Demande de mesures sur IMX455 (important)

[cbuil 3 422]

Dans le cadre d'un potentiel programme scientifique (pro) de grande envergure où je suis emmené à réfléchir, j'ai besoin de mesures de première main sur le capteur IMX455 Sony (monochrome). Pas des données que l'on pourrait glaner ci et là sur le Web, mais des données acquises avec un protocole précis et fourniture d'images (faut pas ce planter !).

 

Si l'un d'entre-vous possède une caméra QHY600, une ASI6200MM, ... ou connait quelqu'un qui en possède une grand merci de m'informer. Vous pouvez le faire sur ce fil, ou sur mon mail :

christian.buil ---- wanadoo.fr.

 

Christian Buil

 

PS : Je vais sollicité les constructeurs, mais j'aimerais qu'il y ai une petite patte amateur dans cette affaire aussi, et puis je veux recouper.

 

 

Modifié 8 avril 2020 par cbuil

[Colmic 4 007]

Salut Christian,

Ben @Laurent51 en a une et a déjà sorti quelques images avec.

Il devrait te faire ça avec précision.

 

Son premier retour ici :

 

Sinon le post générique relatif à ce capteur :

 

[Thierry Legault 5 793]

ç'aurait été avec plaisir, mais j'attends encore la mienne (commandée peu avant que tout s'arrête...)

[Colmic 4 007]

il y a 19 minutes, Thierry Legault a dit :

ç'aurait été avec plaisir, mais j'attends encore la mienne (commandée peu avant que tout s'arrête...)

 

Pareil, la nôtre (qui doit partir chez E-Eye) est toujours bloquée...

En plus il fait beau, c'est rageant !

[ebondoux 60]

Hello Christian, 

Quand j'aurais la notre (QHY600tunning pour l'OCA) sans pb, j'ai fais une demande spéciale avec intégration d'un GPS et Lien optique et donc ça prend un peu de temps et elle est en cour de finalisation.

Bon confinement et prenez soin de vous !

 

Erick

 

 

[Laurent51 2 787]

Christian, je te contacte...

 

Laurent Bernasconi

[cbuil 3 422]

C'est tout bon, je pense que je vais avoir ce que je cherche. Génial. Merci Laurent et aussi Olivier.

 

Christian B

[bandido 278]

Il y a 14 heures, Colmic a dit :

Pareil, la nôtre (qui doit partir chez E-Eye) est toujours bloquée...

En plus il fait beau, c'est rageant !

 

Bof, chez Eeye il fait moche depuis trois semaines et pas mieux les deux prochaines! Autant la garder dans le coin quand elle arrivera.

A+

[S Ferratfiat 3]

 Bonjour Christian, Ici à l'OBP nous venons de recevoir le 6200 MMPRO, nous avons fait les premiers tests sur KPS 1 avec une lune à (98 %) à ~80° de séparation. Les données ont été publiées . Nous allons continuer à faire les tests sur la précision des mesures photométrique dans les semaines à venir. 

 

Voici la premiere mesure :

 

Je reste à votre dispo au besoin

 

Stéphane

Modifié 9 avril 2020 par S Ferratfiat

[Colmic 4 007]

Il y a 7 heures, cbuil a dit :

C'est tout bon, je pense que je vais avoir ce que je cherche. Génial. Merci Laurent et aussi Olivier.

 

Christian, tu pourras nous en faire un retour stp ?

[Laurent51 2 787]

Voila le résumé que j'ai envoyé à  Christian (il a les images en plus), et qui confirme tout ce que j'ai écrit et mesuré sur cette camera ZWO6200MMPRO.

Avec un gain de 100 (et offset de 20), le facteur de conversion est de 0.255e/adu.

Le bruit de lecture est de 1.5e.

La charge thermique est d'environ 0.89e par heure à -20°C, c'est vraiment mais vraiment pas grand-chose (j'ai une mesure précise car j'ai un offset et un noir maître réalisé à partir d'une centaine d'image).

Je ne vois pas la trace d'électroluminescence.

Un peu de bruit électronique très faible quand on regarde les offset par exemple, mais vraiment pas grand chose, surtout que c'est sur un bruit de lecture d'1.5e.

 

J'ai un ami qui a la QHY600 au Chili, je vais lui demander de faire un retour si il peut. Il faudra surement attendre quelques jours, il déménage.,

 

Un vrai régal!!!:-).

Laurent Bernasconi

[cbuil 3 422]

J'ai effectivement pu analyser les donnés aimablement transmises par Laurent, et je retrouve tout à fait les résultats de celui-ci.

 

A savoir, avec une caméra refroidie à -20C et un gain de 100 (qui permet d’enclencher le mode faible bruit du capteur) :

- Gain (réciproque) = 0,256 électron/ADU
- Bruit de lecture = 1,5 électron (inclu le bruit RTC = télégraphe)
- Taux de signal d’obscurité = 0,00025 e-/s. (Soit 0,9 e- en une heure de pose en faisant le calcul sur la moyenne dans l'image)
- Fonctionnement effectif en 16 bits (soit une capacité de charge de 17 000 électrons environ avec le gain de 100 des caméras ZWO, ou encore une dynamique de 17 000 / bruit de lecture = 17 000 / 1,5 = 11 000 (13,5 bits)).
- Aucune trace d’électroluminescence
- Quasi aucune trace de parasite significatif dans les offsets (< 0,1 e-)

Concernant, le bruit RTS, une tentative de réduction via un filtrage médian 3x3 permet d’aboutir à un bruit de 0,43 électron (on est ici à la lisière du comptage de photon !). Je me permet d'envisager un tel  filtre spatial (non linéaire) car pour l'application. envisagée, il faudra surement pratiquer l'équivalent d'un binning numérique massif, du genre 4x4 ou 5x5, car on est en régime de fort sur-échantillonnage, et du coup les artefacts du filtre sont imperceptibles alors que gain en réduction de bruit est maximal (après binning 4 X 4, l'échantillonnage est encore de 3 pixels/FWHM, ce qui est proche de l'idéal).

 

En outre, une simple somme médiane de 3 images d’offset fait tomber le bruit à 0,92 e- et une somme médiane de 5 images à 0,65 e-, avec un filtrage efficace du RTS, sans perte de résolution spatiale cette fois.

Par ailleurs QHY sur son site donne une valeur du rendement quantique QE  (noter qu’ils prennent comme référence mes propres mesures (!) donc si je me suis trompé, tout le monde ce trompe (!!, mais je ne crois pas ;-)) :

https://www.qhyccd.com/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=23&id=261

On peut considérer raisonnablement :

QE = 85% à 5000 A
QE = 70% à 6563 A

 

(c'est un rendement qui prend en compte la présence du hublot  d'entrée de la caméra et de la fenêtre du CMOS, c'est donc un QE camera (et pas capteur, qui doit être encore un peu supérieur). 

Le temps de lecture sous Prism communiqué par Laurent est de l’ordre de 5 secondes pour un format d'image de 9576 x 6388 pixels faisant 3,76 microns (en USB2).

En synthèse : oui vraiment, c'est exceptionnellement bon. Globalement, c'est le capteur de la maturité, certes couteux, mais bien moins que les CCD équivalents en taille, et avec des performances supérieures à tous les CCD accessibles aux amateurs.

 

Les seuls bémols sont connus : (1) un pixel " à priori "  trop petit pour un certain nombre d'utilisation qui font intervenir de gros télescopes, (2) ce fichu bruit lélégraphe (points en surintensité, baladeurs mais tout de même pas monstrueux), qui ne gènent pas les observateurs qui empiles des centaines d'images, mais qui gène les observateurs qui veulent absolument bénéficier du faible bruit, en faisant très peu de poses - pouvant durer chacune 15 à 30 minutes (!) - alors que le bruit de photon est lui-même quasi nul (c'est le cas en spectrographie, par exemple).

 

A vrai dire, les deux défauts (1) et (2) mis cote à cote deviennent des avantages : un sur-échantillonnage (car petits pixels)  autorise un filtrage spatial algorithmique de ces images CMOS, sans dégradation de la finesse de l'image finale (binnée), mais avec un niveau de bruit qui est divisé par deux ou trois, et là... c'est encore plus exceptionnel. Par exemple, en jouant correctement sur les paramètres de l'instrument et du traitement, il est possible avec l'IMX455 d'avoir l'équivalent d'un pixel de 11,3 microns de coté (après binning numérique) avec un bruit de lecture de 1,3 électron seulement.  

 

Avis donc aux utilisateurs de gros télescopes (des 400 mm, des 500 mm, ...) qui rechignent à utiliser des capteurs ayant de si petits pixels --> ce type de traitement et ce mode d'exploitation, c'est aussi cela la révolution CMOS (en attendant de pouvoir disposer de capteurs à gros pixels à un prix raisonnable pour ces observateurs spécifiquement, et à condition bien sur que le bruit intrinsèque très faible du capteur ne soit pas ruiné par un fond trop lumineux --- ce qui n''est pas le cas en imagerie à bande spectrale étroite, à temps de pose  bref ou encore, en spectrographie).

 

Christian Buil

 

Modifié 12 avril 2020 par cbuil

[RaphaelN 40]

Merci pour ce retour très intéressant !

Je vais me lancer dans l'achat de ce capteur pour remplacer ma Moravian G2-4000 qui est en panne.

[Thierry Legault 5 793]

Il y a 8 heures, cbuil a dit :

Avis donc aux utilisateurs de gros télescopes (des 400 mm, des 500 mm, ...) qui rechignent à utiliser des capteurs ayant de si petits pixels --> ce type de traitement et ce mode d'exploitation, c'est aussi cela la révolution CMOS

 

ça fait du bien de lire ça

 

Je m'y perds juste un peu dans les chiffres des uns et des autres

 

Il y a 8 heures, cbuil a dit :

A savoir, avec une caméra refroidie à -20C et un gain de 100 (qui permet d’enclencher le mode faible bruit du capteur) :

 

gain 100 c'est à dire tout à droite des courbes ici ?

https://www.qhyccd.com/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=94&id=55&cut=1

 

Tu es en quel mode : 0, 1 ou 2 ?

 

Il y a 8 heures, cbuil a dit :

Fonctionnement effectif en 16 bits (soit une dynamique de 110 000 électrons avec le gain de 100)

 

Les courbes QHY donnent 85000 en modes 0 et 2 et 50000 en mode 1, par contre tout ça à gain mini et non 100.

Ca fait des dynamiques entre 13 et 14 stops, à gain mini également (et bien moins à gain 100)

 

Quant aux courbes ZWO, elles donnent 51000 à gain mini et à peu près 20000 à gain 100 : https://astronomy-imaging-camera.com/product/asi6200mm-pro-mono

[Laurent51 2 787]

Salut Thierry,  @Thierry Legault

 

C'est le test sur une ZWO, pas une QHY, donc ça ne fonctionne pas de la même manière. Pour t'y retrouver, il faut regarder les courbes de ZWO.

Déjà chez ZWO, il n'y a pas 3 modes de fonctionnement mais 1 seul mode.

C'est sur cette page: https://astronomy-imaging-camera.com/product/asi6200mm-pro-mono

Le gain de 100 que j’appellerai gain software, correspond a un gain de 0.256e/adu.

 

Le mode le plus proche entre les deux cameras semble être le mode 1, mais le gain en e/adu n'est quand même pas identique.

 

Par contre le coté dynamique, j'ai envoyé un mail a Christian, car je ne comprend pas son calcul.

Pour moi, pour le réglage du gain à 100 le nombre maxi d'electron dans un pixel est de 0.256*(65535-200)=16726 électrons.

 

Coté vitesse de lecture, je rajoute la vitesse en mode USB3, que j'ai mesuré à 2.2 images par sec.

 

Mais bon, au final, c'est un truc exceptionnel ce capteur. moi j’adore!! 

 

Laurent Bernasconi

Modifié 12 avril 2020 par Laurent51

[cbuil 3 422]

Mon chiffre de 110000 est totalement farfelu (un zéro c'est glissé). C 'est au point que je me suis permis de corriger dans le texte. Le résultat en capacité de charge est bien de 17000, soit une dynamique (si on considère un bruit de 1,5 électron de) 17000 / 1.5 = 11000 environ (en gros 13,5 bits).

 

Ici réside une différence avec les CCD, qui eux travaille à un gain bien moins élevé (rappel : le vrai gain devrait s'exprimer en ADU / électron - mais il est devenu classique d'afficher le gain inverse (ou réciproque en électron/ADU), et qui affichent donc des capacité de charges nettement plus élevées. Mais le CMOS ce rattrape un peu en terme de dynamique en offrant un bruit de lecture plus faible.

 

Désolé Thierry L. pour la confusion que j'ai généré.

 

Christian Buil

Modifié 12 avril 2020 par cbuil

[Thierry Legault 5 793]

il y a 46 minutes, cbuil a dit :

Désolé Thierry L. pour la confusion que j'ai généré.

 

ne sois pas désolé et merci pour ces mesures et tout ce que tu fais !

[Roch 1 898]

Merci pour cette analyse qui confirme bien ce que je pensais de ce capteur

 

Un point que je n'ai pas totalement compris :

 

Il y a 16 heures, cbuil a dit :

Par exemple, en jouant correctement sur les paramètres de l'instrument et du traitement, il est possible avec l'IMX455 d'avoir l'équivalent d'un pixel de 11,3 microns de coté (après binning numérique) avec un bruit de lecture de 1,3 électron seulement. 

 

Tu peux détailler un peu la méthode ?

En théorie, après un binning x3, le bruit devrait être 3 fois plus élevé, non ? Donc comment passes-tu de 4.5e- à 1.3e- ?

Edit : En fait j'ai compris je crois... c'est après le filtrage médian 3x3 mentionné plus haut, puis binning x3 ?

 

Concernant le bruit télégraphe, ce que j'ai remarqué sur mon capteur ( imx290 ) c'est que certains pixels y sont beaucoup plus sensibles que d'autres. Je me demande s'il serait possible de faire une sorte de "carte" du capteur en utilisant un grand nombre d'offset, afin de mesurer l'écart-type de chaque pixel et ainsi pouvoir assigner à chaque pixel un genre de "coefficient de fiabilité".

Avec un système adapté au facteur de suréchantillonnage, on pourrait ainsi déterminer une probabilité pour certaines valeurs aberrantes, et évacuer ou interpoler en conséquence pour rendre les brutes plus propres et améliorer le RSB global

Non ?

 

Romain

Modifié 12 avril 2020 par Roch

[Chris277 581]

@Roch, c'est pas justement un des intérêts du dithering en photo générale ? Et merci Christian pour ces mesures… J'épargne en conséquence lol

Modifié 12 avril 2020 par Chris277

[cbuil 3 422]

Roch, je pense que tu as vu où je voulais en venir.

 

Si on binne 3 x 3 de façon standard le bruit monte à 4,5 e-,  on est d'accord.

 

Mais on peut ajouter une couche de traitement préalable à condition que l'image soit assez fortement sur-échantillonnée, disons de 6 pixels / FWHM ou plus lorsqu'il est question de l'image apparente des étoiles. Dans ce cas, le bruit télégraphe, qui lui ce manifeste à l'échelle du pixel, correspond à un signal d'une fréquence qui est très supérieure à celles que peut normalement restituer l'instrument (FWHM > 6 pixels), donc il est licite de réaliser ce filetage du signal HF, qui ne contient aucune information utile.

 

Compte tenu du caractère pointilleux du bruit telégraphe, un filtre type médian 3 x 3 semble judicieux. Un lissage gaussien est par exemple moins efficace. Mais un filtrage spatial médian peut aussi générer des artéfacts d'où la nécessité d'être suréchantillonné pour qu'ils soient (assez bien) masqué par le binning. Donc il faut procéder en deux étapes :

 

Etape 1 :  filtre type median 3x3 pour retirer le RTS (Random Telegraph Signal noise), mais aussi finalement, pour réduire le bruit de lecture de base, d'où un bruit qui tombe à 0,43 e- (par exemple). 

Etape 2 : masquer le bruit de filtrage (un pseudo-bruit) en pratiquant un binning 2x2, ou 3x3, avec l'idée de finir à un FWHM de 2,5 à 3 pixels, et réduire bien sur améliorer le RSB apparent par la même occasion.

 

Faisons quelques calcul. On analyse plusieurs scénarios et dans tous les cas, on observe la même étoile.

 

Scénario 1 : la focale du télescope fait que le FWHM de l'étoile est de 3 pixels, ce qui signifie que l'énergie de l'étoile est répartie sur 3x3 pixels. Par rapport à une situation où toute l'énergie serait concentrée dans un seul pixel, le RSB est donc réduit d'un facteur 3.

 

Scénario 2 : la focale du télescope est multipliée d'un facteur 3 par rapport au scénario 1, si bien que le FWHM de notre étoile est de 9 pixels et occupe une aire de 9 x 9 = 81 pixels. C'est une grosse "patate", avec signal très dilué ! Cela se paye cher en RSB car par rapport à un signal concentré dans un seul pixel :  il est réduit d'un facteur 9 à présent. Mais comme l'image n'est pas belle avec ces grosses étoiles, on décide de réaliser un binning 3x3. Du coup les étoiles sont à présent échantillonnées avec un FWHM de 3 pixels, et le RSB est remonté d'un facteur 3.

 

A ce stade les scénarios 1 et 2 donnent exactement le même résultat, malgré le gros écart de focale (en termes de détectabilité, pas en terme de champ couvert, où le scénario 1 est plus favorable, mais ce n'est pas le propos ici) et  contrairement aux apparences - sauf erreur ;-).

 

On peut maintenant établir un scénario 3 : il est très voisin du scénario 2, avec une longue focale et un très fort sur-échantillonnage. La différence est qu'avant le binning on pratique un filtrage des hautes fréquences pour éliminer le bruit RTS et autre.  Si ce filtre réduit le bruit d'un facteur 2, alors le RSB final après binning est multiplié par 2. En fin de compte  le scénario 3 est deux fois meilleur que le scénario 1. La résolution angulaire des images est très proche. En revanche le champ sur le ciel n'est pas le même, mais le capteur IMX455 est si vaste que cela compense un peu !

 

Un hypothétique scénario 4 où les pixels du capteur seraient 2 fois plus gros donnerait un résultat systématiquement supérieur aux 3 scénarios précédent, mais en dehors de celui-ci, le numéro 3 doit attirer l'attention, aux prix d'une lourdeur de traitement un peu supérieure.

 

C'est mon raisonnement vite fait avec les CMOS petits pixels. Je vous propose de regarder s'il y a une faille, toujours possible, d'en débattre.  Et il faut expérimenter bien sur.

 

Par exemple avec un seeing de 3 arcsec et une caméra IMX455, un FWHM de 9 pixels est obtenu avec une focale de 2000 mm, soit un diamètre de 330 mm s'il est ouvert à f/6 (un bon gros Newton). C'est une bonne configuration de test. Il est bien sur possible d'utiliser des caméras moins gigantesques pour cela.

 

Christian Buil

 

PS : Chris277, en fait c'est Laurent qui a fait les mesures, est quelques autres qui analyses ce capteur depuis quelque temps. C'est eux qu'ils faut remercier. Je suis simplement passé derrière pour me faire une idée par moi même. 

 

Modifié 13 avril 2020 par cbuil

[a s p 0 6 845]

il y a des alternatives comme le pseudo médian pour éviter les effets de bord de la médiane.

[Roch 1 898]

Christian, c'est très clair, merci beaucoup 

 

Que penses-tu de mon idée de prétraitement supplémentaire ?

A la réflexion, la manière la plus simple de s'y prendre serait de faire une correction cosmétique, un peu à l'image de celle que l'on fait conjointement au retrait des darks, mais ciblant les pixels ayant un écart-type trop élevé sur la série de darks ( et non une moyenne trop élevée, ce qui ne correspond pas forcément aux mêmes pixels )

Il y aurait sûrement d'autres manières de faire plus précises et plus complexes aussi... mais certainement très gourmandes en puissance de calcul

 

Il y a 11 heures, Chris277 a dit :

c'est pas justement un des intérêts du dithering en photo générale ?

 

Nan, l'idée du dithering c'est de mélanger suffisamment la bouillie pour qu'on ne voie plus les grumeaux mais ils sont toujours là et dans certains cas, enlever ces grumeaux au préalable permettrait un gain de qualité.

Probablement pas en imagerie classique, ou le bruit de fond de ciel est dominant, et l'effet du bruit télégraphe est marginal, mais en imagerie poses courtes par exemple, cela pourrait très bien être le cas.

Modifié 13 avril 2020 par Roch

[Chris277 581]

Il y a 5 heures, Roch a dit :

Nan, l'idée du dithering c'est de mélanger suffisamment la bouillie pour qu'on ne voie plus les grumeaux mais ils sont toujours là

Nan non plus, avec le sigma cliping les pixels déviants sont éliminés.  Mais pour l'application de Christian où l'étoile reste sur dans la fente, le dithering n'est pas possible d'où la technique exposée.

[Roch 1 898]

il y a 15 minutes, Chris277 a dit :

Nan non plus, avec le sigma cliping les pixels déviants sont éliminés.  Mais pour l'application de Christian où l'étoile reste sur dans la fente, le dithering n'est pas possible d'où la technique exposée.

Ben tu me parles de dithering ou de sigma clipping ? c'est pas la même chose
Le sigma clipping permet de réduire les incohérences à l'empilement et se conjugue en effet bien avec le dithering, mais il n'est pas parfait... puisque les pixels déviants sont inclus dans le calcul de sigma-clipping, ce sera toujours moins bon que si les pixels déviants étaient évacués à la racine, avant empilement. Même si dans une situation classique tu ne verras pas la différence en effet.
On le fait déjà avec le bruit thermique en utilisant la correction cosmétique ; on pourrait certainement le faire avec le bruit télégraphe également.

Modifié 13 avril 2020 par Roch

[Thierry Legault 5 793]

il y a une autre question que je me pose et la réponse ne se trouve pas sur les sites QHY et ZWO. Les sites donnent certaines cadences d'images en fenêtrage, mais pas en binning (2x2, 3x3). Est-ce que quelqu'un la connaîtrait ? Je me demande si elle est inchangée ou accélérée.

merci