Re: A modification for improve eShel spectrograph
Posted: Sun Jan 28, 2018 10:08 pm
Olivier, je trouve que tu attache bien de l'importance à cette affaire de dynamique, cela revient souvent sur la table...
Il faut s'entendre sur ce que l'on entend pas dynamique et le domaine d'utilisation de l'instrument...
Un définition classique de la dynamique (D), une métrique le plus souvent employée en optoélectronique, consiste à calculer la dynamique comme le rapport du signal (S) le plus élevée enregistrable dans une image (en électrons) et le bruit de lecture (B) à 1 sigma (RMS) lui aussi compté en électrons.
On peut aussi travailler en pas codeurs (ADU). Par exemple en 12 bits on aura S = 4096 ADU, en 16 bits , S = 65536 ADU, ...
Par exemple si B = 2 ADU, on aura D = 2048 dans le premier cas, et D = 32768. On peut encore calculer la dynamique en bits, comme dans ma page en faisant :
Dbits = log(S_max / B_lecture) / log(2)
A présent Olivier, prend les valeurs effectives de S et surtout de B, pour d'une part le CCD et d'autre part le CMOS. Comme je le dits dans le texte de la page (texte entre-parenthèse, un peu a ton intention), la faible valeur de B pour le CMOS compense tout à fait le défaut en terme d'amplitude de codage - et même avec cette définition, le CMOS peut être supérieur. Parler de dynamique sans parler du bruit en détection faible flux est incomplet en fait.
Un autre façon d'écrire la dynamique est de considérer que le bruit n'est produit que par le signal lui-même, c'est-à-dire B = racine(S) (régime bruit de photon). Dans ce cas on a :
Dbits = log(S_max / racine(S_max)) / log(2) = log((racine(S_max)) / log(2)
Selon cette définition, la dynamique "signal' est de 8 bits pour un codage sur 65536 ADU et de 6 bits pour un codage sur 4096 ADU, soit un rapport 4. Donc oui, ici, à tout les coups, un codage sur 16 bits fourni une dynamique supérieure. J'ai l'impression que c'est ce dont tu parle lorsque tu évoque les enregistrements sonores. C'est cependant assez éloigné de nos affaires de spectro (j'ai observé la nuit dernière quelques étoiles Be avec mon eShel, et aucune ne m'a donné un signal supérieur à 4096 (ou 65536 ADU) malgré un temps de pose unitaire de 10 minutes - l'inverse est plutôt rare...).
En réalité, la vérité est entre les deux, car B n'est pas uniquement le bruit de lecture, on peut aussi ajouter le bruit thermique, le bruit de traitement, ... le bruit de signal lui même. Mais il faut bien trouver une définition simple, et (S_max/B_lecture) c'est un bon traceur de la performance. Il faut aussi se rappeler qu'un bon moyen pour accroitre la dynamique "signal" consiste à additionner des images individuelles pour obtenir le résultat final (tu ne peut pas top faire cela avec un enregistrement sonore il est vrai), ce qui a aussi d'autres vertus (filtrage de certains pseudo bruits).
Christian
PS 1: attention Etienne, la ASI178MM n'est pas la meilleure caméra CMOS que j'ai testé. En outre l'histoire des franges n'est pas liée au CMOS en temps que tel, car malheureusement, pas mal de caméras CCD montrent aussi des franges (c'est le hublot du capteur qui est en cause).
PS 2 : ASI183, oui on pourra surement binner - mais c'est à l'usage que l'on peut se rendre le mieux compte du meilleur point de fonctionnement.
PS 3 : vu comment les choses évoluent, la question CCD vs CMOS ne se posera plus d'ici 2/3 ans, comme on ne se pose plus la question photographie chimique vs CCD.
PS 4 : on constate qu'une caméra comme la ASI183MM PRO, dont la taille du capteur est équivalent celui d'une ATIK460EX va être proposé à un prix sensiblement inférieur. Si on ajoute le QE (plus de 80%), le bruit faible (1,6 e-), la haute vitesse de lecture... la messe est dite (sous reserve d'un test probatoire bien sur, mais j'ai peu de doute - et la dynamique sur une trame ne changera par grand chose).
Il faut s'entendre sur ce que l'on entend pas dynamique et le domaine d'utilisation de l'instrument...
Un définition classique de la dynamique (D), une métrique le plus souvent employée en optoélectronique, consiste à calculer la dynamique comme le rapport du signal (S) le plus élevée enregistrable dans une image (en électrons) et le bruit de lecture (B) à 1 sigma (RMS) lui aussi compté en électrons.
On peut aussi travailler en pas codeurs (ADU). Par exemple en 12 bits on aura S = 4096 ADU, en 16 bits , S = 65536 ADU, ...
Par exemple si B = 2 ADU, on aura D = 2048 dans le premier cas, et D = 32768. On peut encore calculer la dynamique en bits, comme dans ma page en faisant :
Dbits = log(S_max / B_lecture) / log(2)
A présent Olivier, prend les valeurs effectives de S et surtout de B, pour d'une part le CCD et d'autre part le CMOS. Comme je le dits dans le texte de la page (texte entre-parenthèse, un peu a ton intention), la faible valeur de B pour le CMOS compense tout à fait le défaut en terme d'amplitude de codage - et même avec cette définition, le CMOS peut être supérieur. Parler de dynamique sans parler du bruit en détection faible flux est incomplet en fait.
Un autre façon d'écrire la dynamique est de considérer que le bruit n'est produit que par le signal lui-même, c'est-à-dire B = racine(S) (régime bruit de photon). Dans ce cas on a :
Dbits = log(S_max / racine(S_max)) / log(2) = log((racine(S_max)) / log(2)
Selon cette définition, la dynamique "signal' est de 8 bits pour un codage sur 65536 ADU et de 6 bits pour un codage sur 4096 ADU, soit un rapport 4. Donc oui, ici, à tout les coups, un codage sur 16 bits fourni une dynamique supérieure. J'ai l'impression que c'est ce dont tu parle lorsque tu évoque les enregistrements sonores. C'est cependant assez éloigné de nos affaires de spectro (j'ai observé la nuit dernière quelques étoiles Be avec mon eShel, et aucune ne m'a donné un signal supérieur à 4096 (ou 65536 ADU) malgré un temps de pose unitaire de 10 minutes - l'inverse est plutôt rare...).
En réalité, la vérité est entre les deux, car B n'est pas uniquement le bruit de lecture, on peut aussi ajouter le bruit thermique, le bruit de traitement, ... le bruit de signal lui même. Mais il faut bien trouver une définition simple, et (S_max/B_lecture) c'est un bon traceur de la performance. Il faut aussi se rappeler qu'un bon moyen pour accroitre la dynamique "signal" consiste à additionner des images individuelles pour obtenir le résultat final (tu ne peut pas top faire cela avec un enregistrement sonore il est vrai), ce qui a aussi d'autres vertus (filtrage de certains pseudo bruits).
Christian
PS 1: attention Etienne, la ASI178MM n'est pas la meilleure caméra CMOS que j'ai testé. En outre l'histoire des franges n'est pas liée au CMOS en temps que tel, car malheureusement, pas mal de caméras CCD montrent aussi des franges (c'est le hublot du capteur qui est en cause).
PS 2 : ASI183, oui on pourra surement binner - mais c'est à l'usage que l'on peut se rendre le mieux compte du meilleur point de fonctionnement.
PS 3 : vu comment les choses évoluent, la question CCD vs CMOS ne se posera plus d'ici 2/3 ans, comme on ne se pose plus la question photographie chimique vs CCD.
PS 4 : on constate qu'une caméra comme la ASI183MM PRO, dont la taille du capteur est équivalent celui d'une ATIK460EX va être proposé à un prix sensiblement inférieur. Si on ajoute le QE (plus de 80%), le bruit faible (1,6 e-), la haute vitesse de lecture... la messe est dite (sous reserve d'un test probatoire bien sur, mais j'ai peu de doute - et la dynamique sur une trame ne changera par grand chose).