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Bonjour à tous, comme je vois passer régulièrement les mêmes questions autour des CMOS (caméras et APN), j'ai décidé de créer un nouveau topic unique qui permettrait de répondre à toutes vos interrogations. On centralisera ainsi toutes les règles, les bonnes pratiques, etc.. sur le même topic. Nous aborderons ainsi les sujets suivants : Petit aparté concernant les calculs numériques Empilement et dynamique Comment analyser le graphe d'un capteur Déterminer son temps de pose ou règle des 3 sigma DARKS, FLATS, BIAS (OFFSETS) et DITHERING Calcul de l'échantillonnage idéal avec un CMOS Petit aparté concernant les calculs numériques Notions de calcul binaire Nous travaillons ici en binaire, c'est à dire que l'électricité qui passe dans un fil (ou un bit) ne peut avoir que 2 états : état 0 éteint et état 1 allumé. Si nous travaillons cette fois sur 8 fils en parallèle (8 bits), nous pouvons obtenir 2 puissance 8 = 256 états différents (entre 0 et 255). Enfin si nous travaillons sur 16 fils (16 bits), nous pouvons obtenir 2 puissance 16 = 65536 états différents (entre 0 et 65535). Nous obtenons ainsi différentes puissances de 2, à savoir 2, 4 , 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768 et 65536. Toute l'informatique repose sur ces notions et il est intéressant de les connaître pour bien assimiler son fonctionnement. Les octets Ainsi quand on parle d'octet, cela correspond à 8 bits (octo : 8 ). Attention également, en anglais octet se prononce Byte, donc 1 Byte = 8 bits (1B = 8b). Avec 256 états différents, il est ainsi possible de coder tout l'alphabet avec des caractères spéciaux, des symboles etc... L'invention de la table de caractères ASCII a permis de développer un langage informatique (cette table de caractères a depuis été remplacée par la table ANSI ou Unicode sous Windows). Par exemple, la lettre A possède le code ASCII 65 ce qui en binaire correspond à 0100 0001 ou encore 41 en hexadécimal. Ainsi, l'octet est devenu la base de toute l'informatique. Par exemple, le texte brut contenu sur une feuille A4 peut être codé sur seulement 2000 octets environ (2 kilo-octet ou 2ko), soit environ 400ko seulement pour un livre de 200 pages ! Poids d'une image en octets Pour une image en 16 millions de couleurs, un pixel peut être codé sur 3 octets seulement (1 octet pour chaque couche R, V, B), soit 256 puissance 3 =16 777 216. Une image BMP non compressée de 1024 x 768 pèsera alors exactement 1024 x 768 x 3 = 2.359.296 octets, soit 2.25 Mégaoctets* (2.25Mo) : En revanche une image FIT (par définition non compressée et codée sur 16 bits) issue d'une ASI6200MC de 62 millions de pixels pèsera environ 116Mo. En effet, avec 9576 x 6388 x 2 = 122.353.920 octets ou encore 116Mo (un pixel est codé sur 2 octets pour arriver à 16 bits) : * A noter qu'un Mégaoctet vu par l'ordinateur ne représente pas 1.000.000 (soit 10 puissance 6) mais 1.048.576 octets (soit 2 puissance 20). C'est pour cette raison que 2.359.296 / 1.048.576 = 2.25Mo et pas 2.36Mo. Merci à @keymlinux pour le complément d'explication suivant : Débits et vitesse de connexion Si on parle d'une connexion de 100Megabits par seconde, nous obtenons une vitesse de 10 Méga-octets par seconde environ (8 bits + des bits de contrôle). Idem quand on parle de Gigabits, 1 Gigabit/s équivaut à 100Mo/s (100 Méga-octets par seconde). Il faut donc faire très attention aux symboles utilisés. 100MB/s en anglais correspond à 100 Méga-octets par seconde quand 100Mb/s correspond à 100 Mégabits par seconde. Avec une connexion fibre de 1Gb/s, en théorie on pourrait ainsi transférer une image FIT de 120Mo (issue d'une ASI6200) en moins de 2 secondes ! Empilement et dynamique Quand on empile 4 fois plus d'images, on obtient 1 bit de dynamique en plus. Ainsi on gagne 2 bits pour 16 images empilées, 3 bits pour 64, 4 bits pour 256 images, etc.. Il est intéressant de connaître cette notion, car si on perd 2 bits (ou 2 stops) en montant de 400 à 800 ISO par exemple, alors il faudra empiler 16 fois plus d'images à 800 ISO pour avoir la même dynamique qu'à 400 ISO. De même, avec une caméra 12 bits on devra empiler 16 fois plus d'images qu'une caméra 14 bits pour obtenir la même dynamique, et 256 fois plus qu'une caméra 16 bits ! Une grande dynamique d'image permet de faire ressortir les faibles extensions sans cramer le cœur d'une galaxie par exemple, mais aussi d'obtenir des dégradés de gris ou de couleurs plus riches. Comment analyser le graphe d'un capteur ? Nous allons d'abord voir les différentes notions qui vont nous permettre d'analyser correctement et simplement (sans trop de formules compliquées) les différentes valeurs dans les graphes mis à disposition des constructeurs. Pour cela nous allons avoir besoin de connaître le fonctionnement d'une caméra ou d'un APN. FW : Full Well Un capteur CMOS contient un certain nombre de pixels, composés de puits de potentiel qui vont, comme un entonnoir qui recueille de l'eau de pluie, recueillir les photons qui arrivent sur le capteur, les transformer en électrons, et les convertir en unités numériques (ADU) à l'aide d'un convertisseur Analogique/Digital (ADC). Ces entonnoirs ne sont pas infinis, c'est à dire que quand l'entonnoir déborde, le pixel est dit "saturé". La capacité de ces entonnoirs à photons est donnée par le premier graphe, à savoir le FW ou Full Well, ou encore la capacité des puits de potentiel des pixels. Une fois les électrons convertis numériquement, nous obtenons une valeur en ADU. Le convertisseur (ADC) est généralement donné sur un nombre de bits, entre 8 et 16 avec une capacité en ADU entre 256 (8 bits) et 65536 (16 bits). GAIN Le second graphe nous donne généralement le GAIN, à savoir combien d'électrons sont convertis en ADU pour un gain donné. GAIN et gain ne sont donc pas la même chose. le GAIN s'exprime en électrons par ADU (e-/ADU) alors que le gain n'est qu'une amplification du signal reçu (de la même façon qu'on retrouve les ISO sur les APN) et s'exprime en décibels (échelle 0.1dB sur les graphes). Ainsi pour une amplification donnée de xx décibels, le GAIN en électron par ADU évoluera. Une valeur intéressante de ce graphe du GAIN se situe quand 1 électron = 1 ADU, on appelle ceci le gain unitaire et c'est généralement la valeur qu'on va utiliser le plus souvent pour faire nos images, avec un bon compromis entre le bruit et la dynamique. DR : Dynamic Range Le 3ème graphe va nous montrer la courbe de la dynamique du capteur (DR ou dynamic Range) en nombre de stops (ou en bits), comparable à un APN. Cette dynamique est maximale au gain 0 et va décroître régulièrement si on monte le gain. Une dynamique de 16 bits va nous permettre d'avoir 65536 niveaux de gris ou de couleurs sur chaque pixel, quand une dynamique de 8 bits ne nous donnera plus que 256 niveaux de gris ou de couleurs possibles. Read Noise Enfin le dernier graphe nous donnera le bruit de lecture de la caméra, ou le Read Noise, en électrons. Le bruit de lecture dépend du capteur mais aussi du gain utilisé. Plus le gain est élevé, plus le bruit de lecture va baisser dans une certaine mesure pour finir par stagner. Prenons maintenant 2 exemples concrets et analysons-les. EXEMPLE 1 : ASI183MM Comment analyser cette caméra ? Tout d'abord nous voyons dans le premier graphe, que la capacité des puits de potentiels est de 15.000 électrons environ à gain 0. Pour convertir ces 15.000 électrons en ADU au gain 0 on voit sur le second graphe que le GAIN est de 3.6 environ. 3.6 = 15.000 / ADU donc ADU = 15.000 / 3.6 ce qui nous donne environ 4166 ADU pour 15.000 électrons. En numérique, la valeur la plus proche de 4166 est 4096, soit 2 puissance 12 en binaire ou encore 12 bits. Il est donc inutile d'utiliser un ADC supérieur à 12 bits avec cette caméra, puisque les puits de potentiel ne vont que jusqu'à 4096 ADU. Sur le second graphe, on voit que le gain unitaire (pour rappel l'endroit sur le graphe où 1 électron = 1 ADU) se situe au gain 120 (soit 12dB d'amplification).* A ce gain, la dynamique est de 11 bits environ et le bruit de lecture a bien chûté de 3.0e- à environ 2.2e-. C'est à ce gain qu'on fera la plupart de nos images. Travailler à un gain inférieur nous donnera une plus grande capacité des puits de potentiel, donc un risque de saturation moins élevé. Travailler à un gain supérieur nous donnera un bruit de lecture plus faible, mais une dynamique plus faible et une saturation qui arrivera plus rapidement. * Sur d'autres graphes ou mesures réalisées, on note un gain unitaire de 111 et non pas 120. Sur l'ASiair par exemple, ce gain unitaire est bien paramétré à 111. A noter que plus on monte le gain plus on réduit la dynamique du capteur. On voit que la courbe du bruit de lecture s'infléchit vers 200 de gain et le bruit ne descend plus beaucoup ensuite. A 300 de gain (soit 30dB d’amplification !), on n'a plus que 8 bits de dynamique pour 1.5e- de bruit de lecture, et il ne reste plus qu'une capacité de 400 électrons dans les puits de potentiel, la saturation des pixels intervient très rapidement. Monter le gain sur ce type de capteur peut toutefois être intéressant quand on travaille en narrowband (avec filtres SHO) car la perte de lumière due aux filtres est importante et les temps de pose unitaires deviennent très longs. Pour réduire ce temps de pose à des valeurs acceptables, on augmente alors le gain. Cela permet également de limiter l'ampglow de ce capteur (l'électroluminescence sur le côté du capteur) qui devient très difficile à retirer après 5 minutes de pose. EXEMPLE 2 : ASI2600MC Comment analyser cette caméra ? On voit dans le premier graphe que la capacité des puits de potentiel est bien plus élevée sur cette caméra que l'ASI183 du dessus. A gain 0, elle est de 50.000 électrons. Ce qui veut dire qu'elle saturera nettement moins rapidement, permettant une bonne dynamique sur les objets à fort écart de luminosité (M42, M31, etc..). Pour convertir ces 50.000 électrons en ADU au gain 0, le GAIN du second graphe est de 0.8 environ. Ce qui nous donne 50.000 / 0.8 = 62500 ADU environ. Il nous faudra cette fois un ADC de 16 bits (65536 étant la valeur la plus proche en numérique). Sur ce capteur, on voit une chute rapide du bruit de lecture qui survient à gain 100 (10dB d'amplification). Cette chute s'explique car à ce gain de 100 le capteur déclenche son boost d'ampli et passe en mode HCG (High Conversion Gain). Cet ampli va booster le gain du capteur avec pour conséquence un bruit fortement réduit tout en conservant la dynamique d'origine. Ceci est assez révolutionnaire et typique chez Sony depuis le réputé A7S qui déclenche son mode HCG à partir de 2000 ISO. Sur ce type de capteur, on ne peut pas parler de gain unitaire puisque le GAIN démarre seulement à 0.8, mais on prend alors le gain de déclenchement du mode HCG, à savoir 100 sur ce capteur. On continue l'analyse et on voit ensuite que le bruit de lecture ne descend plus au-delà du gain 100. Il est donc inutile de dépasser le gain 100 puisqu'on baisserait alors la dynamique du capteur sans réduire le bruit. Si un APN était équipé de ce capteur, on dit alors qu'il devient ISOLess à partir de l'ISO correspondant au déclenchement du mode HCG. Pour revenir au Sony A7S, il est donc particulièrement intéressant de travailler à 2000ISO mais monter plus haut en ISO ne fera rien gagner, au contraire, on perdra en dynamique. Sur ce capteur IMX571 de l'ASI2600MC, on n'a finalement que 2 gains de travail : 0 dans les cas où limiter la saturation est importante (photométrie par exemple, ou conserver la couleur des étoiles brillantes), et 100 pour tout le reste.

En attendant il a perdu un bout de sa queue le bougre Nébuleuse du Lion - SH2-132 dans Céphée. https://www.astrobin.com/a1ugdc/?nc=all A+ Axel