Spotkanie u studni... potencjału: przypadek ASI2600

[Behlur_Olderys]

Teraz, Piotr4d napisał:

A gdzie wsadzić  wielkość DR stops, która nie jest tożsama bitom ale  w uproszczeniu sprowadza się do podobnych wartości. W tym przypadku jest to około 13.5.

 Wydaje mi się że DR to studnia podzielona przez szum odczytu,

a następnie wyciągnięty logarytm dwójkowy  Czyli na ilu bitach możesz zapisać niezaszumione wartości odczytu.

 

Czyli masz np. (dane z obrazka dla ASI1600)

20ke- studnię 

Read noise 3.7e-

20000/3.7=5405

log2(5405) = 12.4, czyli dokładnie ile wynosi DR na tym wykresie.

 

Zatem wzór wychodzi:

 

DR = log2(full well [e] / read noise [e])

 

Co ciekawe, przekształcenie wzoru daje równoznaczną, a też interesującą interpretację DR:

 

log2( full well / read noise )  = log2(full well) - log2(read noise).

 

A zatem DR jest to ilość bitów jakie potrzebujemy żeby zapisać odczyt ADU minus liczba bitów, które są "stracone" bo mamy w nich tylko szum odczytu.

 

[Behlur_Olderys]

3 minuty temu, Adam87 napisał:

Ja tylko chce zauważyć że nie wiem jakim cudem ale zostałem autorem tego wątku

 

Takie cuda się zdarzają przy spotkaniach u studni

 

Autorem wątku jest autor pierwszego posta, a że akurat otworzyłeś tą całą puszkę Pandory zadając niewinne - z pozoru!-  pytanie...

 

 

[Duser]

A czytaliście podlinkowany wątek z CN?

[MateuszW]

Godzinę temu, danon napisał:

Więc czyżby te legendy o 16 bit power były trochę nadwyrost? 

16 bit w wielu kamerach jest na wyrost i raczej nikt temu nie zaprzecza. Zapewne zwykle bardziej opłaca się stosować przetworniki 16 bit, niż robić jakieś wynalazki 13,14,15, do każdej matrycy inaczej, potem stosować jakieś dziwne formaty kodowania sygnału, przesyłania i zapisu, żeby nie marnować pozostałych do 16 bitów (gdyż wszystkie protokoły i nośniki pracują na danych będących wielokrotnością 2). Może tak jest po prostu "wygodniej"  

Ilość użytecznych bitów odnoszę zawsze do studni kamery. Jeśli wynosi ona np 30k, to 15 bitów wystarczy, żeby zapisać każdy możliwy poziom. Jeśli mamy jak tutaj 50k, to potrzebujemy 16bit, żeby nie utracić żadnej informacji. Odnoszenie "potrzebnej" ilości bitów do dynamiki matrycy uważam za niepoprawne (choć stackując zdjęcia to i tak nie ma znaczenia).

 

To sumowanie studni przy bin2, nawet w przypadku CCD uważam za "marketing", coś co nie ma znaczenia. W przypadku CCD, gdy robimy zdjęcie bin2, w trakcie naświetlania piksele pracują tak samo, jak w bin1 - po prostu gromadzą ładunek w obrębie swojej studni przyjmijmy np 50k. Jeśli na tym etapie w którymś pikselu wpadnie więcej niż 50k, następuje przepalenie. Następnie sygnał z 4 pikseli jest przemieszczany do wspólnego przetwornika ADC, po drodze "łącząc się" w jeden sygnał. Bufory po drodze, oraz sam przetwornik muszą mieć większą studnię np 200k, tak aby na etapie sumowania nie nastąpiło kolejne obcięcie sygnału. Widzimy więc, że to już rozmiar studni pojedynczego piksela decyduje o przepaleniu się obrazu, a późniejsze bufory 200k dają nam tylko tyle, że nie następuje dodatkowe przepalenie na etapie sumowania. Tak więc jeśli będziemy mieć przykładową "idealną" gwiazdę, która pada tylko na jeden piksel, to sotsując bin2 ten piksel będzie się przepalał tak samo szybko, jak w bin1, bo sąsiednie "puste" piksele nie mają możliwości "przyjąć" nadmiaru ładunku na etapie naświetlania.

 

W CMOS jest prościej, tam po prostu każzdy piksel jest zawsze odczytywany pojedynczo i ewentualnie sumowany (albo uśredniany) później, co nie ma żadnego wpływu na studnię.

 

Właściwie jedyną zaletą bin2 dla CCD jest zmniejszenie szumu odczytu (bo dla 4 pikseli jest jeden odczyt, czyli jednokrotne "dodanie" szumu, a dla bin1 każdy piksel dostałby "swój" szum, czyli byłoby go 4x więcej). Dla CMOS bin2 nie ma sensu, bo odczyt następuje zawsze indywidualnie, więc zawsze dodaje się tyle samo szumu. Resize w photoshopie daje ten sam efekt, a pozostawiamy sobie wybór, czy zdjęcie zmniejszyć czy jednak nie. Inny plus to zmniejszenie rozmiaru zdjęcia i przyspieszenie jego odczytu i przesyłu (dla CCD skraca to nam odczyt np z 8s do 2s, przez co kadrowanie nie jest męczarnią, a dla CMOS można odstać więcej FPS, jeśli się to do czegoś przyda). Uważam, że bin2 w CMOS warto włączyć tylko jeśli mamy jakąś wielką skalę np 0,5"/pix i wiemy że seeing nigdy nie pozwoli nam dostać szczegółów < 1"/pix. Nie marnujemy dysku  

W dniu 16.07.2021 o 18:47, Grzędziel napisał:

Dobrze myślałeś, ale to nie jedyna przyczyna rozlewania sie gwiazdek. Tak jak pisałem dochodzą błędy optyki, trackingu i seeing. Ale nieprzepełnienie studni pozwala na uzyskanie koloru gwiazdki także w środku jej obrazu.

Samo w sobie przepełnienie studni nie wpływa na rozlewanie się gwiazdy. Światło z przepalonego piksela "znika", nie przechodzi na sąsiednie piksele (pomijając blooming, który większość kamer CCD stosowanych przez amatorów i tak "zatrzymuje"). Rozmiar gwiazdy wynika, jak piszesz z dokładności trackingu, rozmycia seeingiem i wad optyki, ale jest jeszcze jeden, podstawowy czynnik, ten pierwszy i najważniejszy - dyfrakcja  W idealnych warunkach, przy idealnej optyce, gwiazda nie jest nigdy punktem, tylko zbiorem krążków airyego, których rozmiar i intensywność zależy od apertury. Im większa, tym krążki mniejsze i więcej światła skupionego w środku, ale zawsze pozostaje nam ta "otoczka" ze słabych krążków. Naświetlając długo gwiazdę rejestrujemy coraz to dalszy jej obraz dyfrakcyjny, coraz słabsze prążki dyfrakcyjne. Dlatego przede wszystkim rozmiar gwiazdy na zdjęciu rośnie wraz z wydłużaniem ekspozycji.

[Krzysztof z Bagien]

32 minuty temu, MateuszW napisał:

wielokrotnością

Potęgą. 14 też jest wielokrotnością 2

 

Wiem, czepiam się - ale to po to, żeby potem ktoś nie przyszedł i się nie przyczepił, że głupoty piszesz i w związku z tym cała twoja wypowiedź jest do dupy 

[Mareg]

@MateuszW pięknie wszystko powyjaśniał, ale jako elektronik pozwolę sobie napisać parę szczegółów, jeśli ktoś byłby zainteresowany, skąd się te wszystkie studnie i inne parametry biorą.

• Piksele zamieniają fotony na elektrony, czyli na ładunek elektryczny.
• Ładunek musi być zamieniony na napięcie przez tzw. wzmacniacz ładunkowy, bo ADC przetwarza napięcie.
  Głębokość studni określa ile tych elektronów daje pełną skalę ADC.
  Więc tak naprawdę przy zapełnieniu studni nasyca się ADC, a nie piksel.
• Zakres dynamiczny ADC musi być większy niż zakres studni, aby każdy elektron w studni powodował zmianę stanu wyjściowego ADC.
  Czyli dla 50 000 elektronów potrzeba już 16 bitów.
• Zakres dynamiczny (DR) matrycy jest mniejszy niż studnia przez szum odczytu, generowany przez ten wzmacniacz ładunkowy i przede wszystkim samo ADC.
  Jeśli to jest prawdziwy przypadkowy szum, to przy uśrednianiu klatek on też się uśredni i informacja "zasłaniana" przez szum "się odzyska".
  Dlatego źle by było, gdyby ADC miało zakres dynamiczny określony przez DR matrycy = studnia / szum odczytu. 
• Szum odczytu jest zdominowany przez samo ADC, dlatego jest ten wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu przed ADC.
  Na wykresach do ASI 2600 widać, że po przekroczeniu wzmocnienia 100 (= 10 dB, liniowo ≈ 3.2) szum odczytu skokowo spada.
  Zgaduję, że wtedy zmienia się skokowo wzmocnienie samego wzmacniacza ładunkowego i dlatego to wzmocnienie daje zupełnie inny efekt niż reszta kroków.
  Mimo większego wzmocnienia i mniejszej studni zakres dynamiczny DR jest wtedy praktycznie taki jak przy wzmocnieniu jednostkowym.
  Reszta "kroków wzmocnienia" jest robiona osobnym wzmacniaczem pomiędzy wzmacniaczem ładunkowym a ADC i efekt jego działania jest mniej spektakularny.
• Dodatkowe wzmocnienie przed ADC proporcjonalnie zmniejsza studnię, bo nasycenie ADC następuje odpowiednio wcześniej, ale maleje wpływ szumu samego ADC.
• Przy bin2 sygnał z czterech pikseli dodaje się arytmetycznie, zaś szum geometrycznie, więc stosunek sygnał-szum wzrasta dwa razy (80 i 86 dB w tabelce dla ASI 2600).
  Dokładnie taki sam efekt będzie niezależnie od tego, czy bin2 będzie po stronie matrycy, czy po stronie oprogramowania, bo i sygnał, i szum są już liczbami za ADC.
  Jedyna potencjalna różnica jaką można by wymyślić (oprócz mniejszych plików i szybszego przesyłania), to to, że przy ewentualnie wolniejszym odczycie z kamery może mogą spaść jakieś szumy generowane przez sam odczyt.
  Ale jak kamera jest dobrze zaprojektowana, to tak nie powinno być.

 

Edytowane 18 Lipca 2021 przez Mareg

[Piotr4d]

Jeszcze do wczoraj myślałem, że ogarniam temat, a tu patrz- wychodzi że nie koniecznie.

Choć lampka ostrzegawcza zaświeciła mi się już przy Asi 294 mm. Gdzie domyślnie mam ustawiony bin2 z wynikowym pikselem 4,6um, a bin1 był jakby ekstra bonusem co  nie kleiło się z przeświadczeniem, że bining w CMOS jest  nieużyteczny.

Widać w nowych konstrukcjach nie jest to takie oczywiste. 

Cała przewaga nowych CMOSów, pomijając skądinąd równie ważną warstwę elektroniki i oprogramowania, sprowadza się do QE i głębokości studni, czyli od śrubowanych konstrukcji pojedynczego piksela.

 

Ale co ja się tam znam 

 

 

 

 

Edytowane 18 Lipca 2021 przez Piotr4d

[Behlur_Olderys]

3 godziny temu, Piotr4d napisał:

Choć lampka ostrzegawcza zaświeciła mi się już przy Asi 294 mm. Gdzie domyślnie mam ustawiony bin2 z wynikowym pikselem 4,6um, a bin1 był jakby ekstra bonusem co  nie kleiło się z przeświadczeniem, że bining w CMOS jest  nieużyteczny.

 

 

Ten binning jest trochę inny moim zdaniem, czytałem gdzieś że jest bardziej "internal" niż w starszych cmosach, może ktoś bardziej kompetentny potrafi rozwinąć temat? Wg manualu ZWO ASI6200 oferuje 2x i 3x hardware binning, ktoś może zaprzeczyć / potwierdzić?

 

3 godziny temu, Piotr4d napisał:

, sprowadza się do QE i głębokości studni,

I niskiego szumu (zarówno readout jak dark current)

I małych pixeli (komercyjnie)

I korzystniejszej ceny

 

[Duser]

Czyli reasumując: w przypadku ASI 2600 ( czy też ASI 6200, bo to te same matryce , tylko z inną powierzchnią  - FF i APS-C ) , gdzie mamy do czynienia ze stosunkowo małym pixelem i dużą rozdzielczością  oraz znacznym rozmiarem pliku pojedynczego zdjęcia  można pokusić się o zastosowanie binningu x2 , jeżeli nie zależy nam aż tak bardzo na drobnym detalu( np fotografujemy obiekt mgławicowy) lub też fotografujemy dłuższą ogniskową ( aby uniknąć oversamplingu) . Zysk z takiego rozwiązania to wzrost SNR dwukrotnie, mniejszy rozmiar plików przy zachowaniu nadal przyzwoitej rozdzielczości oraz przyjemniejszy i zdecydowanie szybszy procesing materiału , który i tak finalnie byłby resizowany  przed prezentacją .  Wadą binningu x 2  jest natomiast 4 x wzrost poziomu szumu odczytu, ale przy wyjściowych niskich wartościach tego parametru dla CMOS "jest to poświęcenie, na które jestem gotów "  .

Natomiast wzrost studni potencjału x 4 jest podobny zarówno w CMOS, jak i w CCD , ponieważ w obu przypadkach w efekcie końcowym następuje uśrednienie poziomu sygnału z 4 pixeli , w CCD przed digitalizacją, a w CMOS już po digitalizacji sygnału  - ale efekt końcowy jest podobny.

 

Mylę się gdzieś w tym podsumowaniu?

[tex88]

8 minut temu, Duser napisał:

Czyli reasumując: w przypadku ASI 2600 ( czy też ASI 6200, bo to te same matryce , tylko z inną powierzchnią  - FF i APS-C ) , gdzie mamy do czynienia ze stosunkowo małym pixelem i dużą rozdzielczością  oraz znacznym rozmiarem pliku pojedynczego zdjęcia  można pokusić się o zastosowanie binningu x2 , jeżeli nie zależy nam aż tak bardzo na drobnym detalu( np fotografujemy obiekt mgławicowy) lub też fotografujemy dłuższą ogniskową ( aby uniknąć oversamplingu) . Zysk z takiego rozwiązania to wzrost SNR dwukrotnie, mniejszy rozmiar plików przy zachowaniu nadal przyzwoitej rozdzielczości oraz przyjemniejszy i zdecydowanie szybszy procesing materiału , który i tak finalnie byłby resizowany  przed prezentacją .  Wadą binningu x 2  jest natomiast 4 x wzrost poziomu szumu odczytu, ale przy wyjściowych niskich wartościach tego parametru dla CMOS "jest to poświęcenie, na które jestem gotów "  .

Natomiast wzrost studni potencjału x 4 jest podobny zarówno w CMOS, jak i w CCD , ponieważ w obu przypadkach w efekcie końcowym następuje uśrednienie poziomu sygnału z 4 pixeli , w CCD przed digitalizacją, a w CMOS już po digitalizacji sygnału  - ale efekt końcowy jest podobny.

 

Mylę się gdzieś w tym podsumowaniu?

Dziękuję za przemówienie ludzkim głosem

[MaciejW]

3 godziny temu, Duser napisał:

Wadą binningu x 2  jest natomiast 4 x wzrost poziomu szumu odczytu, ale przy wyjściowych niskich wartościach tego parametru dla CMOS "jest to poświęcenie, na które jestem gotów "  .

 

Ja bym powiedział 2 krotny wzrost szumu. Szum jest losowy i powinien się statystycznie trochę 'anulować', szum rośnie proporcjonalnie do pierwiastka ilości zbinowanych pixeli

Edytowane 18 Lipca 2021 przez MaciejW

[Przemek Majewski]

W dniu 18.07.2021 o 12:27, Duser napisał:

 Wadą binningu x 2  jest natomiast 4 x wzrost poziomu szumu odczytu, ale przy wyjściowych niskich wartościach tego parametru dla CMOS "jest to poświęcenie, na które jestem gotów "  .

Natomiast wzrost studni potencjału x 4 jest podobny zarówno w CMOS, jak i w CCD , ponieważ w obu przypadkach w efekcie końcowym następuje uśrednienie poziomu sygnału z 4 pixeli , w CCD przed digitalizacją, a w CMOS już po digitalizacji sygnału  - ale efekt końcowy jest podobny.

 

Mylę się gdzieś w tym podsumowaniu?

Tak. Mylisz. Szum sumy czterech pikseli to DWUKROTNOŚĆ szumu odczytu.

 

Szum myli się to w prawo, to w lewo, dlatego 

 

szum_sumy = pierwiastek(sumy kwadratów szumów)

 

np. mając wagę, która waży z dokładnością losową 1 g, gdy ważymy i sumujemy 4 razy, błąd całego ważenia to 2 gramy.

 

W wypadku CMOS software bin, mamy prostą zależność

 

   bin_N -> szum odczytu xN

[kubaman]

Przemek wyjaśnił jak trzeba.

Dla dopełnienia wrzucam porównanie producenta pokazujące zachowanie się kamery przy binowaniu