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les caractéristiques techniques des caméras partie 1

aubriot

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Choisir une caméra  pour l'astrophoto est souvent  compliqué lorsqu'on débute en astronomie

Mon but n'est pas de vous dire celle que vous devez prendre mais comment la choisir.

les paramètres techniques fournit par le fabricant peuvent vous aider à faire ce choix

 

les fabricants proposent deux gammes de caméras :

- les monochromes (MM ) .

- les couleurs (MC)

 

et dans ces deux gammes :

- les refroidies (a droite de l'image )

- et celles qui ne le sont pas (a gauche de l'image )

 

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Pour détailler ces caractéristiques et les tableaux, je vais prendre deux caméras de la société ZWO : la 1600 mm Pro (à gauche ) et la 183Mc Pro (à droite)

l'ensemble des éléments sont fournis sous forme de tableaux puis sont synthétisés sur une seule image

 

1600PRO-LOGO1-e1530004662200.jpg.37454b4e19bf0a14bc82234c08d1f080.jpgLogo-of-183pro.jpg.9e17495b0344623cb18f0cb8af9afb9f.jpg

 

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les premières caractéristiques fournies par le constructeur sont assez basiques : le poids et les dimensions

 

sur la 1600 MM Pro  : la Largeur est de  86 mm , le Diamètre est 78 mm et le Poids est de 410 g. il faudra prendre en compte le diamètre  et le poids de la roue a filtre ; des filtres et des raccords

sur la 183 MC Pro  : la Largeur est de  86 mm , le Diamètre est 78 mm et le Poids est de 410 g .

 

vient ensuite les caractéristiques génériques du capteur :

 

- sur la 1600 MM Pro  : CMOS - Monochrome - 4/3" - Panasonic MN34230 - Rolling shutter lien

Toutes les photos prises seront en noir et blanc et pour reconstituer la couleur on utilisera une Roue à filtre avec des filtres Rouge/Vert/Bleu . la lecture se fait sans obturateur mais au "fil de l'eau"

- sur la 183 MC Pro  : CMOS -Couleur 1″ CMOS IMX183CLK-J/CQJ-J- Rolling shutter

ce capteur produit des photos en couleur (matrice bayer RGGB)  dont la matrice comporte deux pixels vert , un rouge et un bleu

 

les caractéristiques qui suivent sont plus intéressantes.

 

- sur la 1600 MM Pro  :  la Taille du capteur est de 17,7 mm x 13,4 mm soit une diagonale 22,2 mm

- sur la 183 MC Pro  : la Taille du capteur est de 13,19 mm x 8,81 mm soit une diagonale 15,9 mm

 

la taille  permet de vous indiquer la surface collectrice de photon  ( plus la bassine est large plus elle recevra d'eau de pluie venant du ciel ) 

 

tailles-capteurs.jpg.3096397995b5f9fa123a0689caba21a0.jpg

 

Cela permet de savoir si  l'objet que vous désirez photographier rentre dans le champ de votre caméra. Bien entendu cela dépend aussi du diamètre et de la focale de votre télescope

https://astronomy.tools/calculators/field_of_view/

comme vous pouvez le constater la 1600 mm Pro a moins de pixels mais sa surface est plus grande en raison de la taille plus importante des pixels .

 

la diagonale est aussi très importante car elle va permettre de déterminer le diamètre des filtres  adaptés (a droite l'indication du capteur et a gauche le diamètre des filtres )

 

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les photons sont renvoyés sur la caméra sous la forme d'un cône de lumière . si  les filtres sont trop petits ils vont réduire l'ouverture et former du vignetage sur la photo (zone d'ombre sur les bords )

pour calculer le diamètre des filtres, il suffit d'utiliser cet applicatif et d'indiquer la distance séparant le filtre du capteur et cela vous donne le diamètre minimal à utiliser

https://astronomy.tools/calculators/ccd_filter_size

 

la résolution de la caméra  :

 

- sur la 1600 MM Pro  :  le Nombre de pixels est de 4656 x 3520 pixels  (16,39 millions) et leur dimensions sont de 3,8 µm x 3,8 µm

- sur la 183 MC Pro  : le Nombre est de 5496 x 3672 pixels (20,18 millions) et leur dimensions sont de 2,4 µm x 2,4 µm

 

chaque pixel permet de voir une toute petite partie du ciel

plus il y a de pixel sur la même surface ;plus la résolution est importante ; plus les pixels sont petits et plus l'on voit des détails fins

 

la taille du pixels va vous permettre  de calculer l'échantillonnage lien E= 206* (taille du pixel en µm/Focale en mm) . c'est même l'élément le plus important !

https://astronomy.tools/calculators/ccd_suitability

il vous permet de connaitre votre échantillonnage (ou pouvoir séparateur ) en fonction de la camera utilisé, du seeing et du télescope que vous avez ..

En ciel profond, on prend un échantillonnage de 1/3 du seeing mais cela peut varier dans une moindre mesure : pas assez et vous êtes en sous échantillonnage  .trop et vous êtes en sur-échantillonnage

 

l'ADC  ou convertisseur A/N :

 

c'est une notion qui reste souvent abstraite pour pas mal de gens. votre pixel emmagasine des photons mais pour être retranscrit on doit les transformer en binaire  (des 0 et des 1 )

prenons un exemple : vous avez un ADC de 2 bits vous aurez donc 2² possibilités de niveaux 0-0 (noir) ; 0-1(gris clair): 1-0 (gris foncé) et 1-1(blanc)

vous comprendrez vite que plus l'analyse se fait sur plusieurs bits plus le nombre de niveau de gris de l'image sera important .sur 16 bits nous avons 65535 niveau de gris

là les deux caméra ont un ADC de 12 bits ce qui est déjà pas mal ;)

 

vient ensuite le read noise (ou bruit de lecture) et le cooling temps (température de refroidissement ) :

 

-1,2e sur une Asi 1600 mm Pro et 1,6e sur asi 183 mc Pro .

une caméra non refroidie comme mon Asi 385mc a un bruit de 3,3e

 

plus ce bruit est bas et moins vous avez de parasites sur l'image .plus d'explications  : le bruit en astrophotographie

 

c'est là que la notion de refroidissement de la caméra prend son importance car en refroidissant la caméra vous éliminez une partie de ce bruit

et plus vous refroidissez et plus les parasites sont faibles. mais il y a une limite à tout car ce refroidissement consomme énormément d'électricité

 

le DDR3 buffer et l'USB3.0 :

 

les deux caméra ont un buffer de 256mb et un port USB3.0 . quesako ?

la première : c'est une mémoire tampon qui permet de stocker votre image en attendant qu'elle soit lue par votre PC. cela évite "les bouchons" ou saturation de votre port USB3 .

le deuxième  :   c'est le lien qui permet d’échanger les données entre votre PC et votre Caméra lien sur les ports USB

 

les temps de poses  et FPS :

 

chaque caméra possède une limite minimale et maximale de pose.

 

sur la 1600 MM Pro  : le Temps de pose minimal est de 0,000032 seconde ; le Temps de pose maximal : 16 minutes 40s et le nombre de fps est de 192 images / seconde en résolution 320 x 240 pixels (ROI )

sur la 183 Mc Pro  : le Temps de pose minimal est de 0,000064 seconde et le Temps de pose maximal : 33 minutes et le nombre de fps est de 308 images max / seconde en résolution 320 x 240 pixels (ROI )

 

autant la valeur mini à une importance en planétaire autant en CP ça n'a pas d'utilité . Dans la plus part des cas on pose entre 1s et le maximum des possibilité de la caméra

il en est de même pour le nombre d'images/s qui n'a aucune utilité en CP à part peut être pour faire du visuel assisté

plus vous poserez longtemps plus vous capterez des photons ( identique au puits qui se remplit d'eau  pendant une pluie abondante et ce pendant un certain temps )

vous comprendrez que pour avoir un rapport signal sur bruit important il faut poser le plus longtemps possible . ça c'est en théorie car d'autres paramètres vont jouer (le gain , le F/D,etc....)

 

le Full Well (ou capacité de stockage ) :

 

voila une notion encore bien abstraite pour pas mal d'entre nous .:)

imaginez un puits (le pixel ) qui reçoit de l'eau  (des photons ). plus ce puits est profond  plus il peut recevoir d'eau avant que cela ne déborde .

et bien il en est de même avec le pixel . chaque pixel a une capacité de stockage mais plus ce pixel est petit et moins il peut en emmagasiner

c'est pour cette raison que la ASi 1600 mm Pro a un full Well de 20000e- et la ASI 183 Mc Pro un Full Well de 15000e-

 

le QE (quantum efficient ) :

 

aie . là ça se complique .

prenez l'exemple de votre œil et celle du chat.  vous etes capable de voir un nuancier de couleur allant du rouge au bleu mais il est incapable de voir les autres longueurs d'ondes  et de voir dans le noir .

pour le chat s'est un peu différent , il ne voit pas les mêmes choses que nous et il voit très bien la nuit

 

art7_Lu.png.7558b8b697dfa2e7ec156aeaeae46ab8.png

 

Notre rétine comporte 2 types de cellules sensibles:
1)les cônes (environ 6 500 000) sensibles à une intensité lumineuse élevée, et de 3 types:
a) 5 à 10% sensibles dans le bleu avec un max vers 420nm
b) sensibles dans le vert avec un max vers 530 nm
c) sensibles dans le rouge avec un max vers 565 nm
On dit que l'homme est trichromate

2) les bâtonnets
beaucoup plus nombreux (130 millions!) et plutôt répartis dans la zone périphérique de la rétine.
Ils comportent un pigment qui est détruit par la lumière et qui se reforme dans l'obscurité.
Ils sont extrêmement sensibles, même à faible luminosité, dans la zone 400 à 500 nm.
Ils nous servent donc à la vision nocturne

 

pour un capteur c'est identique une variable qu'on appelle  :  QE .

imaginez pour faire simple une bassine qui se remplit de sable et qui n'a pas de couvercle . la réception de ce sable est total : 100%

maintenant , imaginez cette bassine avec un couvercle perforé de trous  . elle ne recevra qu’une partie de ce sable  voir tres faible si  les trous sont petits.

notre capteur il est souvent indiqué en % et dans la fréquence ou le pic réception est le plus important

pour ASI 1600 mm Pro  le QE peak est de 60%

 

courbe.PNG.fb907f3495dedcba681bc5972aaae487.PNG

 

pour le capteur couleur Asi  183mc Pro le QE peak est de 84% mais à une différence pret  chaque pixel capte dans sa gamme de fréquence (couleur RVB ) .

et  vous avez souvent deux pixels vert (G), un pixel rouge (R) et un bleu (B), la réception sera "double" dans les fréquences du vert

il est donc normal d'avoir trois courbes suivant le pixel.

 

183QE1.jpg.3de35e411c0b65a0a4efcdf5734ccc25.jpg

 

 la distance  Back Focus :

 

en faite c'est assez simple : c'est la distance qui sépare la vitre du capteur . elle sera importante quand vous devrez la connecter au télescope .

 

dans la 1600 mm pro le BF est de 6,5mm

dans la 183 mc pro le BF est aussi de 6,5mm

 

le dernier paramètre est la température de fonctionnement et de stockage et là nul besoin de vous l'expliquer

 

dans la deuxième partie on abordera les caméra planetaire et ciel profond puis dans la troisième partie les courbes  des caméras et le choix du gain optimum

 

bon ciel

Christophe

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