так какой гейн и битность использовать в планетной съемке

[ma][im]

Итого - гейн лучше всего держать таким, чтобы при заданном fps,

А что по поводу битности?) Лучше снимать в 12бит при вдвое сниженном ФПС или 8бит? При условии оптимального заполнения гистограммы

[Fatalik]

Занижение гейна также снижает динамический диапазон

я всегда думал что наоборот же =)

[Виниту]

А что по поводу битности?) Лучше снимать в 12бит при вдвое сниженном ФПС или 8бит? При условии оптимального заполнения гистограммы

Если драйвер камеры не глючный (например, передаёт слабый сигнал на 8 битах путем сброса пустых старших разрядов, а не заполненных младших), то для планет 8 бит достаточно. Потому что в стек идёт порядка 1000 кадров, и в стеке эти 8 бит переходят в 18 (1000 - это 10 разрядов).

Ну то есть если складывать 12-битные кадры, получим 22-битнЙ стек. Но автостаккерт все равно сохраняет 16 бит, так что толку от 22 бит не будет. Да и в принципе, думаю, в этом стеке шумы (пуассоновский, чтения) будут проявляться намного раньше 16-го разряда.

[Виниту]

Занижение гейна также снижает динамический диапазон

я всегда думал что наоборот же =)

есть у тебя сигнал 250 электронов, и допустим твоя электроника способна их правильно посчитать. Но ты его усиливаешь так, что для оцифровки полученного напряжения достаточно числа с 7 разрядами (держишь 256-разрядную гистограмму заполненную наполовину). Вот ты уже теряешь динамический диапазон на недостаточном квантовании, потому что с 7 разрядами ты на можешь отличить 250 от 249.

Ну то есть ты, держа гейн так чтобы сигнал ограничивался 7 разрядами, делаешь возможным регистрацию более яркого объекта, чем тот, что у тебя сейчас есть на экране. Но если такого объекта на экране не будет, то ты не используешь полную дискретизацию и тем самым снижаешь динамический диапазон. В идеале лучше увеличить выдержку вдвое, но это не всегда возможно, потому что планета вся дрожит. Поэтому лучше увеличить гейн, чтобы не терять дискретизацию. При росте гейна сигнал вырастет быстрее, чем шум.

[Виниту]

Итого - гейн лучше всего держать таким, чтобы при заданном fps,

А что по поводу битности?) Лучше снимать в 12бит при вдвое сниженном ФПС или 8бит? При условии оптимального заполнения гистограммы

Че-то моя ещё думать и вот что понимать. Если бы не было атмосферы и ничего случайным образом не замыливалось, то каждый пиксел изображения будет точно отображать полученную объективом точку планеты. И в стеке у нас были бы те же 8 бит, что и в исходном изображении, потому что стек был бы просто равен исходному, умноженному на 1000. Т.е. в таком стеке 10 младших битов будут нулевыми. Правда если бы в этом случае нам не надо было повышать контраст, то для таких объектов, как планеты, нам бы хватило глубины цвета 8 бит.

Но у нас все равно остаётся дифракция, и мы захотим повысить контраст, чтобы побороть ее эффект (конечно, не переходя пределов разрешения). И поэтому 256 бит не хватит. То есть когда нет усреднения из-за атмосферного замыливания, 8 бит не хватит. Так что, возможно, при очень хорошем сиинге имеет смысл снимать в 12 битах

[ma][im]

Че-то моя ещё думать и вот что понимать

Спасибо за ответ и размышления) у меня вообщем-то интерес применительно к МКС, накопление получается небольшое около 300 кадров (за чуть более 1сек времени) - дальше она меняет ракурс (как бы ее деротировать...), вот и думаю попробовать 8бит, до этого снимал все в 12бит
Для планет, если не жалко винты, можно все писать в 12бит фпс все равно будет хуже скорострельности камеры из за выдержки 5-10мс, а для МКС менее 1мс

[TownAstro]

При росте гейна сигнал вырастет быстрее, чем шум.

Ой

[Виниту]

При росте гейна сигнал вырастет быстрее, чем шум.

Ой

Это вроде как общеизвестный факт (см пример для 462-й камеры, для остальных должно быть нечто похожее). У гейна две составляющих: аналоговый, он усиливает напряжение, выдаваемое усилителем, при заданном напряжении на матрице, и цифровой, он масштабирует уже усиленный сигнал в той или иной шкале.

Ну, например, у нас есть какой-то малый сигнал, скажем 5 единиц. Если мы находимся на каком-то совсем слабом цифровом гейне, у нас квантом отсчета сигнала могут быть 5 единиц. И на цифровом выходе будет все равно, что 3, что 4, что 5, что 6 единиц сигнала. Все это будет 5 единиц. Соответственно погрешность чтения будет 5 единиц. Но при этом, скажем, мы еще сможем оцифровать сигнал в 1000 единиц. А если мы увеличим цифровой гейн в 5 раз, то мы уже сможем различать сигнал 1, 2, 3, 4, 5 единиц. То есть погрешность снизится в 5 раз. Но мы уже не сможем оцифровать 1000 единиц, а сможем только 200, а 1000 тоже будет выглядеть как 200.

И есть еще аналоговый гейн. Он усиливает напряжение на входе в АЦП. Если у АЦП преобразователя есть погрешность, то на малых уровнях входного сигнала эта погрешность будет более высокой относительно сигнала, чем на высоких уровнях входного сигнала. ПОэтому с ростом аналогового гейна шум чтения падает.

[TownAstro]

С цифровым усилением все просто и оно не самая интересная тема

С аналоговым посложнее. Read noise это только одна составляющая шума. Есть еще Shot noise и Dark current noise.
А они точно так-же усиливаются с Gain как и сигнал.
И при определенных условиях становятся основными составляющими шума.
Т.е. повышение Gain может быть полезно в лишь в некотором диапазоне дальше он не помогает с соотношением сигнал-шум но может помешать дискретизации.

В принципе ваша фраза правильная. Но ей надо следовать аккуратно

[Виниту]

Есть еще Shot noise и Dark current noise.

темновым током можно пренебречь, потому что в планетном фото выдержка составляет сотые доли секунды.

Про Shot noise сейчас услышал впервые. Почитал Википедию, имхо, чисто схоластическая величина. Типа, если вы думали, что свет непрерывен, то это не так. Он состоит из квантов. Но если кто-то занимается счетом фотонов, он и так это знает и вряд ли будет ожидать, что поймает половину фотона. Понятно, что он должен быть ниже чисто вероятностного пуассоновского фотонного шума (в панетном фото, я думаю, по крайней мере на порядок даже для совсем уж тусклых планет). И поскольку в любом астрофото, где используется повышение контраста, уровень фотонного шума должен быть низок (иначе повышение контраста приведет к одним артефактам), об этом shot noise можно просто забыть.

Т.е. повышение Gain может быть полезно в лишь в некотором диапазоне дальше он не помогает с соотношением сигнал-шум но может помешать дискретизации.
В принципе ваша фраза правильная. Но ей надо следовать аккуратно

Я говорю не про повышение гейна ради повышения гейна, а про то, что при заданной выдержке (определяющейся качеством атмосферы, яркостью объекта съемки, разгоном фокуса, шумом камеры) гейн надо держать так, чтобы гистограмма была заполнена на 90-95%.

[p.v.]

гейн надо держать так, чтобы гистограмма была заполнена на 90-95%.

Это смотря, что делать с сигналом дальше. Если усреднять, как при съемке отн. ярких планет и "сложении" в AS!, то наверно, хотя все равно много. 75% заполнения гистограммы дает место для маневров с яркостью и контрастом при планетной постобработке. Если очень темный сигнал, как в дипскае,  складывать, то лучше иметь запас побольше. Иначе сумме будет некуда расти и вместо сигнала будет складываться шум. Проще говоря, обрежется ДД и наступит ужас.

[TownAstro]

Есть еще Shot noise и Dark current noise.

темновым током можно пренебречь, потому что в планетном фото выдержка составляет сотые доли секунды.

Про Shot noise сейчас услышал впервые. Почитал Википедию, имхо, чисто схоластическая величина. Типа, если вы думали, что свет непрерывен, то это не так. Он состоит из квантов. Но если кто-то занимается счетом фотонов, он и так это знает и вряд ли будет ожидать, что поймает половину фотона. Понятно, что он должен быть ниже чисто вероятностного пуассоновского фотонного шума (в панетном фото, я думаю, по крайней мере на порядок даже для совсем уж тусклых планет). И поскольку в любом астрофото, где используется повышение контраста, уровень фотонного шума должен быть низок (иначе повышение контраста приведет к одним артефактам), об этом shot noise можно просто забыть.

Как же это схоластическая величина? Вполне реальный фотонный шум. Растет как и темновой от квадратного корня выдержки. На очень коротких выдержках сказывается мало, но на вполне реальных становится ведущим.
Вот здесь например хорошо иллюстрирующие графики
https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=10773
На сильно задранном гейне будет основной составляющей и на коротких выдержках
https://camera.hamamatsu.com/jp/en/technical_guides/calculating_snr/index.html

UPD: Оказывается отстал я немного от жизни в этой области
В современных sCMOS матрицах нет такой сильной зависимости общего шума чтения от gain. (в формуле M=1).
Но поставив на графиках их очень низкий шум чтения Nr=0.5 мы увидим что фотонный шум существенно сказывается уже на весьма коротких выдержках.

[Виниту]

Как же это схоластическая величина? Вполне реальный фотонный шум.

Почитал еще википедию, понял. Этот "shot noise" и есть фотонный шум по-русски. Ну, это вполне понятная величина.

Растет как и темновой от квадратного корня выдержки. На очень коротких выдержках сказывается мало, но на вполне реальных становится ведущим.
Вот здесь например хорошо иллюстрирующие графики
https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=10773

Там приводится сопоставление шумов для одного кадра. В планетной съемке кадров тысячи, и шум чтения стека тоже растет как квадратный корень из суммарной экспозиции (если он имеет гауссово распределение).

На сильно задранном гейне будет основной составляющей и на коротких выдержках
https://camera.hamamatsu.com/jp/en/technical_guides/calculating_snr/index.html

Что значит "на сильно задранном гейне"? Вот есть допустим два режима работы: один и тот же сетап, один и тот же объект, одна и та же выдержка. Но один гейн соответствует 50% заполнению гистограммы, а второй, более высокий - 90% заполнению. Что, во втором случае кадр будет более шумным? Фотонный или еще какой-то шум будет выше?

[TownAstro]

Растет как и темновой от квадратного корня выдержки. На очень коротких выдержках сказывается мало, но на вполне реальных становится ведущим.
Вот здесь например хорошо иллюстрирующие графики
https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=10773

Там приводится сопоставление шумов для одного кадра. В планетной съемке кадров тысячи, и шум чтения стека тоже растет как квадратный корень из суммарной экспозиции (если он имеет гауссово распределение).

Стек будет вести себя одинаково не зависимо от компонент из которых складывался шум. У них у всех гауссово распределение

На сильно задранном гейне будет основной составляющей и на коротких выдержках
https://camera.hamamatsu.com/jp/en/technical_guides/calculating_snr/index.html

Что значит "на сильно задранном гейне"? Вот есть допустим два режима работы: один и тот же сетап, один и тот же объект, одна и та же выдержка. Но один гейн соответствует 50% заполнению гистограммы, а второй, более высокий - 90% заполнению. Что, во втором случае кадр будет более шумным? Фотонный или еще какой-то шум будет выше?

Вклад фотонного шума в SNR не изменится. Вклад шума чтения уменьшится. Т.е. картинка станет менее шумной. Но в случаях если фотонный шум главная часть шума и/или gain находитcя в области значений где он уже мало влияет на шум чтения, уменьшение шумности картинки будет ничтожным. И в установке gain лучше будет руководствоваться другими соображениями.

Вы и сами уже написали:

Я говорю не про повышение гейна ради повышения гейна, а про то, что при заданной выдержке (определяющейся качеством атмосферы, яркостью объекта съемки, разгоном фокуса, шумом камеры) гейн надо держать так, чтобы гистограмма была заполнена на 90-95%.

И я уже писал что ваша фраза "При росте гейна сигнал вырастет быстрее, чем шум" правильная.
Просто из нее у человека незнакомого с теорией и неимеющего практики может возникнуть иллюзия, что нужно задрать gain на максимум и будет счастье.
От этого и пытался предостеречь.

[p.v.]

А что по поводу битности?) Лучше снимать в 12бит при вдвое сниженном ФПС или 8бит? При условии оптимального заполнения гистограммы

Если драйвер камеры не глючный (например, передаёт слабый сигнал на 8 битах путем сброса пустых старших разрядов, а не заполненных младших), то для планет 8 бит достаточно. Потому что в стек идёт порядка 1000 кадров, и в стеке эти 8 бит переходят в 18 (1000 - это 10 разрядов).

Ну то есть если складывать 12-битные кадры, получим 22-битнЙ стек. Но автостаккерт все равно сохраняет 16 бит, так что толку от 22 бит не будет. Да и в принципе, думаю, в этом стеке шумы (пуассоновский, чтения) будут проявляться намного раньше 16-го разряда.

От арифметики мы все дальше и дальше. Почитайте тут https://prozarium.ru/TextDetails.aspx?TextID=2633 и тут https://prozarium.ru/TextDetails.aspx?TextID=2641, может оптимизма и поубавится. Если лень читать и считать, скажу проще - при сложении 10000 кадров шум падает на 3 разряда и то при соблюдении ряда условий. Одним из них является сохранение ДД. А тут сразу 22. Чтоб все так жили
В планетном фото кадры не складываются в арифметическом смысле, а усредняются. Сколько кадров ни усредняй, сумма не меняется, а шум уходит пропорционально 1/SQR(N). Если говорить об "арифметическом" сложении, то оно в астрофото тоже бывает разным. В любом случае, сложение по принципу 2+2=4 в астрофото нигде не встречается, кроме как в маргинальных экспериментах.

[papa Slava]

Если драйвер камеры не глючный (например, передаёт слабый сигнал на 8 битах путем сброса пустых старших разрядов, а не заполненных младших), то для планет 8 бит достаточно....

Как это выяснить?

[Виниту]

Если драйвер камеры не глючный (например, передаёт слабый сигнал на 8 битах путем сброса пустых старших разрядов, а не заполненных младших), то для планет 8 бит достаточно....

Как это выяснить?

Например, взять видео с камеры, снятое в формате ser на полную глубину бита и в формате avi на 8 бит. Из каждого видео какой-нибудь программой (например, автостаккертом или PIPPом) выделить по одному кадру и сохранить его в формате tiff или fits. Потом этот FITS посмотреть в графическом редакторе, который может показать яркость пиксела. И там увидеть, меняется ли между пикселами яркость на произвольное число. Или все колебания яркости кратны, например, 32 (или какой-то степени двойки или еще какого-то числа).

[Виниту]

Но поставив на графиках их очень низкий шум чтения Nr=0.5 мы увидим что фотонный шум существенно сказывается уже на весьма коротких выдержках.

Я сделал прикидку соотношения фотонного шума и шума чтения для планет. Если нигде не ошибся, то даже на выдержках 1/100 секунды для Сатурна фотонный шум превосходит шум чтения современной камеры (взял для ориентира 2e). Логика расчета примерно как вот здесь

P.S. Из любопытства попытаюсь прикинуть фотонный шум от Юпитера на своем сетапе. Согласно Википедии,

По современным измерениям, звезда нулевой видимой величины за пределами земной атмосферы создаёт освещённость в 2,54·10^{−6} люкс. Световой поток от такой звезды примерно равен 10^3 квантов/(см²·с·Å) в зелёном свете (полоса V системы UBV) или 10^6 квантов/(см²·с) во всём видимом диапазоне света.
Следующие свойства помогают пользоваться видимыми звёздными величинами на практике:

    Увеличению светового потока в 100 раз соответствует уменьшение видимой звёздной величины ровно на 5 единиц.
    Уменьшение звёздной величины на одну единицу означает увеличение светового потока в 100^{1/5} ≈ 2,512 раза.

У Юпитера вблизи противостояния примерно -2.5 звездная величина, с учетом потерь света в атмосфере получается что на каждый см^2 земной поверхности от него в секунду приходит примерно 6 миллионов квантов. Для зеркала диаметром 30 см (площадь 700 см^2 ) получаем примерно 4 миллиарда квантов в секунду. Если при этом на матрице Юпитер имеет размер 400 пикселей (т.е. площадь примерно 120 тысяч пикселей), то в секунду на пиксель падает 32000 фотонов. При съемке с fps=32, это означает примерно 1000 фотонов на пиксель за кадр. В квантмехе обычнно флуктуации пропорциональны квадратному корню из числа квантов. Т.е. квантовый шум составляет примерно 30 фотонов на пиксель, или 3%.

При фотоэффекте один фотон выбивает один электрон. Тут первичный процесс (до усилителя) наверное тот же. Правда не все фотоны выбивают электроны, а только уловленные матрицей. Если квантовая эффективность матрицы 75%, то для интерференционного RGB фильтра (пропускание, условно, 30% от общего числа фотонов) получаем что квантовый фотонный шум в 30 фотонов должен приводить к электронному шуму в 7 фотонов. Это сопоставимо с шумом считывания ASI120MM. Суммарный же шум получается корень из 7^2 (фотонный) плюс 7^2 (считывания) = 10 электронов. А суммарный сигнал с учетом пропускания и эффективности матрицы составит 1000*75%*30% = 220 фотонов. Т.е. суммарный шум составит около 5%. Для цветной матрицы пропускание раза в два ниже чем для ч/б с интерференционным фильтром, поэтому фотонный шум составит где-то 3-4 электрона, а суммарный шум около 8 электронов. Но сигнал снизится в два раза и даст вместо 220 уже 110 электронов. Т.е суммарный шум будет примерно 8% вместо 5% для чб матрицы.

Теперь сравним эти два варианта (чб и цветной ASI120) с цветной на новом чипе. Здесь весь расчет будет как для цветной ASI120 за исключением шума считывания, который составит 1 электрон. Тогда суммарный шум (фотонный плюс электронный) составит корень из 4^2 (фотонный) + 1^2(считывания) = 4. При том что поймаем 110 электронов, суммарный шум будет порядка 4%. Т.е. это меньше, чем для ч/б ASI120! При том, что нет этой возни со светофильтрами (особенно актуально в прямом фокусе). Но все-таки если бы это была ч/б матрица, мы бы еще раза в полтора снизили шум за счет роста уловленных фотонов.

Т.е. если я сейчас на чб ASI120 не вижу по Юпитеру особой проблемы с шумами матрицы, а вся проблема исключительно с шумами, вносимыми атмосферой (сиинг), то можно преспокойно брать эту новую камеру в цветном варианте и проблем не будет. По Сатурну на ASI120 ч/б я бы сказал, что проблема шумов матрицы заметна, поэтому и новая матрица в ч/б варианте была бы востребована.

Вроде так получается. Если специалисты по матрицам выскажутся по поводу расчетов, буду рад (я таких расчетов раньше не проделывал и тут все просто онлайн прикинул).

В процитированных рассуждениях, правда, есть ошибки (например, поглощение атмосферой учитывается до расчета шума, а надо после), но они принципиально не меняют картину. А апдейченные рассчеты см в приложенном экселе.

Если не охота лезть в Эксель, то получается, что для экспозиции 1/100 сек, для матрицы с 75% квантовой эффективностью и с использованием фильтра, пропускающего 30% фотонов, составляет:
по Юпитеру - 6 электронов
по Марсу - 13 электронов
по Сатурну - 3 электрона
по Урану - 1,5 электрона.


Кстати, пока делал эту считалку, пришла в голову мысль: по соотношению сигнал/шум для звезд можно измерять поглощение света в межзвездной среде. А именно, соотношение шум = корень(сигнал) справедливо для света черного тела, в т.ч. звезды, на выходе из этого черного тела. Когда этот сигнал проходит через срезу с поглощением, скажем, 50%, то и сигнал, и шум уменьшаются на 50%. И соотношение шум = корень(сигнал) меняется на шум = корень(сигнал)*корень(2). Это позволяет вполне точно рассчитать поглощение света на пути от звезды к наблюдателю (конечно, надо еще хорошо знать поглощение в атмосфере Земли, эффективность матрицы и светофильтров). Уверен на 99,99999%, что этот метод измерения межзвездного поглощения света уже известен и используется, но вдруг нет?))

[TownAstro]

А что по поводу битности?) Лучше снимать в 12бит при вдвое сниженном ФПС или 8бит? При условии оптимального заполнения гистограммы

Если драйвер камеры не глючный (например, передаёт слабый сигнал на 8 битах путем сброса пустых старших разрядов, а не заполненных младших), то для планет 8 бит достаточно. Потому что в стек идёт порядка 1000 кадров, и в стеке эти 8 бит переходят в 18 (1000 - это 10 разрядов).

Ну то есть если складывать 12-битные кадры, получим 22-битнЙ стек. Но автостаккерт все равно сохраняет 16 бит, так что толку от 22 бит не будет. Да и в принципе, думаю, в этом стеке шумы (пуассоновский, чтения) будут проявляться намного раньше 16-го разряда.

От арифметики мы все дальше и дальше. Почитайте тут https://prozarium.ru/TextDetails.aspx?TextID=2633 и тут https://prozarium.ru/TextDetails.aspx?TextID=2641, может оптимизма и поубавится. Если лень читать и считать, скажу проще - при сложении 10000 кадров шум падает на 3 разряда и то при соблюдении ряда условий. Одним из них является сохранение ДД. А тут сразу 22. Чтоб все так жили
В планетном фото кадры не складываются в арифметическом смысле, а усредняются. Сколько кадров ни усредняй, сумма не меняется, а шум уходит пропорционально 1/SQR(N). Если говорить об "арифметическом" сложении, то оно в астрофото тоже бывает разным. В любом случае, сложение по принципу 2+2=4 в астрофото нигде не встречается, кроме как в маргинальных экспериментах.

Там весьма странные расчеты. Шум дискретизации 1бит умножается на количество кадров, как будто это постоянная величина. Ну и осюда ложные выводы.

На самом деле шум дискретизации поддается тем же правилам что остальные.
Для 8 бит шум дискретизации σ=1/512. И он не будет уменьшатся если мы будем усреднять кадры стека в тех же 8 битах.
Но программы обработки изображений конвертируют входные целочисленные значения в формат с плавающей точкой double (64 бит) и ведут вычисления в нем. Если вы потом выведете результаты в 16 бит формате ваш шум дискретизации будет σ=1/32768.
Тот шум который вы получили на входе будет уменьшаться при сложении кадров по правилу 1/SQRT(N) пока не приблизится к этой неустранимой для 16 бит величине.

[p.v.]

Что такое "шум дискретизации"? Когда аналог переводится в цифру, генерируется шум? Или вы имеете ввиду ошибку квантования? Вес младшей единицы бинарного числа для 8 бит 1/256, а не 512. 2^8=256. Для 16 бит 1/65535. 2^16=65535, а не 32768. И с чего вдруг на 8 битах шум не должен уменьшаться? На 8 битах другие законы физики работают? Он будет уменьшаться, если сигналу есть куда расти / если есть запас по ДД. Ниже младшего разряда он не прыгнет, конечно. Где там ложные выводы, цитату можно?