Выбор гейна, офсета, iso, выдержки etc.

[diant]

Ой! От меня какая-то помощь требуется? Какая? Я готов!

Павел, если Дима выложит свой материал - проанализируйте его пожалуйста.
Я надеюсь, вы уже все сами умеете, только проверяйте себя.

Дима, я честно говоря думал, ты сам все умеешь считать. Не?

[PavelF]

Павел, если Дима выложит свой материал - проанализируйте его пожалуйста.
Я надеюсь, вы уже все сами умеете, только проверяйте себя.

Я, конечно, готов потренироваться на "кошках". Главное, чтобы Диму это не испугало.

[Дмитрий Маколкин]

Я не пугливый

https://cloud.mail.ru/public/3Zum/2YJa7friy 27Мб.
Данные о съёмке корректно записаны в FITS Header

[PavelF]

Пока Антон работет, продолжу свободный полет фантазии.

Не нравится мне такой подход. То одна формула для расчета времени кадра, то другая:

Поскольку мы вправе сами определять tsub, принимаем за аксиому:
t_sub = 9RN²/S_sky или t_sub = 9RN²/DC. В зависимости от того, что больше. Сейчас для упрощения возьмем за аксиому первую формулу.

неправильно это, не по научному. Предлагаю другой подход. Поскольку шумы от S_sky и DC независымые, то правильно будет их складывать. И уже от этой суммы определять отпитальное время кадра. В этом случае:

t_sub = k*RN²/(S_sky+DC)

В этой формуле я ввел безразмерный коэффициент k, назовем его коэффициентом качества, вместо 2^2=4 или 3^2=9. Цифры 4 и 9, конечно красивые и является второй степенью натуральных чисел, но ничем математически необоснованы. Сейчас мы попробуем определить коэффициент качества и посмотрим как его использовать. Итак, вспоминаем нашу любимую формулу сигнал/шум для серии снимков:

SNR = S_obj*(N*t_sub)/sqrt[S_obj+S_sky+DC+RN²/t_sub]

Отметим, что

t_sub = k*RN²/(S_sky+DC) потому что мы так решили вычислять t_sub.

Тогда SNR_ser - сигнал / шум серии:

SNR_ser = S_obj*(N*t_sub)/sqrt[S_obj+S_sky+DC+RN²/(k*RN²/(S_sky+DC))]

SNR_ser = S_obj*(N*t_sub)/sqrt[S_obj+S_sky+DC+(S_sky+DC)/k]

SNR_ser = Sobj*(N*t_sub)/sqrt[S_obj+(S_sky+DC)*(1+1/k)]

Введем понятие SNR_ид - идеальный SNR при текущих условиях съемки и оборудовании объект бесконечно длинным кадром. (Понимаю, звучит как уравнение движения сферического коня в вакууме, но все же штука полезная). Для SNR_ид, t_sub -> бесконечность.

SNR_ид = S_obj*(N*t_sub)/sqrt[S_obj+S_sky+DC]

Найдем соотношение SNR_ид и SNR_ser при бесконечно тусклом объекте, когда S_obj = 0;

SNR_ид/SNR_ser = S_obj*(N*t_sub)/sqrt[S_obj+S_sky+DC] / S_obj*(N*t_sub)/sqrt[S_obj+(S_sky+DC)*(1+1/k)]

SNR_ид/SNR_ser = sqrt[S_obj+(S_sky+DC)*(1+1/k)] / sqrt[S_obj+S_sky+DC]

Вспоминаем, что по условиям S_obj=0

SNR_ид/SNR_ser = sqrt[(S_sky+DC)*(1+1/k) / (S_sky+DC)]

SNR_ид/SNR_ser = sqrt[(1+1/k)]

k = 1 / ((SNR_ид/SNR_ser)² - 1)

Что полученное соотношение нам дает? А дает оно, возможность выбирать коэффициент качества k, а следовательно время выдержки, в зависиости от желаемного отклонения SNR серии от идеального SNR возможного при данных условиях съемки. Определение коэффициента k можно произвести по таблице, где % - отклонение получаемого SNR серии от идеального SNR для самого тусклого объекта, а k - коэффициент качества, для расчета оптимального времени выдержки. Можем брать уже известные нам 4 и 9. А можем задать другие критерии для выбора. Также можем решить обратную задачу, определить отклонение SNR серии от идеального, зная отличие нашей экспозиции от оптимальной при тех же условиях съемки.

Вермя выдержки можем определить по формуле:

t_sub = k*RN²/(S_sky+DC), где k - выбранный нами коэффициент, а остальные члены мы уже знаем.

Сделанные расчеты не говорят, как надо делать, но позволяют понимать, какой результат следует ожидать при том или ином выборе.

Замечания, указания на ошибки в расчетах приветствуются.

[PavelF]

Я не пугливый

https://cloud.mail.ru/public/3Zum/2YJa7friy 27Мб.
Данные о съёмке корректно записаны в FITS Header

Сегодня небо дают. Уеду к телескопу. Завтра посчитаю, что смогу и как умею.

[PavelF]

Данные о съёмке корректно записаны в FITS Header

С небом меня жестоко обманули... Пришлось посчитать.

p.s. На заголовок колонки Gain 20, не обращайте внимание. Цифра данных правильная.

[Юрий Торопин]

Поскольку мы вправе сами определять tsub, принимаем за аксиому:
tsub = 9RN2/Ssky или tsub = 9RN2/DC. В зависимости от того, что больше. Сейчас для упрощения возьмем за аксиому первую формулу. Тогда:
SNR = Sobj*sqrt(N*tsub) / sqrt[Sobj + Ssky + DC + RN2/(9RN2/Ssky)]
SNR = Sobj*sqrt(N*tsub) / sqrt[Sobj + Ssky + DC + Ssky/9]

Важный момент! Мы вывели математически, при правильном выборе времени кадра, итоговый SNR серии не зависит от RN. Совсем. Иными словами, для любого RN можно подобрать такое время кадра, при котором SNR серии не изменится.

...никого не смущает, что RN зашит в tsub в формулах выше, а, значит, SNR ещё как зависит от RN, а именно - обратно пропорционально...

Я прочитал вскользь и не увидел, какое утверждение пытаются доказать или опровергнуть авторы...

[PavelF]

...никого не смущает, что RN зашит в tsub в формулах выше, а, значит, SNR ещё как зависит от RN, а именно - обратно пропорционально...

Я прочитал вскользь и не увидел, какое утверждение пытаются доказать или опровергнуть авторы...

1. Не смущает. Поскольку N*tsub = общее время серии. При изменении tsub, изменяется N, при этом общее время серии остается неизменным.

2. Авторы ничего не пытаются доказать или опровергнуть. Они заняты размышлениями на тему поиска оптимальных параметров для съемки. В частности гейна и времени выдержки. А также анализом влияния этих и других факторов съемки на итоговый результат.

[PavelF]

С небом меня жестоко обманули... Пришлось посчитать.

Все таки карма существует. Посчитал Дмитрию и сразу небо дали. Не надолго, но пересчитать фон неба несколько раз в разных фильтрах получилось. Результат в таблице.

[PavelF]

По результатам вчерашних замеров и предыдущего изучения темы сделал, для сетапа и условий съемки, табличку.

Серым отмечены значения, которые взяты от производителя или получены экспериментально.
Коэффициент качества, он голубой, устанавливается в процентах, по желанию. Он отвечает за разницу между SNR получаемым по результатам сложения серии кадров и неким идеальным SNR в этих условиях съемки. Установил его как 10%.
Для каждого гейна и светофильтра рассчитывается оптимальная выдержка по уже известной формуле t_sub = k*RN²/(S_sky+DC)

Представляется оптимальным, использовать гейн с максимальным отношением FullWell/RN². Для QHY163M это гейн 20. Его возможно использовать для LRGB съемки. L канал снимать с выдержкой 42 сек. RGB - 100 сек. Очевидно, что одинаковая выдержка не ухудшит SNR G и B каналов. Их SNR, поскольку шума меньше, все равно будет лучше, чем R. Их предел SNR мог быть выше, если снимать с более длинной выдержкой. Только зачем нужен лучший SNR только в двух каналах.

Снимать узкополосниками на гейне 20 не вижу особого смысла. 700 сек. выдержки очень много. Высок риск ипортить кадр и потерять драгоценное время накопления. Предполагаю снимать на гейне 170. С выдержкой 160 сек и потерей 25% динамического диапазона. Думаю, при съемке узкополосниками это будет оправдано.

Очевидно, все эти домыслы еще предстоит проверить на практике. Возможно, где-то заблуждаюсь. Если это так, прошу указать.

[mo]

700 сек. выдержки очень много

Не ... Для среднего астрографа в 200..250 мм апертуры на EQ6 - 10..15 минут нормальная рабочая выдержка с браком порядка единиц процентов.

Я снимал получасовыми на тёмный мак 8". Брака не было месяцами. С оговоркой, что дело было в обсерватории, то есть с ветрозащитой.

[PavelF]

Не ... Для среднего астрографа в 200..250 мм апертуры на EQ6 - 10..15 минут нормальная рабочая выдержка с браком порядка единиц процентов.

Я снимал получасовыми на тёмный мак 8". Брака не было месяцами. С оговоркой, что дело было в обсерватории, то есть с ветрозащитой.

Тут такой важный вопрос. А сколько нужно ДД для съемки? Может этого мало, а может много. Хотел вчера тесты провести. Посмотреть звезды какой величины пересвечиваются при какой яме и выдержке. Но небо выключили. Может быть можно задирать гейн и щелкать кадры как из пулемета, а может и нет. У меня опыта мало. Ничего не знаю по этой теме.

[Pavel3001]

Подскажите пжл, как подобрать офсет на кху163 цветную. Или можно использовать зпаводские параметры?

[PavelF]

Подскажите пжл, как подобрать офсет на кху163 цветную. Или можно использовать зпаводские параметры?

Интересный и правильный вопрос. Расскажу, как делаю, а специалисты поправят.
Выяснилось, для кухи, выставлять оффсет по биасу неправильно. Она что-то вычитает по своему усмотрению.

Когда это выяснилось, стал выставлять по дарку. Нужны были выдержки 700. Делал дарк 700 и смотрел, чтобы крайнее левое значение гистограммы лежало в пределах 150-300 единиц. На мой взгляд, это самый точный способ.

Предложу другой способ, но его еще не пробовал. Что можно выставлять оффсет и по короткому дарку. 2-3 сек. Но тогда следует добавить еще 200-300 единиц, т.е. крайнее левое значение гистограммы должно быть не менее 500-600 единиц. Тогда на длинных выдержках, после вычитаний камерой, будет как нужно. Но этот способ еще не проверял.

[Pavel3001]

Вот и я пробовал офсет по биасам настроить, но получалась лабуда какаято. Поэтому снимаю с заводским значением биаса, но кошки шкребут, что это неправильно.

[PavelF]

Вот и я пробовал офсет по биасам настроить, но получалась лабуда какаято. Поэтому снимаю с заводским значением биаса, но кошки шкребут, что это неправильно.

Легко проверить. Снимите дарк с длительностью лайта. Если левый край гистограммы не залезает за 0, а есть промежуток, то все хорошо.

[diant]

Попав в ситуацию сильного цейтнота (который едва ли закончится до след. пятницы), решил выложить сюда сырую итоговую формулу, которую набросал еще пару недель назад и так и нет времени ее описать.

Нот хотя бы кратко. Формула описывает SNR суммы из N отдельных субов.
Она дана в трех формах - I, II и III - но все они тождественны.
Просто в разных случаях бывает удобнее ссылаться на одну из этих форм.

Так, форма I дает SNR чистой НЕПРИВЕДЕННОЙ суммы. То есть когда отдельные субы складываются без нормировки, вот так:
S₁ + S₂ + ... + S_N = S_TOTAL

Форма II удобна в том смысле, что из нее сразу виднен след. факт: SNR суммы растет как корень квадратный из кол-ва субов (по сравнению с SNR одиночного суба).

Форма III (возможно, для многих наиболее удобная) - отвечает ПРИВЕДЕННОЙ сумме (то есть нормированной):
(S₁ + S₂ + ... + S_N) / N = S_TOTAL
В ней сигнал в числителе не растет и остается равным сигналу одиночного суба - как оно и будет в реальности после сложения методом Average.
А вот шум в знаменателе убывает по сравнению с шумом отдельного суба как sqrt(N)
Тоже очень удобная форма, чтобы судить о результате.

В данном подходе речь идет только об SNR. Понятно, что есть много других факторов, влияющих на выбор длительности суба.

Кроме того, здесь априори подразумевается, что все пространственные шумы (биаса, темновой, PRNU) уже изгнаны из нашего результата - путем правильной калибровки и подвижек. Формула учитывает только шумы временные.

PS. Саша - до твоих файлов доберусь, как появится время, я не забыл.

[mo]

Никак не могу найти ответ на свой вопрос "разнятся ли bin2 CCD и bin2 CMOS только удвоенным шумом считывания на CMOS". Или есть какие-то иные неучтёнки.

https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,44764.msg4856040.html#msg4856040

Вот Олег Чекалин упомянул про дробление потока и увеличение шума считывания из-за этого. Мои (скудные) познания в мат. статистике говорят, что увеличение фотонного шума из-за этого не наступает. Прокомментируете?

[diant]

Олег, ты все правильно понимаешь. Только не забудь, что шум темнового тока тоже удваивается в бине2.
Стоит помнить, что удвоенный шум считывания на CMOS часто намного ниже, чем собственный шум считывания в бине1 на CCD.
Больше того, удесятеренный шум считывания панаса на его оптимальном гейне (когда RN=0.9e) все еще ниже 10e - типичного RN крупных CCD.
Другими словами, по шуму считывания панас обойдет такие ссд даже в бине 10х10 (когда у него пиксел уже станет 38х38 мкм).

Про "дробление потока" - это вопрос к Чекалину, я про такое не слышал.

Уровень фотонного шума зависит только от кол-ва собранных фотонов - это и есть свойство пуассоновского потока.
Если у тебя "корзинка" на CCD скажем 60Ke (и ты набрал ее под завязку), и если у тебя на CMOS корзинка всего 15К (которую ты тоже собираешь под завязку, но потом делаешь бин2) - то фотонный шум в обоих случаях будет одинаковый - и равен корню из 60000.
В действительности в этих условиях стоит еще посмотреть на скорость сбора - то есть на QE. У кого он будет выше, тому и карты в руки.

[Юрий Торопин]

Она дана в трех формах - I, II и III - но все они тождественны.

Гениально!