CMOS: binowanie a szum na przykładzie ASI 2600MM

[kubaman]

Chciałem zacząć osobny wątek, ale to może nie będzie konieczne. Zwracam się do tych, którzy rozkminiają dobrze tę tematykę.

Mam takie zagadnienie praktyczne.

 

Mam teleskop RC12.

Na nim kamerę ZWOASI 2600 MC - daję kolor, bo wygodnie, ale to nie stanowi tutaj głównego tematu, mogę podpiąć mono jeśli będzie trzeba.

Natywnie skala to 0,31 pix/arcsec. Nie mam problemów z prowadzeniem, ale zauważyłem, że materiał zbiera się monstrualnie długo (!). 20 godzin nie jest wystarczające, aby pokazać naprawdę głębokie warstwy przestrzeni, pomimo kolosalnej apertury.

Dlatego stosowałem bin2, i efekt był lepszy, ale ciągle nie idealny. Dlatego myślę o bin 3, to ciągle bardzo solidna rozdzielczość w tej kamerze.

 

Pytanie:

 

jaki wpływ na efektywność/szumy, czułość zbinowanego piksela/matrycy ma fakt, że to jest CMOS? Czy mogę założyć, że podane wcześniej dla binowania obliczenia będą prawdziwe, czy jednak ten konkretny rodzaj binowania jest w jakiś sposób gorszy (dla przypomnienia było to przedmiotem wielu bitew systemowych w których zatwardziali CCDowcy kpili z CMOSowców, że ci nie mają bina sprzętowego).

Będę wdzięczny za pomoc w zrozumieniu tego zagadnienia.

 

 

Edytowane 27 Stycznia przez kubaman

[Krzysiek Gaudy]

58 minut temu, kubaman napisał(a):

 

 

20 godzin nie jest wystarczające, aby pokazać naprawdę głębokie warstwy przestrzeni, pomimo kolosalnej apertury.

A tu nie chodzi o światłosiłę? Tzn. w tych 20h masz na pewno niesamowitą skalę i detal, ale jeśli chcesz jeszcze bardziej "wydobyć" i z tła nieba wyciągnąć subtelne "kłaczki" mgławicy, aby były dobrze widoczne (przykładowo) to w tym przypadku może światłosiła jest problemem? O ile moje obliczenia i znalezione info w internecie są prawdziwe, to gdyby jakimś cudem z Twojego RC zrobić f/4 to zbierzesz 400% więcej światła. Czyli 20h -> 80h. 
A jaką masz jakość nieba? 
 

[Marcinos]

Ciekawy temat. 

Planowałem zrobić test: ten sam obiekt 1h na bin1, 1h na bin2 - aby zobaczyc co będzie się dzialo z szumem i sygnałem. Finalnie jeszcze go nie zrealizowałem, ale może ten wątek mnie zmotywuje.

[Behlur_Olderys]

1 godzinę temu, kubaman napisał(a):

jaki wpływ na efektywność/szumy, czułość zbinowanego piksela/matrycy ma fakt, że to jest CMOS? Czy mogę założyć, że podane wcześniej dla binowania obliczenia będą prawdziwe, czy jednak ten konkretny rodzaj binowania jest w jakiś sposób gorszy (dla przypomnienia było to przedmiotem wielu bitew systemowych w których zatwardziali CCDowcy kpili z CMOSowców, że ci nie mają bina sprzętowego

 

Trochę liczenia...

 

 

 

Jeden piksel łapie sygnał S z szumem odczytu N.

Przy binowaniu software'owym x2 jeden "piksel" o wielkości  2x2 oryginalnych zbiera sygnał 4*S z szumem 4*N.

 

Przy binowaniu sprzętowym jeden "piksel" o wielkości 2x2 oryginalnych zbiera sygnał 4*S z szumem N.

 

Tylko że w CCD N wynosi np. 8e, a w CMOS bardziej w okolicach 1e.

 

I wtedy się okazuje, że przy sprzętowym binx2 CCD mają i tak gorsze SNR niż CMOS bo 4x1 to wciąż mniej niż 8.

 

 

 

 

RCk 12calowy ma aperturę 300mm powiedzmy przy ogniskowej ile, 2.4m?

 

Na jeden piksel wpada Ci światło które wysłał fragment mgławicy o powierzchni (na niebie) 0.31x0.31 arcsek ². Czyli jakieś 0.1as². Światło z tego fragmentu jest zbierane przez "wiadro" o powierzchni 90000mm².(Bez pi²)

90000*0.1=9000

 

A ja biorę Samyanga 135 f/2. Mam piksel powiedzmy 9um, skalę 13as/px. Fragment mgławicy o powierzchni 169as² łapię obiektywem o powierzchni ok. 4500mm². (Bez pi²)

169*4500=760500, prawie 90x więcej światla pada na ten piksel przy założeniu że mgławica ma mniej lub bardziej stałą jasność powierzchniową.

 

(Dlaczego 90x? Mam światłosiłę 4x lepszą i piksel ~2.4x większy, co pomnożone i podniesione do kwadratu daje właśnie około 90.)

 

Oczywiście masz skalę wiele razy większą od mojej, i u Ciebie mgławica o średnicy 1° na niebie będzie miała 180*60pikseli, a u mnie to będzie jakieś 4*60, więc 45x mniej, a pikselowo będzie to jakieś 2025x więcej pikseli (przy mgławicy prostokątnej;).

 

Podsumowując i zaokrąglając:

Na piksel pada Ci 100x mniej światła, ale masz 2000x więcej pikseli, więc światła dostaniesz sumarycznie 20x więcej, niż ja  

 

Dlaczego 20x? Bo masz ~20x większą aperturę;)

 

Także żeby pobić sygnał jaki łapie jeden piksel ASI432 przy Samyangu f/2 musiałbyś zrobić bin ok. 10x

Notabene wciąż dałoby Ci to ~5x lepszą rozdzielczość, niż u mnie

 

 

A ja żeby złapać tyle fotonów co Ty rckiem musiałbym mieć 20 Samyangów....

 

 

.... co powoli realizuję;)

 

 

 

 

 

 

PS

Obrazy z dużym SNR na pikselu chyba lepiej się obrabia... Prawda?

 

[lkosz]

7 minut temu, Behlur_Olderys napisał(a):

Także żeby pobić sygnał jaki łapie jeden piksel ASI432 przy Samyangu f/2 musiałbyś zrobić bin ok. 10x

i to sprzętowy bin

 

1 godzinę temu, kubaman napisał(a):

jaki wpływ na efektywność/szumy, czułość zbinowanego piksela/matrycy ma fakt, że to jest CMOS?

Pytanie trochę źle postawione, bo z czym porównywać? Zależy jak ten binning jest robiony, zwykle nie jest on sprzętowy w CMOSach. Robienie binu programowego kamerą w mojej opinii jest bez sensu. Nie zrobisz tym nic mądrzejszego, czego nie może pixinsight.

 

1 godzinę temu, kubaman napisał(a):

zatwardziali CCDowcy kpili z CMOSowców, że ci nie mają bina sprzętowego

no tu trzeba przyznać rację, jest to gigantyczna wada CMOSów

[Behlur_Olderys]

1 minutę temu, lkosz napisał(a):

10 minut temu, Behlur_Olderys napisał(a):

Także żeby pobić sygnał jaki łapie jeden piksel ASI432 przy Samyangu f/2 musiałbyś zrobić bin ok. 10x

i to sprzętowy bin

 

Ja mówię tylko o ilości światła.

Bin sprzętowy czy nie : nie ma znaczenia dla ilości światła która wpada, bo ona zależy tylko od światłosiły i powierzchni.

 

A co do sprzętowego binningu w CMOS to z chęcią posłucham jaka jest różnica na przykładzie powiedzmy ASI 2600 vs KAF8300.

 

[Krzysztof z Bagien]

47 minut temu, lkosz napisał(a):

no tu trzeba przyznać rację, jest to gigantyczna wada CMOSów

Raczej w przypadku starych, mocno szumiących matryc była to konieczność, teraz to nie robi za bardzo różnicy, bo na starcie mamy bardzo mały szum.

[kubaman]

Padła odpowiedź ale trochę na inne pytanie niż zadałem Tzn padła odpowiedź na moje pytanie ale bez puenty.

Rozumiem, że binowanie w CMOS ma sens i bin 3 w moim przypadku z RC12 poprawi zasadniczo sumaryczne czasy ekspozycji (?).

 

Edytowane 27 Stycznia przez kubaman

[Behlur_Olderys]

No niby tak, ale równie dobrze możesz resampling zrobić sobie po zebraniu materiału

 

Proponuję eksperyment:

Ekspozycję bez bina po resamplingu x0.5 porównać z ekspozycją po binie X2.

Porównać oczywiście znormalizowane tj. z rozciągniętym na maksa histogramem.

 

Nie muszą to być gwiazdy, równie dobrze zobaczy się to robiąc zdjęcie kaktusa na biurku

 

[Wiesiek1952]

30 minut temu, Behlur_Olderys napisał(a):

No niby tak, ale równie dobrze możesz resampling zrobić sobie po zebraniu materiału

...

 

 

Dokładnie tak. Czy zrobisz resampling w PI czy bin w kamerze to zebrana informacja będzie identyczna. Szum też. 

 

 

EDIT: Fizycznie kamera dalej zbiera materiał do każdego piksela - jeśli w CMOS binujesz to binning to po prostu algorytm w kamerze to wykonujący. Jeśli są jakiekolwiek różnice w pliku wynikowym to mogą tylko wynikać z samych algorytmów/rachunków wykonywanych w kamerze czy w PC-cie (PI).

Edytowane 27 Stycznia przez Wiesiek1952

[Krzysztof z Bagien]

2 godziny temu, kubaman napisał(a):

Tzn padła odpowiedź na moje pytanie ale bez puenty.

Możesz sobie włączyć binning w kamerze, jeśli powiedzmy masz za dużą skalę i potem i tak zamierzasz finalną fotę zmniejszać - to wtedy będziesz miał mniejsze pliki, krócej zajmie stackowanie itp. Ale niczego magicznie w ten sposób nie zyskasz (w sensie - w porównaniu do przeskalowania w postprodukcji).

[kubaman]

oczywiście

mnie bardziej interesowało, czy faktycznie będę zbierał szybciej jakbym miał fizycznie większy piksel

rozumiem, że trochę tak, ale nie do końca ale to i tak nie szkodzi i warto

 

Jednej rzeczy za to nie ogarniam i przyznaję jestem skołowany.

Kiedy resampluję materiał np x0.5 to zdjęcie nie staje się jaśniejsze.. no nie ma bata

Być może dlatego że resamlpuję na koniec, po obróbce - a żeby to miało sens to trzeba by zrobić resampling każdego suba w surowej postaci (tak kombinuję).

 

[Krzysztof z Bagien]

Godzinę temu, kubaman napisał(a):

Kiedy resampluję materiał np x0.5 to zdjęcie nie staje się jaśniejsze.. no nie ma bata

Bo to polega raczej na uśrednieniu w jakiś tam sposób danych z sąsiednich pikseli; żeby było jaśniej, należałoby je zsumować.

[dobrychemik]

Ja to widzę tak: wszelkie binowanie ma realny pozytywny efekt na jakość tylko wtedy, gdy odbywa się na sygnale analogowym, czyli przed konwersją A/D. Jeśli binning jest później, to nie oferuje niczego, czego nie dałoby się zrobić w postprodukcji.

[Behlur_Olderys]

Godzinę temu, kubaman napisał(a):

oczywiście

mnie bardziej interesowało, czy faktycznie będę zbierał szybciej jakbym miał fizycznie większy piksel

rozumiem, że trochę tak, ale nie do końca ale to i tak nie szkodzi i warto

 

Jednej rzeczy za to nie ogarniam i przyznaję jestem skołowany.

Kiedy resampluję materiał np x0.5 to zdjęcie nie staje się jaśniejsze.. no nie ma bata

Być może dlatego że resamlpuję na koniec, po obróbce - a żeby to miało sens to trzeba by zrobić resampling każdego suba w surowej postaci (tak kombinuję).

 

 

 

Zmienia się stosunek sygnału do szumu.

Można to łatwo porównać jeśli się robi rozciąganie histogramu żeby wylazł szum.

 

Tylko że obrazki o różnej rozdzielczości trudno porównywać, musiałbyś zrobić na jednym resize "chamski" w sensie konstrukcji obrazu z co drugiego piksela, i porównać to z obrazem prawilnie resamplowanym.

 

Tak czy inaczej normalizacja to podstawa. Inaczej porównujesz dwa obrazy o dwóch różnych poziomach sygnału i dwóch różnych poziomach szumu. Człowiek takiego porównania "na oko" nie potrafi zrobić dobrze.

 

Gdy porównujesz znormalizowane obrazki, to na obu zakres dynamiczny jest ten sam: od 100% czarnego do 100% białego, więc sygnał jest na tym samym poziomie, a obrazki różnią się od siebie szumem, co łatwo wtedy zobaczyć.

[Behlur_Olderys]

@kubaman

Tutaj masz dokładnie to, o czym mówię:

https://stargazerslounge.com/topic/342762-software-binning-explained/?do=findComment&comment=3725157

[Herbert West]

Cóż, binning w CMOS ma jedną korzyść- mniejsza waga subów- kosztem rozdzielczości. O szybszym transferze po USB nie na co wspominać. I tyle.

 

Binning w CCD to inna bajka. To nie de facto resample w software, jak w CMOS. To zmiana mechanizmu odczytu danych z sensora- hardware binning.

Szum odczytu (read noise) CCD jest o wiele większy niż CMOS i ma istotny wpływ na SNR. A odczyt danych z CCD przy binowaniu ogranicza dwie rzeczy- rozdzielczość, oczywiście, oraz szum odczytu! Dlatego SNR rośnie w CCD przy binowaniu. I dlatego się pali tak długie klatki CCD- bo szum odczytu jest zawsze taki sam - czy czytasz suba 5s czy 30 minut.

 

Tutaj szczegółowo o binowaniu w CCD:

https://andor.oxinst.com/learning/view/article/ccd-binning

 

Nie widzę żadnego sensu w binowaniu CMOSa, chyba że ważne są mniejsze suby z jakiegoś powodu.

[Mareg]

5 godzin temu, Behlur_Olderys napisał(a):

 

Trochę liczenia...

 

Jeden piksel łapie sygnał S z szumem odczytu N.

Przy binowaniu software'owym x2 jeden "piksel" o wielkości  2x2 oryginalnych zbiera sygnał 4*S z szumem 4*N.

 

Przy binowaniu sprzętowym jeden "piksel" o wielkości 2x2 oryginalnych zbiera sygnał 4*S z szumem N.

 

(...)

 

Według powyższych wyliczeń binowanie softwerowe 2x2 nie zwiększa stosunku sygnał / szum ( S/N = 4*S / 4*N).

 

Szum każdego z 4 binowanych pikseli jest niezależny, więc dodaje się geometrycznie i wypadowy szum będzie pierwiastek( 4*N² ) = 2*N, czyli SNR poprawi się dwa razy.

 

Edytowane 27 Stycznia przez Mareg

[Behlur_Olderys]

58 minut temu, Mareg napisał(a):

Szum każdego z 4 binowanych pikseli jest niezależny, więc dodaje się geometrycznie i wypadowy szum będzie pierwiastek( 4*N² ) = 2*N, czyli SNR poprawi się dwa razy

 

Tak, rzeczywiście, pomyłka z mojej strony. Czyli dla CCD poprawi się 4x, a dla CMOS poprawi się 2x. Czyli, uwzględniając realne parametry, CMOSy wypadają jeszcze lepiej

[Piotr K.]

2 godziny temu, Herbert West napisał(a):

I dlatego się pali tak długie klatki CCD- bo szum odczytu jest zawsze taki sam - czy czytasz suba 5s czy 30 minut.

 

Przecież w CMOS-ach szum odczytu też jest zawsze taki sam, niezależnie od długości klatki. O ile wiem, długie suby w CCD-kach były po to, żeby zminimalizować stosunkowo wysoki szum odczytu. W nowoczesnych CMOS-ach szum odczytu jest minimalny, więc moźna palić krótsze klatki, a i tak się łatwo wyjdzie w istotny sposób ponad szum odczytu.

[holeris]

Jeśli chce się użyć softwarowego biningu, to na którym etapie obróbki? Przed kalibracją? Przed stackowaniem? Tuż po zestackowaniu? Po finalnej obróbce? Intuicyjnie bym powiedział, że jeszcze przed kalibracją, ew. przed stackowaniem (choć nie jestem w stanie tego niczym poprzeć). W takim wypadku bining ustawiony już w kamerce będzie wygodniejszy w użyciu, tylko wtedy nie ma kontroli nad algorytmem resamplingu.

 

Zdjęcia często i tak prezentujemy zmniejszone. Ciekaw jestem czy gdyby zmniejszyć je na samym początku obróbki, tj. jeszcze przed kalibracją, czy efekt mógłby być lepszy.

 

EDIT: (głośno myślę) a może jednak już po stackowaniu, żeby wykorzystać detal dostępny w większej rozdzielczości?

Edytowane 27 Stycznia przez holeris

[Piotr K.]

9 godzin temu, holeris napisał(a):

Jeśli chce się użyć softwarowego biningu, to na którym etapie obróbki?

Warto przeczytać wątek podlinkowamy przez @Behlur_Olderys:

 

https://stargazerslounge.com/topic/342762-software-binning-explained/?do=findComment&comment=3725157

 

Tam jest wszystko wyjaśnione, m.in. to, że binning w postprocessingu daje więcej możliwości.

Edytowane 28 Stycznia przez Piotr K.

[Herbert West]

10 hours ago, Piotr K. said:

 

Przecież w CMOS-ach szum odczytu też jest zawsze taki sam, niezależnie od długości klatki. O ile wiem, długie suby w CCD-kach były po to, żeby zminimalizować stosunkowo wysoki szum odczytu. W nowoczesnych CMOS-ach szum odczytu jest minimalny, więc moźna palić krótsze klatki, a i tak się łatwo wyjdzie w istotny sposób ponad szum odczytu.

Pali się długie, żeby sygnał dominował nad wysokim szumem odczytu. Nie minimalizuje to szumu odczytu ale poprawia SNR. Read noise jest stały ale w miarę zwiększania długości klatki sygnał rośnie. To jest to co napisałem ja i ty też, prawda :-) ?

[kubaman]

Watek się mocno teoretyczny zrobił, a mnie interesuje praktyka. 

 

Binujując moją kamerkę x3 otrzymam 9 razy więcej światła na piksel. Kosztem rozdzielczości. To mnie interesuje najbardziej. Powinno to oznaczać - i tak zazwyczaj przecież robimy - skrócenie czasów ekspozycji zarówno subów jak i całości (ba na każdym subie więcej widać). Dlatego paląc O3 czesto binujemy by nie musieć palić 50 godzin.

 

To tak nie działa w przypadku materiału rozciągniętego i obrobionego. Albo więc wszyscy żyjemy jakąś ułudą o binowaniu CMOSa (to wlłaśnie mówili CDDowcy, na tej właśnie podstawie), albo to działa ale na surówce. Taką stawiam hipotezę.

[Piotr K.]

13 godzin temu, Herbert West napisał(a):

Binning w CCD to inna bajka. To nie de facto resample w software, jak w CMOS. To zmiana mechanizmu odczytu danych z sensora- hardware binning.

Szum odczytu (read noise) CCD jest o wiele większy niż CMOS i ma istotny wpływ na SNR. A odczyt danych z CCD przy binowaniu ogranicza dwie rzeczy- rozdzielczość, oczywiście, oraz szum odczytu! Dlatego SNR rośnie w CCD przy binowaniu. I dlatego się pali tak długie klatki CCD- bo szum odczytu jest zawsze taki sam - czy czytasz suba 5s czy 30 minut.

 

Logiczny sens zdania:

 

"I dlatego się pali tak długie klatki CCD- bo szum odczytu jest zawsze taki sam"

 

jest taki, że długie klatki pali się dlatego, że szum odczytu jest taki sam. A ponieważ w całym akapicie porównujesz CCD z CMOS, więc można odnieść wrażenie, że w CCD szum odczytu jest stały, a w CMOS nie. Stąd była moja uwaga - bo forum czytają też  osoby początkujące, które mogą mieć mętlik w głowie, i takie nieprecyzyjne sformułowania mogą go zwiększać. A mętliku w głowach jest wystarczająco dużo, i to nie tylko u początkujących

 

Na szczęście w tym akurat wątku widać, że się wszyscy ładnie nauczyli liczyć, więc wartość informacyjna jest zdecydowanie na plus (choć pewnie i tak przynajmniej część czytelników jest zdania, że to jakieś przekombinowane przemyślenia i niepotrzebne dzielenie włosa na czworo ).