Заинтересовало меня ваше обсуждение.
Решил немного потестировать имеющиеся у меня камеры (из серии матчасть надо знать).
Сравнение различных матриц я проводил по 3-м критериям:
- отношение сигнал-шум
- среднее квадратическое значение шумовых пикселей при короткой экспозиции (шумы считывания и bias-шумы)
- линейность и динамический диапазон матрицы
Для тестирования собрал небольшой стенд.
В качестве сигнала используется импульс лазера длительностью 50мкс, который выдается собранной схемой.
Режим лазерного диода (длительность импульса и питающее напряжение) были подобраны так, чтобы обеспечить с одной стороны сильную засветку пикселей, уменьшающую влияние шумов на измерение мощности сигнала, а с другой стороны, чтобы ни в каком режиме измерений не происходило насыщения пикселей камер.
Типовые кадры с экспозицией 15минут приведены на рисунке:
1. Расчет отношения сигнал-шум производился по следующей формуле:
SNR = (Mc - Mш)/sigma
Где Mс - среднее значение пикселей в области сигнала; sigma - среднее значение пикселей в шумовой области; Mш - среднее квадратическое отклонение значений шумовых пикселей;
Для оценки указанных параметров выбирались следующие области в кадре:
Измерения проводились по кадрам с экспозицией 15минут в следующих режимах:
Canon450D (непеределанный) ISO800
Canon350Da ISO800 t=22с
ISO800 t=-25с
QHY8 Gain=90%
Gain=50%
Gain=90% модуль Пельтье выключен
В результате получены следующие данные:
камера режим Mс Mш sigma SNR
Canon 450D ISO 800 2304 1340 193 5
Canon 350Da ISO 800 2544 340 61 36
ISO 800, t=-25 2517 348 10 217
QHY8 Gain 90 26800 2483 155 156
Gain 50 10275 774 52 182
Gain 90,t=22 31778 11002 1041 20
Рассчитнные отношения сигнал-шум приведены на рисунке:
Из полученных данных следует, что определяющую роль в интенсивности шума длительной экспозиции оказывает температура матрицы (кто бы сомевался
). Наличие в камере QHY8 встроенного модуля Пельтье дает ей преимуществоношении сигнал-шум в от перед фотоаппаратом Canon при одинаковой температуре внешней среды в 4..5 раз.
Провальный результат по 450-му canon-у объясняется слабым пропусканием штатного фильтра в красной области спектра. Результат, который может показать эта камера с замененным фильтром, в принципе можно спрогнозировать.
2. Шумы короткой экспозиции
Измерение шумов считывания и bias-шума производилось по темновому кадру, полученному при минимальной экспозиции. Для матрицы QHY8 был установлен «тихий режим считывания».
Для того, чтобы можно было сравнивать данные необходимо привести измерения к АЦП одной разрядности. Для этого отсчеты Canon 450D необходимо умножить на 4, отсчеты Canon 350Da умножаем на 16.
Результаты приведены на рисунке:
3. Измерение динамического диапазона матриц
Для более точного измерения динамического диапазона длительность лазерных импульсов была сделана 10мкс.
Динамический диапазон оценивался как максимальное количество 10мкс лазерных импульсов, которое еще не приводит к переходу сигнала пикселей в насыщение.
Отсчеты пикселей, нормированные к разрядности АЦП, в звисимости от освещенности пикселей приведены на графике:
Поскольку полученные зависимости выходного сигнала от освещенности соответствующего пикселя линейны, то динамический диапазон можно оценить, как отношение максимального отсчета пикселя к минимальному сигнальному отсчету. Значение минимальный сигнального отсчета может быть условно принято, как среднее значение шумового пикселя плюс утроенное ско шумового отсчета.
Рассчитанные значения динамического диапазона приведены ниже:
Canon 350Da ISO800 8
QHY8 Gain 90% 22
Gain 50% 70
Из приведенных данных следует, что режим максимального усиления камеры QHY8 соответствует режиму чувствительности iso800 фотоаппарата Canon. Хороший динамический диапазон обуславливается низким уровнем теплового шума матрицы QHY8.
