Cameras ASI en très faible flux - questionnement

[cbuil 3 467]

Voici de nouvelles mesures sur le capteur de la ASI1600MM (et ASI1600MC).
Il s'agit du rendement quantique observé autour de la raie Halpha (656 nm). La mesure a
été faite avec l'aide d'un spectrographe LHIRES III et en s'aidant d'une caméra CCD ATIK460EX,
faisant office de référence.

Les deux capteurs sont éclairé par un même signal. Je vous décompose le calcul (comme
cela vous avez tout).

Les paramètres adoptés pour la ATIK460EX sont :

Taille pixel = 4,54 microns (Pref)
Gain (mesuré) = 0,269 e-/ADU (Gref)
Rendement quantique (656 nm) = 57% (Qref)
Bruit de lecture (mesuré pour info) = 5,41 e-
Le signal mesuré est de 6290 ADU (Sref) en 10 secondes de pose (Tref) pour le signal envoyé.

Les paramètres adoptés pour la ASI1600MM sont :

Taille pixel = 3,80 microns (P)
Gain (mesuré au réglage g=200) = 0,494 e-/ADU (G)
Bruit de lecture (mesuré pour info) = 1,38 e-
Le signal mesuré est de 640 ADU (S) pour un temps de pose de 30 secondes (T)

Le rendement quantique (Q) de la ASI1600MM recherché est donné par :

Q = Qref x (S x G x Pref^2 x Tref) / (Sref x Gref x P^2 x T)

Tout calcul fait on trouve le rendement quantique de Q = 46% pour la ASI1600MM autour
de Halpha. C'est ma fois une valeur fort proche de celle que donne Philippe sur sa courbe (!).

Noter que la clef du calcul est la valeur du rendement quantique de la caméra ATIK460EX, qui sert
de référence. J'ai adopté la valeur de 57%, que j'ai eu l'occasion de mesurer par
ailleurs à 656 nm et pour laquelle j'ai une assez bonne confiance. Mais c'est
une valeur significativement plus basse que celle que l'on voit souvent affichée pour
ce composant (capteur Sony ICX694), à savoir 65% environ - que je pense optimiste. Avis ?

J'ai aussi mesuré le canal R d'une ASI1600MC dans les mêmes condition. J'ai trouvé Q = 25%
(donc une valeur assez basse, ce qui signifie que ce n'est tout de même pas simple
d'observer Halpha avec une telle caméra a filtre CFA, même si le résultat n'est
pas calamiteux en même temps).

Pour revenir à la 1600MM (CMOS), le rendement quantique est en retrait par rapport à une caméra CCD de base, mais on note aussi que le bruit de la 1600MM est notoirement plus faible (dommage que l'on ai un peu de ce fichu RTS (Random Telegraph Signal) sur nos CMOS)...

Christian B

[Ce message a été modifié par cbuil (Édité le 18-05-2017).]

[christian_d 3 151]

Bonjour et merci pour ces commentaires.
C'est surtout la dernière ligne de conclusion que je retiendrais, qui permet de fixer les choses de façon plus concrete.
Je conserve mon CCD...(clin d'oeil).

Amicalement

Christian

[Philippe Bernhard 557]

Christian
Je regarde pour le QE du 694. C'est effectivement un peu surprenant.

[Ce message a été modifié par Philippe Bernhard (Édité le 18-05-2017).]

[cbuil 3 467]

Voici le rendement quantique absolu de détecteurs populaires (équipent caméras QSI532, ATIK460EX
ASI1600MM/MC) mesuré par moi même. Ce n'est pas une chose très simple à obtenir, m'enfin
c'est factuel (aux erreurs près !) et ce sont des données rares.

Noter que cette mesure considère le détecteur équipé de sa fenêtre de protection.
Et puis, comme ces capteurs sont montés dans des caméras, il faut aussi considérer
l'impact spectral du hublot de celle-ci, mais je le considère comme marginal pour
l'ordre de grandeur affiché ici.

Christian Buil

[Lucien 11 292]

Merci Christian !

Et bien à terme je pensais remplacer la ZWO 174MM par la 1600MM pour l'UV aussi,
et bien ce n'est même pas la peine d'y penser !

Lucien

[cbuil 3 467]

Voici une page où sont rassemblés les paramètres optoélectroniques de quelques
caméras que j'ai pu mesurer récemment avec mes propres moyens :

http://www.astrosurf.com/buil/cameras/index.html

Je compléterais au fur et à mesure.

Christian B

[jp-brahic 4 099]

Merci Christian pour ces données!!! comme quoi nos "vieilles CCD" ne sont pas si mal que çà finalement, les Cmos ont encore des progrés à faire il semblerait

[christian viladrich 7 672]

Un grand merci Christian pour ces mesures !

[cbuil 3 467]

Si en imagerie planétaire, le faible bruit et la vélocité des caméras CMOS fait merveille, de
fait elles n'égalent pas les caméras CCD en ciel profond à cause du rendement quantique et
de la présence d'un bruit non gaussien (et aussi de la faible dynamique)

Cela ne veux pas dire que l'on ne peut faire du ciel profond avec les CMOS
du genre de ceux monté dans les ZWO (d'autant plus que le refroidissement est ici particulièrement
bien fait) - il y a plein d'exemples de belles images d'objets faibles faites avec. Mais on ne se rend souvent
pas bien compte que les temps de pose sont alors vraiment très long, et qu'en fait, avec une
bonne caméra CCD, on obtient finalement le même résultat en 2 ou 3 fois moins de temps. C'est moyen
du coté de l'efficacité d'observation.

Encore aujourd'hui, avec les CMOS il faut faire preuve d'une certaine patience en CP !

Christian B

[chonum 976]

C'est surtout que les capteurs de "grande taille" que l'on utilise sont la base prévus pour du panchromatique avec une réponse physiologique (capteurs photo), et donc n'ont pas une sensibilité étendue en R/IR.

Par contre si vous essayez un IMX290 Starvis ExmorR, je pense que beaucoup de CCD seront largués.

[cbuil 3 467]

J'ai une ASI290MM, évaluation programmée. On verra...

[Lucien 11 292]

Bonjour Christian,

Pour le bruit impulsionnel de l'ASI178MMC utilisée à très fort gain,
il se pourrait sur le spectre qu'il disparaisse(son effet) si les temps de poses unitaires étaient identiques ?

Ceci oblige à réduire fortement le Gain et on regagnerait alors en dynamique aussi.
Ok, ce ne serait plus une utilisation en caméra rapide, à très faible flux.

Lucien

[lyl 4 485]

Rien à voir avec l'astro, mais pour équivalence, un ami a installé une caméra de surveillance nuit/jour FOSCAM FI9900EP qui contient l'IMX290 et une illumination infra-rouge en PoE (moins de 12W)
Vu les enregistrements, c'est à tomber par terre : Full HD 30img/s, grand champ et une dizaine de mètres de portée. Compression temps réel en H264 par circuit dédié.

[Ce message a été modifié par lyl (Édité le 08-07-2017).]

[Cavadore 125]

Super ->>>
http://www.astrosurf.com/buil/cameras/index.html

le Kaf 3200 entre 400nm et 500nm, bien, haut.

Conforme a la datasheet.

C'est dommage qu'on voit pas plus d'images avec ce capteur.

Cyril

[Lucien 11 292]

Bonjour Cyril,

Oui "l’ancêtre" a encore des atout.
Le principal est la grande dynamique : quand on voit le gain inverse : > 1e/ADU.
Cependant on fausse un peu la comparaison en la comparant à celle des petits capteurs utilisés à fort Gain.
En baissant le gain on regagne de la dynamique sans égaler les 70000e il est vrai.
Le bruit de lecture est plutôt fort avec environ 12e.
C'est le capteur vraiment taillé pour les poses longues.

Sinon, dans les courbes de sensibilité, il y a une grande difference par rapport aux données constructeur du 1600MM :

A 400 nm par rapport au pic de sensibilité maximale on a :
60% --> 15% contre 100% --> 55% !

C'est un écart plus que du simple au double à 400nm.
Cela pourrait s'expliquer avec le capteur Bayer par un Gain plus élevé du canal bleu.
Néanmoins ici il s'agit des courbes de la version monochrome.

Lucien

[Cavadore 125]

Attention, il me semble que tu compares des courbes de QE relatif et absolu.

Je reve de voir des courbes de QE de
- IMX178
- IMX174
- IMX290

Noir et blanc :-)

Merci

[Ce message a été modifié par Cavadore (Édité le 08-07-2017).]

[Lucien 11 292]

Oui Cyril,

mais je compare des valeurs relatives dans les deux cas.

J'ai la seconde courbe où le 400nm est deux fois plus faible que le maxi,
par rapport à la première où le 400nm est quatre fois plus faible.

Si quelqu'un a une explication.

Lucien

[Lucien 11 292]

La courbe du QE absolu de l'ASI174MM est sur le site ZWO.
Il plafonne à 77% à 500nm.

Lucien

[cbuil 3 467]

Lucien, j'ai refait les mesures des ASI1600MM et ASI1600MC suivant le même
protocole que précédemment, mais en utilisant cette fois un spectrographe LISA
pour l'évaluation du rendement quantique spectral. Ce spectrographe est plus facile
a utiliser et précis (moins de fond parasite, ...) que le Lhires III exploité précédemment.
Cela reste malgré tout des mesures délicates, mais je rode les choses et je fixe l'équipement !

Le résultat des courses est que j'avais effectivement une sous-évaluation sensible du rendement
dans le bleu du Panasonic qui équipe les ASI1600. Voici la nouvelle courbe mesurée
(j'ai mis à jour ma page) :

Je trouve en gros la ratio que tu avais calculé.

Je me suis aussi attaqué au IMX290... et là c'est le choc. La magie de l'éclairement par l'arrière et le
savoir faire de Sony ont frappé. Sauf erreur, je trouve vers 550 nm un rendement quantique
qui atteint 80%. C'est tout de même assez délirant quant on pense
à la petite taille des pixels (2.9 microns). On atteint la performance du vénérable KAF-3200, mais
avec en plus, un bruit de lecture de 1 électron seulement, que je confirme à 40 dB. Diantre.
Voici la courbe en l'état :

Notez que le domaine spectral est restreint. Cela vient de la petite taille relative du IMX290
et des caractéristiques du spectrographe LISA. Je prévois d'étendre le domaine couvert ultérieurement (je soupçonne un rendement proche de 45% vers 400 nm !).

Ce résultat m'a interpelé car il change le point de vu (en spectro en particulier,
mon thème de prédilection). Il faut prendre cela avec prudence. Ill est difficile de trouver
des mesures sur ce composant sur le Web. La truc qui me rassure est
cet extrait d'une présentation Sony :

On y voit l'équivalent du rendement quantique de divers capteur et effectivement, le IMX290 qui
explose tout avec un gros facteur par rapport à un IMX178 par exemple, ce qui est assez cohérent avec mon résultat.

Christian Buil

[Ce message a été modifié par cbuil (Édité le 09-07-2017).]

[lyl 4 485]

Super ton boulot Christian, merci pour le retour sur l'IMX290, ... pas que pour des raisons astro.
Myriam

[Lucien 11 292]

Merci Christian !

Je viens de recevoir l'ASI290MM en version non refroidie.
Avec les pixels déviants du CMOS, en très faible flux il faudra pratiquer des temps de pose unitaires qui malheureusement vont se rapprocher des CCD traditionnels.

C'est surtout le bruit impulsionnel qui empêche de trop fractionner les poses en très faible flux.
Et surtout si celui-ci a une position fixe sur la série d'images : dithering, dérive à assurer !

Je pense que les spectres que tu avais obtenus avec l'ASI1600MMC (18x10 secondes contre l'ATIK460Ex (3 fois 60 secondes),
seraient superposables en ajustant des poses identiques au CCD (3 fois 60 secondes).

Lucien

[jeffbax 7 359]

Merci Christian pour les mesures de la 290.

Ton résultat confirme mon choix. Depuis quelques mois maintenant je me suis arrêté sur ce capteur, après en avoir testé plusieurs.

Il sort véritablement du lot. Il y a juste ce format 16/9e qui pose parfois des pbs de cadrage, mais on s'y fait.

JF

[exaxe17 5 753]

merci pour ce partage! et que donne ce capteur (le 290mm) dans le domaine de l'infrarouge un peu plus profond (IR1000)?
Stephane

[Lucien 11 292]

Stéphane,

Pas de soucis pour cette petite 290mm.
Aussi bien dans l'uv que dans l'infrarouge 1000 nm, c'est la meilleure des réponses de toutes les ZWO.
Ah si on pouvait disposer de ce capteur refroidi avec des pixels de 6 à 8 microns, je sors la carte bancaire de suite.
Uranus ça va être du gâteau.

Lucien

[cbuil 3 467]

Une actualisation de mes mesures sur les caméras. J'ai opté pour une méthode complémentaire
visant a utiliser des filtres étroits pour relever le rendement quantique pour consolider les résultats, mais toujours avec une marge d'erreur de 10% typique.
ASI178 ajoutée + mesures IR

Paramètres généraux :

Et le rendement quantique :

Noter le bon comportement de la ASI290MM comme déjà souligné par moi et d'autres.

Une application un peu immédiate de tout ceci en spectro :

Détails techniques et résultats ici :

http://www.spectro-aras.com/forum/viewtopic.php?f=8&t=1803&p=8766#p8766

On est pas loin d'un moment de bascule...

Christian B

[Ce message a été modifié par cbuil (Édité le 17-07-2017).]