Нужно ли охлаждать планетную камеру

[smitty0]

Интересная тема. Большинство пишут что не нужно, так как при таких мизерных выдержках тепловым шумом можно пренебречь. Решил проверит по цифрам, они дают более точную оценку.

Сделал тест - снял кусок стены строения напротив балкона. Снял с охлаждением сенсора  до -20°, затем через несколько минут без охлаждения (датчик матрицы показывал уже +20°). Загнал по 100 фитов в фитстекер, и померял SNR (гифка большая, ~9Mb):



Разница вроде небольшая, но вот из этих мелочей картинка в конечном результате получается лучше. Особенно это я заметил на лунных морях - меньше шума после деконволюции.

Ссылка на файлы теста (по 100 фитов) тут.

[Smirnov Andrey]

Олег, спасибо за тест!
Но для меня ответ на этот вопрос очевиден: надо, если есть возможность! Вся физика говорит за это!

[Виниту]

Спасибо! Но по-моему результат скорее показывает, что особой разницы для охлаждения/неохлаждения нет. Также, по-моему можно чуть поменять методику: снимать просто какой-нибудь равномерный фон. Потому что здесь видны подвижки между кадрами и может при обработке фитсов часть этих подвижек интерпретируется программой расчета шума как шум. И также интересно было бы снимать при малой освещенности, чтобы гейн был близок к максимуму, когда как раз шум лезет. А выдержку малую, чтобы были как раз "планетные" условия.

Можно даже наверное просто снимать с закрытой крышкой. Т.е. взять, закрыть камеру и при выдержке 10 мс и кадре таком, чтобы пропускная способность системы не тормозила и fps было 100, на гейне близком к максимальному снять пару минутных "дарк" роликов, сначала без охлаждения (чтобы камеру не греть после охлаждения), а потом с охлаждением. И по этим даркам смотреть шум (не SNR, поскольку сигнал около нуля, а просто шум)

[Александр Анохин]

Планетная камера работает с малыми выдержками, поэтому влияние шумов мало. Также последующее осреднение  кадров сведет шумы на нет.

[Дмитрий Маколкин]

Я проводил исследование своей камеры на 174-й матрице на предмет зависимости шума от температуры. Снимались две пары дарков с минимальной выдержкой (чтобы темновой ток не сказывался) и с достаточным офсетом (чтобы гистограмма шума не подрезалась).
Одна пара снята без охлаждения, другая - с охлаждением на 30 с лишним градусов (использовал двухступенчатый Пельтье, охлаждал всю камеру).
После этого для каждой пары из одного кадра вычитался другой в Максиме ДЛ и определялось Std.Dev.
Разница между охлажденными и неохлажденными не превышала 10%, что подтверждает слабую зависимость шума считывания от температуры.

[Дмитрий Маколкин]

Планетная камера работает с малыми выдержками, поэтому влияние шумов мало. Также последующее осреднение  кадров сведет шумы на нет.

Неправильно. Шум считывания не зависит от выдержки. От выдержки зависит темновой ток.
Сложение кадров в первую очередь позволяет избавиться от шума считывания, и величина шума считывания определяет сколько кадров нужно сложить чтобы получить требуемое отношение сигнал/шум.

[smitty0]

Можно даже наверное просто снимать с закрытой крышкой. Т.е. взять, закрыть камеру и при выдержке 10 мс и кадре таком, чтобы пропускная способность системы не тормозила и fps было 100, на гейне близком к максимальному снять пару минутных "дарк" роликов, сначала без охлаждения (чтобы камеру не греть после охлаждения), а потом с охлаждением. И по этим даркам смотреть шум (не SNR, поскольку сигнал около нуля, а просто шум)

Сделал (см. вложение).

Дмитрий, так и есть, разница небольшая. Но и эти 10% в конечном счёте влияют на картинку в целом. Для себя сделал однозначный вывод - если есть возможность, надо снимать с охлаждением. К томуже дополнительный бонус - всегда можно доснять дарки.

[Дмитрий Маколкин]

Можно даже наверное просто снимать с закрытой крышкой. Т.е. взять, закрыть камеру и при выдержке 10 мс и кадре таком, чтобы пропускная способность системы не тормозила и fps было 100, на гейне близком к максимальному снять пару минутных "дарк" роликов, сначала без охлаждения (чтобы камеру не греть после охлаждения), а потом с охлаждением. И по этим даркам смотреть шум (не SNR, поскольку сигнал около нуля, а просто шум)

Сделал (см. вложение).

Дмитрий, так и есть, разница небольшая. Но и эти 10% в конечном счёте влияют на картинку в целом. Для себя сделал однозначный вывод - если есть возможность, надо снимать с охлаждением. К томуже дополнительный бонус - всегда можно доснять дарки.

Нет ли там засады с усилением и офсетом? Минимальное значение подозрительно круглое и одно из максимальных - тоже. Убедитесь, что при съёмке гистограмма не подрезается.

[kryptonik]

Я поставил на камеру вентилятор. Главным образом чтобы рассеять потоки теплого воздуха от нее, поскольку она стоит в главном фокусе. Потом при дневной съемки Венеры или Меркурия камера на Солнце нагревалась прилично, рукой не дотронешься, как-то непорядок. Ну и третье, в надежде на снижение шумов.
Греться она стала заметно меньше (хотя в градусах не интересовался). Прочие эффекты слабо выражены, в глаза не бросаются. Но вреда точно нет. Вентилятор оставлю. Принцип простой, надо сделать все возможное, чтобы не думалось.

[Дмитрий Маколкин]

Принцип простой, надо сделать все возможное, чтобы не думалось.

Разумная достаточность - вот лозунг антикризисного подхода!

[smitty0]

Нет ли там засады с усилением и офсетом? Минимальное значение подозрительно круглое и одно из максимальных - тоже. Убедитесь, что при съёмке гистограмма не подрезается.

В обоих случаях параметры одинаковы:
Gain=180
Brightness=27
Гистограмма не подрезается, чуть выше нуля. Максимальное - просто совпадение, проверил на других дарках.

[Александр Анохин]

Планетная камера работает с малыми выдержками, поэтому влияние шумов мало. Также последующее осреднение  кадров сведет шумы на нет.

Неправильно. Шум считывания не зависит от выдержки. От выдержки зависит темновой ток.
Сложение кадров в первую очередь позволяет избавиться от шума считывания, и величина шума считывания определяет сколько кадров нужно сложить чтобы получить требуемое отношение сигнал/шум.

Дмитрий, нужно немного уточнить терминологию. Темновой ток не зависит от выдержки, от выдержки зависит заряд накопленный от темнового тока. К тому же темновой ток - по сути одна из составляющих шума.

[Дмитрий Маколкин]

Дмитрий, нужно немного уточнить терминологию. Темновой ток не зависит от выдержки, от выдержки зависит заряд накопленный от темнового тока. К тому же темновой ток - по сути одна из составляющих шума.

Да, конечно, темновой ток это электроны в секунду. Вариация этого тока вносит свой шум.
Для полной аккуратности надо посмотреть величину этого тока, посчитать какой он внесет шум и сравнить этот шум с шумом считывания. Мне кажется, что при коротких выдержках его роль будет меньше, чем шума считывания.

[Владилен]

Есть интересная от Видеоскана статья на эту тему: http://videoscan.ru/page/704

[kryptonik]

Принцип простой, надо сделать все возможное, чтобы не думалось.

Разумная достаточность - вот лозунг антикризисного подхода!

Собственно, расходов никаких. Вентилятор 100-200р. Мне проще сделать, чем не делать, если мысля пришла, не отвяжется.

[Aleksandrrr]

Планетная камера работает с малыми выдержками, поэтому влияние шумов мало.

Как сказать... Были тесты QHY5-L2, показывающие ,что с 40мс выдержками охлаждение многое дает. Видимо, особенности усилительных каскадов того или иного сенсора могут обусловить большое влияние температуры на шум считывания.

[Aleksandrrr]

Сложение кадров в первую очередь позволяет избавиться от шума считывания

На мой взгляд, в современных условиях всё-таки не шум считывания, а фотонный шум является главной составляющей при планетной съемке. мы же редко когда снимаем с гистограммой, заполненной на 1%. Уровень фона обычно на порядки ниже уровня сигнала. И шум сигнала, как правило, значительно выше шума считывания. Если сейчас мы получим камеру с абсолютно нулевым шумом, то для планет это нам немного пользы даст. Разве что примемся снимать с частотой 1000Гц, но будет ли от этого толк - это большой вопрос.

[Александр Анохин]

Есть еще и атмосферные шумы, а они от охлаждения матрицы не зависят.
Есть ли какие-нибудь данные по составляющим шума (темновой ток и шум считывания)? Можно попробовать построить модель шума.

[Дмитрий Маколкин]

Есть еще и атмосферные шумы, а они от охлаждения матрицы не зависят.
Есть ли какие-нибудь данные по составляющим шума (темновой ток и шум считывания)? Можно попробовать построить модель шума.

Вот кстати да, построить модель очень интересно!
Что нам надо знать? наверное поток фотонов от планеты и масштаб съёмки чтобы выяснить количество фотонов/секунда/пиксель, квантовый выход чтобы определить количество фотоэлектронов/секунда/пиксель, выдержка чтобы определить количество фотоэлектронов и тем самым фотонный шум, шум считывания, темновой ток и его шум, шум квантования, что ещё?
По 174-й матрице есть шум считывания и квантовый выход, что ещё надо накопать? Темновой ток?

[Виниту]

Вот кстати да, построить модель очень интересно!
Что нам надо знать? наверное поток фотонов от планеты и масштаб съёмки чтобы выяснить количество фотонов/секунда/пиксель, квантовый выход чтобы определить количество фотоэлектронов/секунда/пиксель, выдержка чтобы определить количество фотоэлектронов и тем самым фотонный шум, шум считывания, темновой ток и его шум, шум квантования, что ещё?
По 174-й матрице есть шум считывания и квантовый выход, что ещё надо накопать? Темновой ток?

Я как-то пытался прикинуть по 224 матрице на примере Юпитера: https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,132121.msg3305201.html#msg3305201