Binning cmos/ccd

[JML 1 104]

Bonjour,

J' aimerais en savoir un peu plus sur le sujet...

Faire un binning 2x2 ça veut dire doubler les dimensions de chaque pixel et multiplier sa surface par 4.

Si j' ai bien compris, de la sorte on n' augmente pas sa sensibilité ( efficience quantique, cad son efficacité à transformer les photons en électrons  ? )mais on élève son seuil de saturation ( full capacity ? ). ça veut dire qu' on peut poser plus longtemps avant qu' il ne sature et donc lui faire accumuler dedans plus de photons. Un peu comme un seau de petit diamètre à coté d' un autre de grand diamètre sous la pluie: le petit seau sera rapidement plein et on aura beau le laisser encore sous la pluie on ne récoltera pas plus d' eau, contrairement au grand seau qui lui demandera plus de temps pour se remplir mais récoltera plus d' eau. J' ai bien compris ?

En binning 2x2 on divise la résolution par 2. Oui mais avec mon asi 290mm, quand je fais un binning, dans les propriétés de l' image j' ai toujours 1936x1096. Curieux non ?

Donc avec mon cmos, quand je fais un binning qu' est ce que je fais ? J' augmente simplement le gain ?

Quelles sont vos réflexions et réponses ?

Bien amicalement

Jean Marc

[Roch 1 898]

Il y a 12 heures, JML a dit :

ça veut dire qu' on peut poser plus longtemps avant qu' il ne sature et donc lui faire accumuler dedans plus de photons. Un peu comme un seau de petit diamètre à coté d' un autre de grand diamètre sous la pluie: le petit seau sera rapidement plein et on aura beau le laisser encore sous la pluie on ne récoltera pas plus d' eau, contrairement au grand seau qui lui demandera plus de temps pour se remplir mais récoltera plus d' eau. J' ai bien compris

 

En fait, non

 

C'est même plutôt le contraire, en tout cas sur une ccd ; ton seau ( pixel ) a toujours la même capacité ( volume ), mais l'entonnoir juste au dessus est 2 fois plus large, il se remplira donc 4 fois plus vite.

 

Sur un cmos c'est un peu différent ; le binning va faire une moyenne de tes 4 pixels donc ils seront remplis aussi rapidement.

 

Cependant le binning sur un cmos est inutile à l'acquisition ; on peut toujours le faire après au traitement si besoin, cela reviendra exactement au même ( binning logiciel ) donc le seul scénario ou ça peut être intéressant c'est si ton espace de stockage est trop faible.

 

En CCD et là seulement, le binning apporte un avantage puisque le bruit ( signal parasite ) n'augmente pas par rapport à un "non binning", comme tu récupères le signal 4 fois plus vite, tu multiplies donc ton rapport signal / bruit par 4.

En CMOS ce n'est pas le cas, le bruit de ton "super pixel" est équivalent à l'addition des quatre bruits de chaque pixel.

 

Si je reprends ton analogie, le bruit c'est l'incertitude de mesure de la quantité d'eau ; comme le ccd ne fait la mesure qu'une fois alors que le cmos n'a pas cette fonction et doit faire la moyenne de 4 mesures pour trouver la valeur finale, le ccd sera plus précis.

 

Romain

Modifié 15 septembre 2019 par Roch

[messier63 5 102]

Oui il reste au moins ça à l'avantage des ccd ;-)

jérôme

[Roch 1 898]

Il y a 5 heures, messier63 a dit :

Oui il reste au moins ça à l'avantage des ccd ;-)

Oui... et non  car les CMOS ont un bruit de lecture plus faible  -> mesure plus précise
Donc une moyenne de quatre mesures plus précises peuvent très bien surpasser une mesure qui ne l'est pas suffisamment.

Modifié 15 septembre 2019 par Roch

[messier63 5 102]

Je vois mal, même avec un bruit de lecture faible, une cmos type IMX 455 avec 60MPixels en binning rivaliser avec un vieux Kaf 11000 en binning 2X2 sur une focale de plus de 1500 mm rivaliser en quantité de photons "absorbés "non...

jérôme

[Roch 1 898]

Il suffit de faire le calcul...
L'imx455 c'est 1.5e- de bruit de lecture environ ( voire moins à haut gain mais restons sur un gain faible )
le KAF-11000 c'est 10.5e- ; ça fait une différence d'un facteur 7

Cela signifie que les images seraient aussi bruitées avec des pixels 7 fois plus larges sur le KAF-11000

Un pixel d'imx455 mesure 3.75µ
Un pixel "basique" de KAF-11000 mesure 9µ, ce qui est 2.4 fois plus large  -> avantage imx455
Un "superpixel" de KAF-11000 en bin2 mesure 18 microns, ce qui est 4.8x plus large -> toujours avantage imx455
Un "superpixel" de KAF-11000 en bin3 mesure 27 microns, ce qui est 7.2x plus large -> résultat équivalent
Un "superpixel" de KAF-11000 en bin4 mesure 36 microns, ce qui est 9.6x plus large, là ce capteur CCD a peut-être encore son mot à dire. Cependant, en bin4, la dynamique de la CCD sera fortement réduite ; on peut donc augmenter le gain du CMOS tout en obtenant des images similaires. Comme le capteur atteint les 1.1e- de bruit de lecture au gain maximum (valeurs QHY), la CCD n'est toujours pas clairement gagnante...

Avec un CCD plus moderne cependant ( ou un CMOS moins récent ) les résultats seraient un peu plus à l'avantage de la CCD.

Modifié 15 septembre 2019 par Roch

[messier63 5 102]

Tu oublies le bruit thermique des cmos bien supérieur à celui des ccd, du coup le S/B est peut être pas aussi avantageux pour les cmos même s'ils restent devant non?

jérôme

[Roch 1 898]

Il y a 6 heures, messier63 a dit :

Tu oublies le bruit thermique des cmos bien supérieur à celui des ccd

 

Pas si tu parles de l'imx455 et surtout du KAI-11000

L'imx455 est autour de 0.005e-/s à -20°C

Le ccd est plutôt à 0.06e- pour cette même température ; encore une fois on compense sans problème le pixel plus petit.

 

On pourrait aussi parler du rendement quantique, +70% ( probable ) en faveur du cmos...

 

Ce capteur ccd n'est vraiment pas un bon exemple. En même temps il commence à sérieusement dater...

 

Romain

[Colmic 4 007]

Jérôme, depuis un petit moment tu prends un malin plaisir à vouloir à tout prix dézinguer cet IMX455 alors qu'on n'a pas encore vu la moindre image astro avec

T'as une 11k à refourguer ou quoi ?

[Chris277 581]

Il y a 10 heures, Roch a dit :

L'imx455 est autour de 0.005e-/s à -20°C

Encore mieux, Qiu a ces dernières mesures sur la qhy600 mesure 0,003e-/s@-20°C. qui dit mieux!

Christophe

[Roch 1 898]

il y a 1 minute, Chris277 a dit :

Encore mieux, Qiu a ces dernières mesures sur la qhy600 mesure 0,003e-/s@-20°C. qui dit mieux!

Christophe

 

J'ai fait une moyenne entre les valeurs QHY et ASI pour ne froisser personne

 

[messier63 5 102]

Non non je la garde, lol, et j'ai hâte de passer au cmos moi aussi mais pas celui là, avec ses pixels trop petits pour mes longues focales...

J'attends celui du futur 7SIII si pas de star eater en dessous de 30sec j'en prend un et le même en monochrome dans une caméra ça serait top mais je doute qu'un constructeur le fasse!

Moi des pixels de  ou 4 microns ça correspond vraiment pas à mes focales fétiches ou alors faudrait que je ressorte le 200 f/1,8 ;-)

jérôme

[jean dijon 1 761]

Bonjour,

pour revenir à la question de Jean Marc concernant le binning et éviter la guerre CMOS versus CCD

_Avec un CCD il y a un seul étage electronique de sortie et les charges sont transféreés ( d'ou le nom ) du pixel vers l'electronique de lecture, electronique identique pour tout les pixels. Avant l'étage de sortie il y a un registre qui récupere les charges et dans les CCD bien fait la capacité en electrons du registre de sortie est 4 fois plus grande que celle d'un pixel. On peut le faire technologiquement car ce registre est en dehors de la zone image et les "pixels" du registre peuvent etre plus gros.

D'ou en binning CCD tu additionnes les charges  et tu fais une seule lecture d'ou un rapport signal sur bruit de lecture de 4S/Bl , par ailleurs tu gagnes en dynamique un facteur 4 au détriment de la résolution qui perds un facteur 2 car ton pixel binné est deux fois plus gros.

_Avec un CMOS il y a un ampli de sortie par pixel donc il n'y a aucun moyen d'additionner les charges des pixels voisin avant de les lires donc si tu fais du binning c'est fait dans une memoire et tu as 4 fois ton signal mais uniquement 2 fois le bruit de lecture car le buit s'additionne de façon quadratique (B^2)binning =4*(Bl^2) d'ou le bruit aprés binning qui vaut 2 fois le bruit de lecture et ton rapport signal sur bruit  4S/2Bl =2 S/Bl

Donc contrairement à ce que beaucoup racconte ce n'est pas stupide de faire du binning avec un CMOS mais tu peux soit laisser l'electronique du systeme le faire et tu stockes des images 4 fois plus petites ce qui n'est pas ininteressant si tu faits des video soit le faire dans la memoire de l'ordinateur au moment du traitement.

Aprés il faut voir que le bruit ce n'est pas que le bruit de lecture surtout en longue pose, ton bruit c'est le bruit de lecture + le bruit associé au courant noir plus le bruit de photons de ton fond de ciel + le bruit de quantification (plus fort pour les CMOS car il sont souvent en 12 bits) + pour les CMOS uniquement le bruit qui provient du fait que tu as un étage d'electronique par pixel et un bruit variable d'un pixel à l'autre d'ou la necessité de faire du shifting entre tes images sinon tu as en plus un bruit fixe .

Donc chaque techno a ses avantages et ses inconvenients . Pour mon cas personnel les CMOS ont des pixels trop petis (longues focales) donc je fait du binning et je suis dans un site à forte polution lumineuse  donc la dynamique sur 12 bits me limite plus qu'avec les CCD . Par contre grace à la video la facilité d'emplois est géniale. J'espére que ces quelques explications t'aideront.

 

jean

[JML 1 104]

Salut Jean, donc même avec un cmos, en binning on améliore quand même le SNR? Surtout en poses courtes ?

 

[olivdeso 1 860]

oui mais moins que le CCD. C'est juste une addition (ou une moyenne) des 4 pixels, ce qui moyenne leur bruit. 

Donc tu n'est pas obligé de le faire à la capture du tout, mais tu peux le faire en traitement le le PC en redimensionnant l'image 2x plus petite. Avantage, tu peux faire du x2 ou un autre facteur si ca t'arange et faire des essais. alors qu'à la capture c'est figé à x2.

[jean dijon 1 761]

Il y a 14 heures, JML a dit :

Salut Jean, donc même avec un cmos, en binning on améliore quand même le SNR? Surtout en poses courtes ?

 

bonjour  jean marc

non tu ameliores toujours le RSB, les poses courtes ont un impact sur la résolution donc éventuellement sur le RSB mais cela n'a rien a voir avec le binning

 

jean