Фотометрия с CMOS (QHY, ASI и т.д.)

[krussh]

Ошибка от блеска для 180 звезд в центре поля.
Яркие выкинул - они за гранью линейности ПЗС.
Для остальных все вполне прилично и ожидаемо.
Если применить калибровки полные и поиграться с размером апертуры, то можно получить точность на 20-30% лучше.

[krussh]

Так дисторсию калибровать надо.

ага, это сделал. Вторым порядком. Но все равно непривычно видеть такое.

[Алексей Юдин]

Так дисторсию калибровать надо.

ага, это сделал. Вторым порядком. Но все равно непривычно видеть такое.

Корректор типовой, как ASA и аналогичные.

[Eddy_Em]

Вот и посмотрим, насколько улучшится результат после использования вменяемого плоского поля.
Там еще астигматизм, кстати, небольшой есть...

[krussh]

Вот и посмотрим, насколько улучшится результат после использования вменяемого плоского поля.
Там еще астигматизм, кстати, небольшой есть...

Умеренный астигматизм слабо влияет на качество фотометрии.
В общем-то ожидаемый и вполне приличный результат. Будет холоднее, темнее и больше калибровок - вообще огонь.

[krussh]

Кстати, вопрос о получении серии кадров на CMOS-камере для тестирования остается актуальным.
Кроме меня еще @Eddy_Em и товарищ из MIT интересуются результатами битвы CCD vs CMOS.
Welcome!

[Nazar]

Планируем покупать дешевую CMOS камеру для фотометрии (QHY-600?), но нет уверенности, что камеры годятся. Статей с результатами полученными на CMOS пока мало, отзывы неоднозначные.
Может ли кто-то из владельцев ЧБ CMOS помочь с получением длинного ряда кадров и набора калибровок?

Требуется наблюдать произвольную площадку с ровным фоном (без туманностей) с экспозициями обеспечивающими изображения десятка звезд с заполнением пикселя на 50-70%. Остальные звезды могут быть сильно недокопленные. Нужен ряд продолжительностью около 50-100 кадров. Без изменений параметров съемки и стабильной температурой детектора.
Аккуратные калибровки: десяток дарков с теми же параметрами, что и кадры звезд, десяток плоских полей с накоплением от 20 до 70% ямы, десяток дарков с теми же параметрами экспозиции и температуры что и флэты.
Предпочтение инструментам с полем зрения от 1/3 до 2 градусов.
Возможно на первом этапе понадобится несколько коротких (10 кадров) серий с разными настройками камеры.
Кроме того хорошо бы проверить линейность камеры, определить абсолютный gain. Методику пришлю, если будет интересно.

Если проект взлетит, то включим в соавторы первой публикации.
Работа может быть оплачена в разумных пределах, например 5% от стоимости вашей камеры.

Могу выполнить ряд наблюдений на ZWO ASI 183MC cool если она годится для ваших задач.

[Евгений Ромас(BrainBug)]

Есть QHY183M - монохромная. Но добраться до съёмки смогу только в 10-х числах апреля.

[krussh]

Могу выполнить ряд наблюдений на ZWO ASI 183MC cool если она годится для ваших задач.

Цветная не годится.

Есть QHY183M - монохромная. Но добраться до съёмки смогу только в 10-х числах апреля.

А вот это отлично!
Дело не спешное, так что в апреле будет хорошо.

[-Kosten-]

Есть QHY183M - монохромная. Но добраться до съёмки смогу только в 10-х числах апреля.

А вот это отлично!
Дело не спешное, так что в апреле будет хорошо.

Можем прицепить так же QHY600Mono, как на градусное поле, так и на поле побольше. Но в 10-х числах апреля.

[Евгений Ромас(BrainBug)]

А с какими параметрами снимать? Uniti gain или нулевой? И что снимать? HADS? Фильтра? У меня в наличии только Rc есть.

[krussh]

Можем прицепить так же QHY600Mono, как на градусное поле, так и на поле побольше. Но в 10-х числах апреля.

Тоже можно попробовать, но у нее кадр гигантский. Если есть возможность выложить такой объем, то очень интересно!
Оптимально, если будет масштаб 0.5-0.8 сек/пиксель без бинирования. Это около метра фокуса для этой камеры.

А с какими параметрами снимать? Uniti gain или нулевой? И что снимать? HADS? Фильтра? У меня в наличии только Rc есть.

Оптимально серия из нескольких десятков кадров с одинаковой экспозицией около 60с. Можно меньше, если есть проблемы с ведением, но не короче 30с.
Без бинирования
Readout Mode #1 (High Gain Mode)
Gain=0
Фильтр Rc оптимально, да!
М67 после захода Солнца должна быть видна. Там около 200 стандартных звезд - можно сразу линейность проверить. Ну и просто точность оценить по постоянным звездам в широком диапазоне блеска.
Бонусом - наблюдать любой транзит экзопланеты с глубиной более 8-10mmag. Я могу посмотреть что есть, если пришлете место и время. Это даст прямое доказательство применимости к задаче.

Важно получить кроме кадров еще и полный набор калибровок. Температура постоянная и одинаковая для всех кадров. Дарки с экспозицией как у звезд - не менее 10. Плоские поля и дарки к ним по 10 штук. Bias не обязательно, но если будет, то можно сразу косметику проверить и шум считывания.

[Евгений Ромас(BrainBug)]

При нулевом гейне получаем максимальный шум считывания, максимальную яму и, насколько я понимаю, максимальные ошибки квантования, которые минимальны при unity-gain.
Кстати, можно как раз будет сравнить эти два режима: нулевое усиление и рекомендованное при одинаковом(?) смещении.

[krussh]

При нулевом гейне получаем максимальный шум считывания, максимальную яму и, насколько я понимаю, максимальные ошибки квантования, которые минимальны при unity-gain.
Кстати, можно как раз будет сравнить эти два режима: нулевое усиление и рекомендованное при одинаковом(?) смещении.

Все так. Но ошибка квантования составляет 0.289ADU, что в случае QHY183M при нулевом гейне (gain=3.75e/ADU) будет давать незначительный прирост шума.
Посчитал простую модель для QHY183M с идеальными калибровками:
Sky = 20.5      ##sky background, mag/sec^2
FWHM = 2.0    ##arcsec on image
D = 300          ##scope diameter, mm
F = 1000         ##focal lenght, mm
PixSize = 2.4   ##pixel size, um
RN = 2.7         ##read noise, e/pix
DN = 0.0024   ##dark noise, e/(pix*s)
Gain = 3.75     ##e/ADU
Fullwell = 15000 ##e
Exp = 60         ##sec

Получил для звезды вблизи перекопа следующее:
Scale = 0.49 ##arcsec/pix
FWHM pix= 4.04 ##pixels
Max signal= 278562 ##electrons (Gaussian PSF integration)
Bright star SN= 527.8 ##SN as sqrt(Signal), bright star limit
Sky, photons/(sec*1m2*sq.arcsec)= 67.49 ##sky photon flux in R filter
Sky, e/pix= 71.45 ####sky photons per pixel * exptime
Aperture = 3*FWHM
Noise budget (electrons/pixel): Sky=71.45,  Thermal noise=0.144,  Read Noise=7.29, Quantization noise= 1.17
Source poisson noise/other noise sources = 7.07
Full SN = 494

Итого, для ярких источников основной шум - шум самого источника. Далее идет шум фона неба и все остальное сильно отстает. Это при условии оптимальных калибровок и стабильности приемника. Т.е. основной лимитирующий фактор - глубина потенциальной ямы.
Для камеры с FullWell около 15к электронов и при масштабе 0.5сек/пиксель предельный сигнал/шум для ярких звезд около 500, что дает ошибку (сигма) около 0.002зв. величины.

Переход к камере с большим пикселем (QHY600) дает небольшое преимущество, но рост глубины ямы сильно нивелируется уменьшением количества пикселей под PSF.
Радикально сигнал/шум растет при увеличении фокусного расстояния, когда растет площадь кремния под PSF. Например, та же QHY183M но на фокусе два метра (0.25сек/пикс) вместо одного, позволяет достичь сигнал/шум около 1000.

[krussh]

Пруфы из Steve B. Howell Handbook of CCD Astronomy

[krussh]

Еще банальный и эффективный способ повысить сигнал/шум - размазывать звезду. Этот вариант применялся на Kepler. Если увеличить FWHM до 8 пикселей = 4 секундные изображения, то S/N уже под 1000 для QHY183.

[Евгений Ромас(BrainBug)]

Еще банальный и эффективный способ повысить сигнал/шум - размазывать звезду. Этот вариант применялся на Kepler. Если увеличить FWHM до 8 пикселей = 4 секундные изображения, то S/N уже под 1000 для QHY183.

Приём лёгкой расфокусировки мне знаком.

[Евгений Ромас(BrainBug)]

M67 с набором дарков и флэтов
Про фильтр Rc вспомнил уже слишком поздно. Посему, всё в C - т.е. без фильтра совсем. 
Gain=0
Offset=30
Bin=1
QHY183M + GPU coma-corrector + SkyWatcher 200mm f/5 Newtonian.
Небо оставляло желать лучшего, но какое есть. Не совсем уж швах, но и не ВАХ  !!!
Хорошая погода совсем не балует. Увы...
Если этот материал не годится, то дальше Луна, но с боль-мень предсказуемой погодой.

[krussh]

M67 с набором дарков и флэтов
Про фильтр Rc вспомнил уже слишком поздно. Посему, всё в C - т.е. без фильтра совсем. 
Gain=0
Offset=30
Bin=1
QHY183M + GPU coma-corrector + SkyWatcher 200mm f/5 Newtonian.
Небо оставляло желать лучшего, но какое есть. Не совсем уж швах, но и не ВАХ  !!!
Хорошая погода совсем не балует. Увы...
Если этот материал не годится, то дальше Луна, но с боль-мень предсказуемой погодой.

ООООО!!!!!!!!!!!!!!
Огромное спасибо!
Обработаю как можно быстрее и сделаю отчет  сюда.

[krussh]

Стандартное отклонение измеренного блеска от зв. величины Gmag. Использовал первые 19 кадров, потом прозрачность упала более, чем на 0,4маг.
В выборке 1200 звезд до Gmag<18 из каталога HSOY.
Апертура 8 пикселей. Фотометрия в Python/Phoutils.
Кадры необычные - прежде всего поражают супердарки. Шум считывания настолько низок, что он выглядит как константа (1904ADU) + набор горячих пикселей. В остальном все как на ПЗС.

Звезды ярче 11 ушли в перекоп. Остальные вполне нормально себя ведут. Лучшие имеют ошибку на уровне ~0.006маг.
При более жестких условиях детрендинга на стадии постобработки, можно уменьшить ошибку до 0.004маг для лучших звезд.
Ограничение точности измерений для ярчайших звезд связано с тем, что рано наступает область нелинейности CMOS = мала глубина потенциальной ямы.
Для ярких звезд на линейном участке сигнал/шум около 1000, что вполне соответствует полученным STD(mag) в 0.004-0.006.