицы в 0.1dB). Gain 200 = 20dB, т.е Ку = 10
Предположительно, 10 пойманных пикселом фотонов сгенерят заряд в 1 электронов.
Далее - шум считывания. Чуть менее 4е- для Gain200.
И полная емкость ячейки для Gain 200 примерно 4К e-
То есть, имеем SNR = 4K/4e- = 1000 и, соответственно, динамический диапазон, как log2(SNR) = 10. ... что и видим на графиках.
Еще мы видим некий GAIN(e-/ADU) = 1 для Gain 200. Некий коэф. преобразования. То есть 100 считанных АЦП электронов вернет 100 "попугаев" (ADU).
...кажется понял. Верхний график - это максимальная емкость для разных Gain.
Емкость ячейки 40К фотонов. Это то, что она может в принципе вместить. Но при Gain 200 (Ку=10) при накоплении в ячейке, например, 40000 фотонов, мы получим 4К электронов, что при считывании вернется, как 4 000 ADU. Собственно, диапазон АЦП 12бит.
При Gain = 0 (Ку = 1), накапливая полную ячейку 40000 фотонов, мы считываем 40K e-
АЦП возвращает нам, согласно графику 40000 / 9.8 = 4096 отсчетов (опять же полный диапазон АЦП 12бит). SNR для Gain 0 имеем 40000 / 6.7 = 6000, как следствие DR = 12.5
(вот тут не понял как, по-идее, он должен быть ограничен разрядностью АЦП, вроде).

[toh@]

При условии, что у нас одинаков размер пиксела и QE.

ну, да, логично, с поправкой на фактически захваченные фотоны...

[toh@]

... я просто выразился не верно в самом начале... Как не крути, если рассмотреть две разных камеры с АЦП 14бит и 12бит, на практике, все равно будет подобран режим, чтобы камера не переполняла определенные пикселы. То есть, нужно не допускать потери сигнала из-за переполнения в светлых участках. Тогда (при равных ямах и шумовых показателях) 14-битный АЦП выдаст в 4 раза больше градаций тонов на пиксел, нежели 12-битный.
При разных же ямах, возможна ситуация, когда, во избежании переполнения ячейки мы снизим время накопления сигнала, сужая диапазон яркости, и, как следствие - сужая ДД системы.
Не ошибаюсь в суждениях?

[diant]

Антон, у тебя прям какой-то мозговой штурм реально, береги голову! Если хочешь, свяжемся по вотсапу или зуму и раз в 100 быстрее голосом все обсудим. У тебя местами мысли правильные, местами невпопад.
В реальности при съемке дипов людей чаще волнует не переполнение ячеек, а наоборот, подъем слабого сигнала над шумом матрицы. В редких случаях (ядро М31 или М42) сокращают время субов для неперегорания дипа. Звезды (в керне профиля) перегорают всегда и это норм. Но можно подобрать такую длительность субов и параметры камеры, что и звезды будут минимально распухшими, но этот момент у многих вызывает трудности. Можно в первом приближении на это не смотреть.

Еще мы видим некий GAIN(e-/ADU) = 1 для Gain 200. Некий коэф. преобразования. То есть 100 считанных АЦП электронов вернет 100 "попугаев" (ADU).

Да, 100 попугаев ADU в разрядности камеры. Но в 16-битный fits будет записано уже 400ADU (bitshiftleft 2, если камера 14битная) или 1600ADU (bitshiftleft 4, если она 12битная).

Берем график 585.
Gain 200. Только сейчас, кажется, понял? что за попугаи в обозначении gain (внимательно глянул, там подписано, что единицы в 0.1dB). Gain 200 = 20dB, т.е Ку = 10
Предположительно, 10 пойманных пикселом фотонов сгенерят заряд в 1 электронов.

Первая мысль верна - Ку=10. Это еще быстрее понимается, когда видишь что при гейне 0 яма 40К, а при гейне 200 яма 4К. Ясно, что разница в 10 раз.
Вторая мысль не верна в корне. Пойманные фотоны ВСЕГДА садятся в ячейку пиксела таким же количеством электронов. Слово "пойман" и означает, что зайца схватили за уши и посадили в клетку. Пойманный фотон=электрон - это простое физическое соображение.
А вот когда поднимаем усиление, этот электрон разменивается на разное число попугаев ADU. Для 585й:
- гейн 0:      10 электронов дает нам 1ADU
- гейн 200:  1 электрон дает на 1ADU (электроны "подорожали", как на бирже)

...кажется понял. Верхний график - это максимальная емкость для разных Gain.

В первом приближении да. Возможно, точнее тут будет сказать, емкость, которая еще вписывается в диапазон АЦП при выбранном усилении.

Емкость ячейки 40К фотонов. Это то, что она может в принципе вместить. Но при Gain 200 (Ку=10) при накоплении в ячейке, например, 40000 фотонов, мы получим 4К электронов, что при считывании вернется, как 4 000 ADU. Собственно, диапазон АЦП 12бит.

Не совсем так. При накоплении 40000 фотонов (на любом гейне), в ячейке сидит 40000 электронов.
А вот когда мы начинаем их подавать на АЦП при разном усилении, выходит такая вещь:
на гейне 0 (минимальное усиление) вся полная яма пролезет без обрезки, потому что цена электронов сейчас 10e/ADU.
на гейне 200 пролезет без обрезки только 4000 электронов; а все что выше - будет давать на выходе АЦП значение 4096.

При Gain = 0 (Ку = 1), накапливая полную ячейку 40000 фотонов, мы считываем 40K e-

Да, но главное - мы оцифровываем этот диапазон полностью, от 0 до 40000, равномерно распределяя его по 4096 отсчетам АЦП. (Отсюда и цена 10е/ADU).

АЦП возвращает нам, согласно графику 40000 / 9.8 = 4096 отсчетов (опять же полный диапазон АЦП 12бит). SNR для Gain 0 имеем 40000 / 6.7 = 6000, как следствие DR = 12.5

Тут SNR не к месту. Это и есть ДД (или максимально возможный SNR).
Что касается 12.5, то имхо это маленькая натяжечка (для сохранения линии). Хоть на гейне 0 у нас и 6.7е шум считывания, но цена электрона поменьше (дискретность: 10е дадут только 1 отсчет ADU), поэтому по честному надо было написать DR=12.0. Опять же имхо. Но это детали.

[toh@]

Антон, у тебя прям какой-то мозговой штурм реально, береги голову!

Да, наверное! Я просто никогда не понимал этих графиков, не вникал в суть. А тут все кругом анализируют, понимают что-то на раз-два. Ошибки, подлоги находят в них. ... тоже захотелось. Тем более, немного работал сам с АЦП, и цифровой обработкой сигнала заниматься приходилось...
Вобщем, спасибо большое. Что-то уже начинает доходить помаленьку. Нужно переварить, систематизировать информацию. Если вопросы останутся - попрошу помощи.

[toh@]

В реальности при съемке дипов людей чаще волнует не переполнение ячеек, а наоборот, подъем слабого сигнала над шумом матрицы. В редких случаях (ядро М31 или М42) сокращают время субов для неперегорания дипа. Звезды (в керне профиля) перегорают всегда и это норм. Но можно подобрать такую длительность субов и параметры камеры, что и звезды будут минимально распухшими, но этот момент у многих вызывает трудности. Можно в первом приближении на это не смотреть.

Ну да, логично. Сигнал-шум важнее всего.
Насчет подбора параметров - спасибо за информацию. Не знал, впринципе, что это возможно (думал, только постобработкой). Теперь хоть знаю, о чем спросить можно

[toh@]

Да, 100 попугаев ADU в разрядности камеры. Но в 16-битный fits будет записано уже 400ADU (bitshiftleft 2, если камера 14битная) или 1600ADU (bitshiftleft 4, если она 12битная).

это я понимаю, сдвиг влево на разницу разрядностей (умножение на 4 или 16)

[Albireo7]

Может, это как-то сможет дополнительно помочь? Вот реальный тест моей 585 камеры ZWO. Меня впечатлили циферки усиления. То есть в зависимости от того, насколько поднимаешь gain усиление меняется очень сильно. И соответственно меняется экспозиция. Я проверял - это и в fits-файлах тоже сохраняется. То есть, если задрать гейн, то там экспозиция идёт гораздо больше.

[PavelGhost]

Сигнал-шум важнее всего.

Правильно, но все эти расчеты даны для одиночника, если собирать сумму, то камера с большей разрядностью позволит делать более длительные субы и в результате ДД линейной суммы будет выше, чем у 12 битной без перегара ярких объектов. В конце концов не только шумы чтения являются ограничивающими ДД.

[toh@]

Первая мысль верна - Ку=10. Это еще быстрее понимается, когда видишь что при гейне 0 яма 40К, а при гейне 200 яма 4К. Ясно, что разница в 10 раз.
Вторая мысль не верна в корне. Пойманные фотоны ВСЕГДА садятся в ячейку пиксела таким же количеством электронов. Слово "пойман" и означает, что зайца схватили за уши и посадили в клетку. Пойманный фотон=электрон - это простое физическое соображение.
А вот когда поднимаем усиление, этот электрон разменивается на разное число попугаев ADU. Для 585й:
- гейн 0:      10 электронов дает нам 1ADU
- гейн 200:  1 электрон дает на 1ADU (электроны "подорожали", как на бирже)

Это тоже понял. Впринципе, раньше, так и думал. Меня немного сбили с толку куча финтов с переопределением коэффициентов усиления
Gain 0 (что по шкале читается, как 0dB, и равно 1) - 0.1
Gain 200 (что по шкале читается, как 20dB, и равно 10) - 1.0
Остальное уже додумал, как смог...
PS: правильно понимаю, что для этой камеры unity gain = 200 (198 - стрелка на графике) ?

[toh@]

Не совсем так. При накоплении 40000 фотонов (на любом гейне), в ячейке сидит 40000 электронов.
А вот когда мы начинаем их подавать на АЦП при разном усилении, выходит такая вещь:
на гейне 0 (минимальное усиление) вся полная яма пролезет без обрезки, потому что цена электронов сейчас 10e/ADU.
на гейне 200 пролезет без обрезки только 4000 электронов; а все что выше - будет давать на выходе АЦП значение 4096.

Да, теперь понял. Все логично, на самом деле. Просто нужно было немного голову на место поставить.
Спасибо огромное!!! За то, что потратили много времени на меня. Очень рад, что разобрался с графиками сенсоров!

[PavelGhost]

У 585 камеры по графикам получается, что несмотря на большую яму реальный максимальный ДД всего лишь 11 стопов.
Такой же как и у 676, у которой яма в четыре раза меньше.
И вдобавок дурацкий формат чипа.
Короче для дипов недоразумение а не камера.

[toh@]

Может, это как-то сможет дополнительно помочь? Вот реальный тест моей 585 камеры ZWO. Меня впечатлили циферки усиления. То есть в зависимости от того, насколько поднимаешь gain усиление меняется очень сильно. И соответственно меняется экспозиция. Я проверял - это и в fits-файлах тоже сохраняется. То есть, если задрать гейн, то там экспозиция идёт гораздо больше.

Мне кажется, значения очень похожи на значения с графиков на сайте ZWO

[toh@]

У 585 камеры по графикам получается, что несмотря на большую яму реальный максимальный ДД всего лишь 11 стопов.
Такой же как и у 676, у которой яма в четыре раза меньше.
И вдобавок дурацкий формат чипа.
Короче для дипов недоразумение а не камера.

ну формат чипа, все-таки немного другой. Мне, возможно ошибаюсь, но 585 кажется чуть более удачным под фокус 135мм
... и еще у 676 нет версии с охлаждением у ZWO.
Тоже, кстати, интересный вопрос. Сейчас наметилась тенденция какая-то снимать без дарков. Калибровочные многие снимают офсеты и флеты. Это новые сенсоры так повлияли? Собственно, так необходимо ли в новых реалиях охлаждение камеры для съемки дипов с длинными выдержками? Тут даже не вопрос более высокой стоимости камер с охлаждением. Это можно пережить. Но они еще больше и тяжелее. И самое главное - их же нужно чем-то кормить! А аппетит у них приличный...

[PavelGhost]

Да под любой фокус матрица 676 квадратиш практиш гуд, ну на крайняк 3/4 нормально, когда почти 1/2 стороны как у 585 это ни в какие ворота...
По цене 585 с охлаждением есть смысл подкопить чутка и взять 533 с нормальным 14битным ацп.
12 ацп для дипов - ну такое себе, на безрыбье и рак как говорится.

[toh@]

По цене 585 с охлаждением есть смысл подкопить чутка и взять 533 с нормальным 14битным ацп.

так а там еще чутка - и 2600...