Fabrication "maison" de caméra tri-cmos ?

[Roch 1 898]

Bonjour,

 

Voici un projet que j'ai en tête depuis belle lurette et que je pourrais trouver le temps  de concrétiser dans les mois à venir.

 

Cependant, avant d'écrire un roman sur le sujet, j'aimerais savoir si vous pensez que ce genre de chose est réalisable,

donc je vais faire un petit résumé de mes idées pour le moment

 

Pour ceux qui ne savent pas ce qu'est une caméra tri-cmos, je leur suggère un peu de recherche faute d'en comprendre l'intérêt mais pour résumer rapidement, une caméra tri-capteur permettrait d'obtenir une image couleur sans perte de lumière, contrairement à tout ce qui se fait actuellement. On aurait donc un dispositif environ 3 fois plus sensible que toute caméra couleur "classique"

 

L'idée de base est de partir de trois caméras cmos existant dans le commerce, et créer notre caméra tri-cmos en les assemblant dans un grand bazar biscornu.

 

Imager derrière un newton impose un cahier des charges assez serré

Comme le backfocus en bout de correcteur de champ est limité, le capteur utilisé doit être de taille réduite et le moins loin possible du bord de la caméra. Enfin, le poids est également un critère important, car tout est multiplié par 3

 

Je possède une qhy5III290M, et elle répond bien à ce cahier des charges ; ça peut donc me permettre de tester un éventuel bazar avant d'investir dans deux caméras supplémentaires

Le capteur est à 12mm du bord au minimum ( on peut même réduire encore cette distance en dévissant la vitre avant ) et le capteur ne mesure que 5.5mm de large. Enfin, elle pèse moins de 100g.

Autre élément important pour la suite, elle est au courant 31.75mm...

 

J'ai réfléchi un peu au système de séparation des couleurs, c'est pour le moment le point faible dans mes connaissances mais je compte bien y remédier le plus vite possible

Les rares caméras tri-cmos du commerce existantes utilisent un design à base de prismes. Peut être est-ce ma méconnaissance qui parle, mais il me semble délicat de me procurer ( ou de fabriquer ) ce genre de chose pour qu'il soit parfaitement adapté à mes besoins.

Cependant, un design utilisant deux filtres dichroïques me semble réalisable plus facilement.

 

Si mes calculs sont bons, dans l'idée d'un tube ouvert à f4, on peut faire rentrer le système de filtres dans un chemin optique de 40mm tout en conservant l'illumination complète des capteurs. Cependant, il faut réussir à se procurer ( découper ? ) des filtres adaptés ( forme rectangulaire et taille précise )

 

L'alignement des 3 capteur en largeur/longueur ne me paraît pas être un problème ; même s'il y a un décalage de quelques pixels ce n'est pas bien grave puisque après un petit alignement, tout rentre  dans l'ordre. Une pièce bien usinée fournira quelque chose de suffisant à ce niveau.

Idem en ce qui concerne le tilt... Peu de risque avec des caméras de si faible poids et résolution si la pièce maîtresse est bien faite.

 

Un autre problème réside cependant dans la tolérance de mise au point ; les capteurs doivent être positionnés dans une fourchette de 10 microns environ. Du coup, un design statique me semble à éviter... En imaginant une sortie vissante devant chaque caméra, on aura une différence bien trop importante selon le serrage par exemple.

Donc une solution me paraissant possible est d'ajouter deux mini porte-oculaires coulant 31.75 sur deux des trois sorties ( la troisième étant gérée par le porte oculaire de base )

L'allongement induit ne pose pas de problème puisque la caméra rentre dans le porte oculaire.

Nouveau problème : trouver ( ou fabriquer ) le PO adapté ( très léger, coulant 31.75 seulement et tirage très court ; quelques mm suffisent )

 

Enfin, pour assembler le tout dans une structure solide, l'impression 3d métal me semble être intéressante... Mais je n'en suis pas encore là.

 

Donc pour le moment rien de complètement déterminé, mais justement ! Avant de trop me lancer dans un truc foireux, j'aimerais recueillir vos avis

 

- Des filtres dichroïques "classiques" sont-ils optiquement adaptés à notre usage astro ?

- Un filtre dichroïque prévu pour fonctionner avec l'arrivée du rayon incident à 45° peut-il se comporter suffisamment bien face aux des rayons obliques sortant de nos caméras ? ( À f4, inclinaison maximale des rayons d'environ 8° de part et d'autre )

- Qu'est-ce que j'ai oublié de super important qui va tout faire rater ?

 

Je suis évidemment ouvert à toute suggestion ou remarque !

 

Bonne journée

 

Romain

 

Modifié 12 mars 2019 par Roch

[PETIT OURS 24 618]

bonjour et bravo  .... 

[ngc_7000 125]

salut

tu veux dire quoi par :

"une caméra tri-capteur permettrait d'obtenir une image couleur sans perte de lumière"

En divisant le faisceau par 3 , il y aura 3 fois de lumière sur les 3 capteurs.

 

ajout :

Ce qui en astro, est fortement pénalisant .

Modifié 12 mars 2019 par ngc_7000

[messier63 5 102]

Sacré projet! !!

Bon courage.

Jérôme

[Roch 1 898]

il y a 10 minutes, ngc_7000 a dit :

salut

tu veux dire quoi par :

"une caméra tri-capteur permettrait d'obtenir une image couleur sans perte de lumière"

En divisant le faisceau par 3 , il y aura 3 fois de lumière sur les 3 capteurs.

 

Sur une caméra à matrice de bayer, les deux tiers de la lumière arrivant sur un pixel sont réfléchis par le filtre. On a donc 66% de lumière entrante dans le tube inutilisée. ( En gros )

Sur une caméra tri-cmos la lumière est séparée en trois avant d'arriver aux capteurs ; un capteur s'occupant du rouge, l'autre du vert, l'autre du bleu et rien n'est réfléchi.

Donc on a un système en gros 3 fois plus efficace.

 

Modifié 12 mars 2019 par Roch

[PETIT OURS 24 618]

génial ce post, bravo  .... 

la puissance du noir et blanc et en couleurs  ... 

[ngc_7000 125]

je vois pas trop le gain par rapport a un système traditionnel . filtre interférentiel et camera N/B en faisant 3 prises .

Dans ta démonstration , ça reviens a comparer une camera couleur avec une camera NB . Évidement la couleur est pénalisé pas ses filtres (mauvais rendement // interférentiel) .

Mais en divisant le faisceau en trois tu vas être obliger de poser 3 fois plus qu'une camera NB en "direct" ; sinon l'image sera plus dans le bruit !

De plus , ça coute 3 fois plus cher !

 

Modifié 12 mars 2019 par ngc_7000

[exaxe17 5 747]

Salut Romain 

Tu as regardé sur e-bay ,les caméras endoscopiques tri-ccd?

Tu pourrais récupérer le miroir pour séparer ton flux , de plus chaque facette est filtrée ... 

https://books.google.fr/books?id=NRcAkEviQr8C&pg=PA8&lpg=PA8&dq=prisme+pour+camera+triccd&source=bl&ots=I00pqbXjbg&sig=ACfU3U36TWLGM3B15Uj5RbdiEoVPd0MHMA&hl=fr&sa=X&ved=2ahUKEwiYmICJ9vzgAhUK3OAKHRwNCAoQ6AEwAHoECAcQAQ

Modifié 12 mars 2019 par exaxe17

[Roch 1 898]

il y a 15 minutes, ngc_7000 a dit :

je vois pas trop le gain par rapport a un système traditionnelle . filtre interférentielle et camera N/B en faisant 3 prises .

Dans ta démonstration , ça reviens a comparer une camera couleur avec une camera NB . Évidement la couleur est pénalisé pas ses filtres (mauvais rendement // interférentiel) .

Mais en divisant le faisceau en trois tu vas être obliger de poser 3 fois plus qu'une camera NB en "direct" ; sinon l'image sera plus dans le bruit !

De plus , ça coute 3 fois plus cher !

 

Si tu utilises des filtres pour la couleur, c'est pareil, 66% de ton faisceau lumineux sera renvoyé par le filtre.

Je n'obtiendrai pas une image comportant plus de signal qu'une caméra n&b, mais j'aurai une image couleur utilisant tout le signal de mon image n&b. Contrairement aux procédés de colorisation classiques qui n'en utilisent que 33%

 

Si tu préfères le n&b évidemment cela n'a aucun intérêt. Mais à partir du moment où tu veux faire de la couleur, c'est utile, et ce n'est plus à prouver

 

Et effectivement, c'est 3x plus cher et ça ajoute pas mal de contraintes ( notamment de taille de capteur ), ce qui explique l'absence de ce système dans des appareils grand public. Cependant il existe quelques caméscopes haut de gamme qui fonctionnent avec ce procédé...

 

Romain

 

Modifié 12 mars 2019 par Roch

[lyl 4 481]

en tri ?

triple beam splitter : cf https://en.wikipedia.org/wiki/Three-CCD_camera

 

[ngc_7000 125]

"Si tu utilises des filtres pour la couleur, c'est pareil, 66% de ton faisceau lumineux sera renvoyé par le filtre."

C'est la ou il y a erreur

Les filtres interférentiels sont ~ 95%

https://www.astronomik.com/en/fotografische-farbfilter-photographic-color-filters/deep-sky-rgb-colour-filter.html?___store=en

 

Modifié 12 mars 2019 par ngc_7000

[Roch 1 898]

Je parle pour une utilisation en lumière "naturelle" ; ceci dit même en interférentiel on peut y voir un gain. Quand tu shootes en H-alpha, le signal oIII est perdu que je sache

Avec un système similaire tu pourrais récupérer les deux en même temps.

[Roch 1 898]

il y a 14 minutes, exaxe17 a dit :

Salut Romain 

Tu as regardé sur e-bay ,les caméras endoscopiques tri-ccd?

Tu pourrais récupérer le miroir pour séparer ton flux , de plus chaque facette est filtrée ... 

 

J'y ai pensé oui, il y a un caméscope tri-ccd relativement bon marché qui existait dans les années 2005-2010, je pourrais en récupérer un à bas prix et récupérer le bloc optique

Mais ce qui me fait peur, c'est la proximité prisme-capteur... Pas sûr que je puisse adapter la chose

[Roch 1 898]

Merci lyl

C'est donc ça qu'il me faut, un "triple beam splitter"

 

Avoir 3 instruments, ça fonctionne aussi, mais si le prix de l'instrument est largement supérieur au prix de la caméra, un système tri-cmos est bien plus rentable

( Sans même parler de monture et d'encombrement )

Modifié 12 mars 2019 par Roch

[exaxe17 5 747]

J'ai vu que c'était au micron pres... 

Albéric avait lancé un sujet sur webastro sur les caméras triccd, il y a quelques liens intéressants ?...

[lyl 4 481]

tu as des beam-splitter asymétrique pour mettre en tête si tu les désires et faire des sorties à 90°, mais attention au f/D

https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=754

L'avantage de ceux des caméras c'est leur back-focus plus uniforme et l'intégration du filtre

Modifié 12 mars 2019 par lyl

[Roch 1 898]

il y a 8 minutes, exaxe17 a dit :

J'ai vu que c'était au micron pres... 

Albéric avait lancé un sujet sur webastro sur les caméras triccd, il y a quelques liens intéressants ?...

Oui, je suis tombé dessus évidemment

Après c'était plus dans l'optique d'en acheter une toute faite

 

Le micron près, je pense que cela ne concerne pas une utilisation astro... Un décalage droite-gauche ou haut-bas des capteurs, même de 100 microns, reste acceptable sans trop de perte, il suffit de recaler. Le véritable on reste la map, mais gérer chaque capteur indépendamment me semble la meilleure solution.

 

Tu as vu ça où ?

 

Lyl merci pour tous ces liens... Je détaillerai ça plus tard.

Modifié 12 mars 2019 par Roch

[ngc_7000 125]

"Je parle pour une utilisation en lumière "naturelle" ; ceci dit même en interférentiel on peut y voir un gain."

Le lien est pour du "visuel" rgb

 

Quand tu shootes en H-alpha, le signal oIII est perdu que je sache

Avec un système similaire tu pourrais récupérer les deux en même temps.

 

oui mais avec 3 fois moins de signal . Tu as déjà oublié que le faisceau était divisé par trois !!

 

En faite le Tri-ccd  , c'est bien pour la vidéo (Concept initial)

ça a été fait pour éviter la perte de résolution avec les premières ccd. Plus trop , d'actualité.(sauf pour les pro)

 

Modifié 12 mars 2019 par ngc_7000

[Roch 1 898]

Non.

 

Le principe du tri-capteur c'est de rediriger 100% du signal d'une couleur vers chaque capteur. Si tu fais la somme des signaux reçus sur tes trois capteurs, tu obtiens le signal initial. ( Moins quelques pourcents inévitables dus aux filtres )

Un capteur récupèrera tout le signal R, un autre tout le signal V, et un dernier tout le signal B.

 

Donc tu peux très bien imaginer un système pour récupérer TOUT le signal Halpha sur un capteur et tout le signal oIII sur un autre. ( même si les filtres interférentiels induisent des complications supplémentaires. )

 

Le frein au développement est avant tout le prix et la taille des capteurs utilisables. Dés qu'on a su faire des capteurs 4/3 ou aps-c, on a préféré ceux-là, inadaptables en tri-cmos dans un tirage maxi de 45mm de long.

 

Modifié 12 mars 2019 par Roch

[ngc_7000 125]

Quand le faisceau passe dans le prisme , le flux est diviser par 3 .

Tu n’envoies qu'un tiers du flux sur les capteurs (ou filtre). CQFD

 

Modifié 12 mars 2019 par ngc_7000

[Roch 1 898]

Bon c'est le dernier message te répondant que j'écris, si tu veux on continue en mp

Oui tu divises par 3. 100% du rouge constituent 1/3 de lumière visible, puisque tu évacues le vert et le bleu qui en constituent 2/3.

CQFD 

 

Modifié 12 mars 2019 par Roch

[chonum 976]

Surplushed a des prismes trichroiques en ce moment. Et sinon un filtre triad?

[christian viladrich 7 670]

Comme les copains, le raisonnement de base dans sa formulation n'est pas complètement exact ;-)

En fait, dans un matrice Bayer chaque pixel (rouge, vert, bleu), reçoit bien 100% de la lumière dans la couleur associée (rouge, vert, bleu), au coefficient de transmission du filtre près.

Pour autant, avec un séparateur et trois capteurs, on se retrouve avec une plus grande résolution puisque pour chaque pixel de l'image, on a bien l'information sur les trois couleurs disponibles (car on a trois capteurs). On n'a pas besoin de faire l'interpolation entre pixels adjacent comme dans le cas d'une matrice bayer.

On a donc avant tout un gain en résolution. Pas trop en détection (même si l'amélioration de la résolution permet d'améliorer la détection). Dans tous les cas, cela ne retire rien à l'intérêt de la chose ;-)

Ça existe dans les caméras vidéo pro. Comme dit Fred, on doit pouvoir mettre la main sur des prismes tricho. Faut faire ensuite un peu de mécanique pour avoir la map sur les trois capteurs en même temps.

 

 

 

[Chris277 581]

D'accord avec Christian. Et j'ai envie d'ajouter que par rapport à une monochrome qui veut faire du RVB, et bien on divise aussi le temps occupé à l'acquisition  par 3 puisqu'on fait les couches R, V et B (ou autre ) en une fois en profitant de la pleine résolution des capteurs. Ces 2 points sont les 2 avantages du dispositifs, le premier sur la caméra monochrome et le second le capteur couleur

Modifié 12 mars 2019 par Chris277

[Roch 1 898]

Vous allez finir par me mettre le doute...

Mais je suis assez sûr de moi là dessus. Donc reprenons, trouvez une faille à mon raisonnement ci-après :


Dans une matrice de bayer, certes un pixel rouge reçoit 100% de la lumière rouge. Néanmoins seul un pixel sur quatre est rouge, ce qui implique que 75% du flux "rouge" total est inutilisé. ( c'est bien pour ça qu'une matrice de bayer est naze en H-Alpha )
En faisant du RVB clasique, certes 100% du signal rouge est récupéré lorsqu'on utilise notre filtre rouge, mais on n'utilisera celui-ci que 33% du temps total. les 66% du temps restants, le flux rouge sera perdu.

Dans un bon système tri-capteur, les flux Rouge, Vert et Bleu sont séparés à l'entrée et redirigés, chacun et séparément des autres, vers un capteur. On utilise donc 100% du flux rouge, et ce en permanence, comme pour le flux des autres couleurs.

Peut être existe-t-il des système tri-capteur "idiots" qui séparent effectivement la lumière blanche en trois faisceaux blancs "égaux". Auquel cas c'est effectivement inutile de rajouter un filtre à chaque sortie et de récupérer des couches RVB par ce procédé ; on ne gagne plus alors que sur l'aspect "résolution" dont parle @christian viladrich, mais dans ce cas autant faire du mono avec roue à filtre.

Mais en utilisant des filtres dichroïques ( comme ici par exemple : http://fr.hypoptics.com/components/filters/dichroic-filter.html ) une partie du spectre est transmise par le filtre et l'autre partie réfléchie par celui-ci ; l'idée étant de récupérer les deux côtés. Le faisceau réfracté contiendra 100% de l'info rouge et 0% de l'info bleu+vert ; le faisceau réfléchi contiendra 0% de l'info rouge et 100% de l'info bleu+vert.
Il suffit de répéter une deuxième fois l'opération avec un filtre adapté à la séparation bleu/vert, et on séparera efficacement notre faisceau d'entrée en trois sorties RVB sans aucune perte.



Là ou je ne suis pas sûr, c'est par exemple, si ce genre de filtre a une qualité suffisante pour être utilisé en mode "réflexion" en astronomie ( puisqu'on n'utilise habituellement que la réfraction ) et si un angle incident du faisceau entrant assez variable pose des problèmes.


@lyl, si je ne me trompe pas, dans ton dernier lien, ce sont des cubes qui séparent la lumière blanche en deux sorties de lumière blanche ; ce n'est pas dichroïque donc inutile pour mon bazar ( ou alors je n'ai pas trouvé ? )

Romain

Modifié 12 mars 2019 par Roch