Камера для гида. QHY-5 vs QHY-6

[Andrey Prokopovich]

Вот еще вариант опторазвязки (схемка Павла Бахтинова)

[Alexandr_V]

В продолжение темы про тестирование камер https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,79791.msg1391272.html#msg1391272, решил, пока стенд не разобран, потестировать камеры qhy5 и qhy6. Камеры ходовые, вдруг кому интересно будет 
Методика тестирования осталась практически той же: оценивается отношение сигнал-шум по кадру с пикселями, засвеченными коротким 10мкс импульсом красного лазера.
Для оценки среднего значения засвеченных (сигнальных) пикселей используется окно 60x60 пикселей (30x30 для кадров полученных в режиме биннинга), для которого получено максимальное среде значение. Для оценки шумовых параметров (среднего значения и ско) используется то же самое окно, не меняя его расположения, но засветки при этом не производится.

Отношение сигнал-шум = (среднее значение засвеченных пикселей - среднее значение шумовых пикселей)/ско шумовых пикселей.

Поскольку камеры qhy5 и qhy6 используются в первую очередь для гидирования, то в работе исследуются их характеристики при коротких экспозициях, т.е. в режиме максимально приближенном к тому, который используется при гидировании.
1. Зависимость нормированного уровня шума от длительности экспозиции.


Для камеры qhy6 СКО шума при комнатной температуре и с включенным модулей Пельтье (измеренная разность температур составляет -20град) отличаются в 1.4раза. Сравнительно невысокая эффективность работы модуля Пельтье объясняется тем, что для измерений использовались короткие выдержки 0.5..2сек. При таких выдержках основными шумами являются шумы считывания и смещения, а не тепловые шумы самой матрицы. Тепловые шумы для камеры qhy6 начинают себя проявлять при выдержках более 5..10сек.
Для камеры qhy5 тепловые шумы являются основными. На это указывает увеличение ско шума при увеличении выдержки с минимальной экспозиции. Можно ожидать, что охлаждение камеры qhy5 улучшит ситуацию (например, съемка производится на улице при температуре около 0 град).
При отключенных алгоритмах шумоподавления камера qhy5 проигрывает qhy6 по чувствительности примерно 4..5 раз (соответственно с выключенным и с включенным модулем Пельтье) для выдержки 0.5сек и в 6..8 раз для выдержки 1 сек.

2. Эффективности алгоритмов шумоподавления камеры QHY5

У камеры qhy5 имеется два алгоритма шумоподавления Enhanced Noise Reduction и Smoothing. На рисунке 2 показано уменьшение нормированного ско шума при использовании данных алгоритмов. Из рисунка 2 следует, что алгоритм Smoothing более эффективен (примерно в 1.5раза) чем алгоритм Enhanced Noise Reduction. Следует также отметить, что Smooting лучше работает при слабом сигнале. Наибольшего выигрыша в отношении сигнал-шум возможно добиться при совместном применении указанных алгоритмов. В случае сильного сигнала увеличение отношения сигнал-шум составляет 4.5 раза, для слабого сигнала эффективность алгоритмов снижается и выигрыш составляет 2.6 раза.
Следует отметить, что эксперимент проводится с сигналом (засветкой), которая занимает значительную площадь. Засветка пикселей от звезды занимает гораздо меньшую площадь. Возможно с таким сигналом алгоритмы шумоподавления будут работать хуже (как например алгоритм предобработки raw-файлов в фотоаппаратах Nikon).

3. Исследование зависимости отношения сигнал-шум от коэффициента усиления матрицы.

Для матрицы qhy6 при изменении коэффициента усиления от 10% до 100% отношение сигнал-шум остается неизменным.
Для матрицы qhy5 уменьшение усиления приводит к ухудшению отношения сигнал-шум. Так для экспозиции 0.5сек отношение сигнал-шум ухудшается в 2 раза, для экспозиции 1сек – в 2.7раз.

4. Исследование эффективности работы биннинга матриц


Включение режима биннинга 2x2 для матрицы qhy6 приводит к увеличению отношения сигнал-шум примерно в 4 раза.
Для матрицы qhy5 чистый биннинг 2x2 увеличивает отношение сигнал-шум примерно в 2.5 раза для сильного сигнала и в 1.5 раза для слабого.
Наибольшей эффективностью для qhy5 обладает сочетание включенных алгоритмов шумоподавления (обоих) и биннинга. В этом случае возможно увеличение отношения сигнал-шум в 5.2 раза для сильного сигнала и в 2.3 раза для слабого.

Кстати, спасибо Дмитрию Колбову (Dmitry Kolbov) за обсуждение результатов и помощь в работе!

[Владимир Николаевич]

Очень нужные тесты но
При описании необходимо указывать тип QHY5 - чб или цветная.
Второе замечание - стоит приводить графики чувствительности матриц - тк в диапазоне свечения лазера могут быть резкие различия у матриц...

[Alexandr_V]

Очень нужные тесты но При описании необходимо указывать тип QHY5 - чб или цветная.

qhy5 черно-белая

[Олег Чекалин]

Не, самый лучший тест -два кадра одного поля. По-моему Антон делал такое сравнение.

[Alexandr_V]

...- стоит приводить графики чувствительности матриц...

Если вы располагаете такими графиками, выложите их пожалуйста. Мне тоже интересно посмотреть на кривые чувствительность по всему диапазону.

[Владимир Николаевич]

Да уже два раза пытался - что то у меня картинка не лезет. Сейчас попробую у нее формат поменять....

[Владимир Николаевич]

QHY5.  Кстати попутный вопрос а что Вы используете в качестве обьектива?

[Alexandr_V]

QHY5.  Кстати попутный вопрос а что Вы используете в качестве обьектива?

объектива нет. Засветка матрицы напрямую. Собственно в теме про canon и qhy8 есть фотография стенда и кадр, который получается на матрице.

Спасибо за графики. А нет ли этих характеристик для qhy6 и qhy8?

[Владимир Николаевич]

Вот график на матрицу QHY6. Тут надо иметь ввиду, что Сони не дает для своих матриц непосредственного значения QE, а дает вот такой график. На слуху пиковое значение QE для 259-й матрицы в 72%.
По 453 матрице QHY8 все так законспирировано только вот это с сайта Старлайт
The M25C web page says: Spectral Response: QE max at 540nM (~60%), 50% roll-off at 400nM and 650nM.

[Mixa]

Сравнительно невысокая эффективность работы модуля Пельтье объясняется тем, что для измерений использовались короткие выдержки 0.5..2сек.

Тут скорее не невысокая эффективность, а бесполезность в данном режиме, а то можно подумать, что вот если бы был более эффективный... Там модуль сам по себе хороший, и холодит прилично.

[Владимир Николаевич]

Сравнительно невысокая эффективность работы модуля Пельтье объясняется тем, что для измерений использовались короткие выдержки 0.5..2сек.

Тут скорее не невысокая эффективность, а бесполезность в данном режиме, а то можно подумать, что вот если бы был более эффективный... Там модуль сам по себе хороший, и холодит прилично.

А тут неправильно на мой взгляд. Дело в том что это одиночные кадры, при работе на 2 сек в постоянном режиме будет нагрев матрицы, и повышение шума, вот это и интересно посмотреть пока Александр свой стенд не разобрал!!!
Александр! Попробуйте включить камеру, сделать 2 сек кадр, сделать еще 300 кадров по 2 сек подряд и 301-й кадр сравнить с первым?
Тоже и для QHY5???

[Alexandr_V]

Сравнительно невысокая эффективность работы модуля Пельтье объясняется тем, что для измерений использовались короткие выдержки 0.5..2сек.

Тут скорее не невысокая эффективность, а бесполезность в данном режиме, а то можно подумать, что вот если бы был более эффективный... Там модуль сам по себе хороший, и холодит прилично.

А тут неправильно на мой взгляд. Дело в том что это одиночные кадры, при работе на 2 сек в постоянном режиме будет нагрев матрицы, и повышение шума, вот это и интересно посмотреть пока Александр свой стенд не разобрал!!!
Александр! Попробуйте включить камеру, сделать 2 сек кадр, сделать еще 300 кадров по 2 сек подряд и 301-й кадр сравнить с первым?
Тоже и для QHY5???

Я согласен с Mixa. Написал неэффективный, а не бесполезный потому, что польза-то от него все-таки есть. Вот только пользы этой маловато. А холодит он на дельту -20град (измерял термопарой), так что к нему претензий нет.
По поводу съемки серии, я конечно попробую. Но хочу сказать следущее. Кривые снимались в течение двух-трех часов, данные много раз перемерял и перепроверял. Измерения также брал средние по серии 5..10 кадров.  Поэтому приведенные тут данные - это для установившегося теплового режима, т.е. такого, который установится в процессе гидирования к исходу где-нибудь получаса работы.

Еще, кстати по qhy5 хочу отметить, что работа ее шумодавов какая-то нестабильная. Они или работают так, как я описал, то вдруг начинают давать отношение сигнал-шум раза в 1.5..2 лучше  . От чего это зависит я так и не понял, никакой системы я тоже не заметил  .

[Владимир Николаевич]

<Еще, кстати по qhy5 хочу отметить, что работа ее шумодавов какая-то нестабильная. Они или работают так, как я описал, то вдруг начинают давать отношение сигнал-шум раза в 1.5..2 лучше >
Кстати анализируя Ваши первые графики видим что линия графика для QHY5 с шумодавом круто пересекается с графиком QHY6 при 0.5сек. Учитывая все таки что основные режимы гидирования лежат в диапазоне 0.1-1сек интересно было бы еще посмотреть промежуток 0.1-0.5сек. Что же получается там???   

[Alexandr_V]

Кстати анализируя Ваши первые графики видим что линия графика для QHY5 с шумодавом круто пересекается с графиком QHY6 при 0.5сек. Учитывая все таки что основные режимы гидирования лежат в диапазоне 0.1-1сек интересно было бы еще посмотреть промежуток 0.1-0.5сек. Что же получается там???

Посмотреть непосредственно этот интервал мне трудно. Трудность связана с тем, что схема, выдающая импульс напряжения на лазер, управляется вручную, и мне трудно попасть вспышкой с такую короткую экспозицию камеры.
Однако здесь можно сделать экстраполяцию результатов, поспользовавшись тем, что засветка от лазерного импульса после вычитания среднего значения шума, примерно одинаковая (не зависит от экспозиции).
Я померил шумы при минимальной экспозиции, получается следующее:
для qhy6 мощность шумов по сравнению с экспозицией 0.5сек не меняется;
для qhy5 без шумодавов              ---------   //   ---------                   не меняется;
для qhy5 с шумоподавлением      ---------   //   ---------                   шумы уменьшаются в 1.5раза;

Вот, кстати, для иллюстрации отчета, картинки: один и тот же сигнал в шумах (выдержка 1сек):

qhy6 без охлаждения         qhy6 с холодильником

 
qhy5 без шумодава,                  qhy5 с шумодавом.

На самом деле не стоит обольщаться хорошими результатами по шумам при малых выдержках. На графиках приведены зависимости шумов. Сигнал от звезды линейно зависит от экспозиции. Поэтому по графикам можно судить только о скорости нарастания отношения сигнал-шум в зависимости от выдержки. У qhy6 с этим обстоит намного лучше. Кстати, не знаю как у кого, а у меня на практике выдержки гидирующей камеры обычно 0.5..1сек. Меньше 0.5сек ставить как-то не получается.

Можно еще сформулировать рекомендации по режимам камер.
Для qhy6 - максимальное усиление Gain 100%, binning 2x2, холодильник включен
Для qhy5 - максимальное усиление Gain 100%, Smoothing+Enhanced Noise Reduction binning 2x2

[Дмитрий Иванов]

А я заметил, что в qhy6 при гейне более 30-35% звезда начинает просто тонуть в шумах (визуально по картинке)., программно, может и всё наоборот. ?

[Alexandr_V]

А я заметил, что в qhy6 при гейне более 30-35% звезда начинает просто тонуть в шумах (визуально по картинке)., программно, может и всё наоборот. ?

это странно. А offset при этом был правильно выставлен?
Для моей камеры при Gain<50 offset=93..92; при Gain>50 offset =88..89. Offset меняется как-то скачком. Может быть у вас этот порог не 50%, как у меня а как раз 30%?
При малый Gain у вас шумы режутся порогом offset-а и вы их не видите,  ставите бОльшие усиления, шумы перестают обрезаться и вы их видите. Визуально как-будто сигнал-шум резко упал?

[Дмитрий Иванов]

Если честно, то не помню, чтобы я офсет сильно трогал, а если и трогал, то это ни на что не влияло. В любом случае, "колокол" гистограммы никуда не пропадал.

[Alexandr_V]

А какую выдержку ставили? Могу прямо сейчас у себя померить.

[Дмитрий Иванов]

По-разному. В среднем - 0,5 - 0,1с.