QHY462 : mesures de bruit

[Roch 1 898]

Bonjour à tous,

Bon cette fois-ci, je me suis attelé à mesurer le bruit de lecture et le bruit thermique de ma nouvelle cam, la QHY5III462C. 

Voilà, pour ce faire, j'utilise habituellement ISIS, qui possède un outil très pratique et automatique pour faire les mesures. J'ai donc fait mes images de dark, offset et flat comme à l'accoutumée.
Seulement voilà, petite déception, le bruit de lecture de la caméra est supérieur à ce qui est annoncé. Voici les valeurs que j'obtiens :

Gain -----  Bruit de lecture en e-
200 ------- 0.85
250 ------- 0.79
300 ------- 0.75
350 ------- 0.73
400 ------- 0.72
450 ------- 0.72
500 ------- 0.71
550 ------- 0.70

A titre de comparaison, voici la courbe annoncée par QHY :



Même s'il ne s'agit pas de la même caméra, ZWO a également mesuré le bruit de lecture de ce même capteur, et a obtenu des résultats très similaires ( voir en page 7, ici :  )

https://astronomy-imaging-camera.com/manuals/ASI462_Manual_EN.pdf

Bon alors certes, la différence entre 0.5 et 0.7 peut sembler insignifiante... mais croyez moi, elle ne l'est pas du tout. On parle de 40% supplémentaire, ce qui revient à devoir faire des poses unitaires deux fois plus longues pour obtenir un RSB équivalent si  on considère le même temps d'intégration total.
Alors ou est le problème ? Quelqu'un a-t-il une idée ? Pensez-vous qu'il puisse y avoir une telle variance entre les capteurs ?

J'ai voulu éclaircir un peu le problème.
D'abord j'ai également voulu mesurer le bruit thermique de la caméra... et là surprise, ISIS me donne une valeur complètement aberrante ! ( valeur négative )
La raison est que ISIS mesure le niveau de signal thermique en comparant le niveau de signal sur un offset et sur un dark. Or, après avoir cherché un peu la source du problème, j'ai remarqué que sur les brutes, le niveau moyen de l'image est plus bas sur les offsets que sur les darks !

Bon la suite c'est un peu de la spéculation... mais je pense avoir une explication. 
En théorie ça paraît complètement aberrant, mais dans la pratique je pense juste que le capteur fait une sorte de "réglage automatique" de l'offset en plus de celui dont on a le contrôle à travers le logiciel de capture, en fonction de la manière dont ce dernier est éclairé. Et forcément, ça fausse toutes les mesures que l'on peut faire, puisque si le niveau d'offset change entre les darks et les offsets, pas de raison pour qu'il reste le même pendant les flats également...
Je pense que ce problème est également une des raisons pour lesquelles il est très compliqué de faire un prétraitement classique complet avec ce type de CMOS. Le niveau de l'offset est variable rapidement dans le temps, mais même parfois est complètement réinitialisé au niveau de chaque pixel, ce qui complique encore plus le bazar. 

Pour essayer de démêler tout ça, j'ai quand même utilisé une autre méthode pour faire une mesure.
Tout d'abord j'ai pris 2 offsets dans chacune des valeurs de gain que je voulais mesurer, je les  ai soustraits l'un a l'autre sous IRIS puis j'ai noté la valeur "Sigma" obtenue dans IRIS. 
Ensuite, de retour dans le logiciel d'acquisition, en enlevant le cache de la cam, pour chaque valeur de gain j'ai noté le temps de pose qui me permettait d'avoir un histogramme dont le pic était exactement centré sur 50%. Cela me donne une courbe de gain "réel"en fonction du gain "affiché"
De là, j'ai pu en déduire une courbe de bruit de lecture en fonction du gain. Il n'y a pas d'échelle, mais la pente de la courbe correspond finalement exactement aux valeurs mesurées avec ISIS au départ.
Donc, même si toutes les valeur sont potentiellement un peu plus faibles ou un peu plus fortes, ça veut quand même dire que si le bruit de lecture de la cam est égal à environ 0.8 pour un gain=200 comme sur la courbe constructeur, il ne descend pas en dessous des 0.65e- au final.

Donc retour à la case départ
Mis à part une explication partant d'une certaine variance "naturelle" entre les capteurs, quelqu'un aurait-il une idée de quelque chose qui m'aurait échappé ? je vais essayer dans différentes conditions différentes et avec des paramètres d'acquisition différents, mais j'y crois peu... les tests que j'avais effectués sur les anciens modèles de caméras étaient clairs dans ce sens là : aucune incidence sur le bruit de lecture.

Bon après qu'on ne se méprenne pas, 0.7e- ça reste excellent... mais quand même, 0.5e- c'est encore une autre ligue.

J'ai quand même pu également mesurer le bruit thermique, en relevant le "sigma" issu directement d'une différence entre deux darks sur IRIS. Avec une température capteur estimée à 30°C, je trouve une valeur environ égale à 0.8e-/s. Evidemment il ne s'agit que d'une estimation, mais j'ai quand même pu comparer directement au bruit thermique de la QHY5III290M que je possède aussi, et dans des conditions le plus identiques possibles, le bruit thermique de cette dernière est plutôt situé autour de 1e-/s, soit un léger mieux pour la petite nouvelle 

Bon évidemment, vu que les valeurs de bruit thermique sont dérivées des valeurs de bruit de lecture, si ces dernières venaient à changer ben les valeurs de bruit thermique bougeraient aussi.

Voilà  je suis preneur de quelques idées pour éclaircir tout ça.

Bons cieux

Romain

Modifié 1 août 2020 par Roch

[exaxe17 5 751]

merci Romain pour cette enquête! Et un peu déçu par les résultats...

Et tu as transmis tes résultats à Qhyccd? qu'en pense t'il?

 

[Philippe Bernhard 557]

Effectivement, elle est pourrie ta cam !!! 

 

les 0.5 e- annoncés, c’est le bruit médian ou le RMS ?

car 0.7 en rms et 0.5 en médian serait logique

 

As-tu tracé l’histogramme de la distribution du bruit de lecture (en écart type) sur chaque pixel d’une pile de 300 images, écrat type, pixel x,y sur les 300 plans

[Clouzot 268]

Est-ce que ce n’est pas le même phénomène qu’avec les IMX294 où les offsets sont complètement inconsistants (et donc impossibles à exploiter) ? Il fallait, si je me souviens bien de la conclusion des mecs de CN, intercaler des poses de 1-2s pour forcer un reset complet. 

[jldauvergne 15 106]

Le 01/08/2020 à 19:47, Roch a dit :

On parle de 40% supplémentaire, ce qui revient à devoir faire des poses unitaires deux fois plus longues pour obtenir un RSB équivalent si  on considère le même temps d'intégration total.

Non, là tu as un problème de raisonnement, le rapport signal/bruit n'est pas dicté que par le bruit de lecture et le bruit de lecteur devient vite négligeable quand il y a beaucoup de lumière. Ce que tu dis est juste si tu n'a qu'un seul électron par pixel. Donc sauf à vouloir compter les électrons un par un, ce n'est pas dramatique. 

[Thierry Legault 5 806]

Jean-Luc, je me suis fait la même réflexion en lisant la phrase rapidement, mais en fait elle est juste : le temps de pose unitaire optimal* est bien doublé si on multiplie le BL par racine de 2.

 

* défini par : le bruit d'une pose unitaire (incluant BL, bruit thermique et bruit photonique) vaut X fois le BL (en général on prend X = 3 ou 4)

[Roch 1 898]

Merci pour les réponses
 

Le 01/08/2020 à 22:15, exaxe17 a dit :

Et tu as transmis tes résultats à Qhyccd? qu'en pense t'il?

Pour l'instant pas grand chose  mais il faut que je refasse quelque chose de plus "propre"

 

Il y a 13 heures, Philippe Bernhard a dit :

es 0.5 e- annoncés, c’est le bruit médian ou le RMS ?

car 0.7 en rms et 0.5 en médian serait logique

 

As-tu tracé l’histogramme de la distribution du bruit de lecture (en écart type) sur chaque pixel d’une pile de 300 images, écrat type, pixel x,y sur les 300 plans

Bon juste pour être sûr de bien comprendre

le bruit médian, c'est la médiane de l'ensemble des valeurs de bruit mesurées sur chaque pixel, c'est bien ça ? Et le RMS c'est la moyenne ?
Si c'est bien ça, j'ai effectivement mesuré la moyenne et non la médiane. Je pense que la courbe affichée mesure aussi la moyenne, mais je pourrais me tromper...
Et je n'ai utilisé que deux images pour la mesure à chaque fois, pour le moment.

Connais-tu une méthode pour sortir rapidement ce genre de mesure avec des logiciels à ma portée ? ( donc gratuits  )
Merci pour la piste en tout cas. Je vais demander plus de précisions à QHY sur leur mesure.

 

Il y a 12 heures, jldauvergne a dit :

Non, là tu as un problème de raisonnement, le rapport signal/bruit n'est pas dicté que par le bruit de lecture et le bruit de lecteur devient vite négligeable quand il y a beaucoup de lumière. Ce que tu dis est juste si tu n'a qu'un seul électron par pixel. Donc sauf à vouloir compter les électrons un par un, ce n'est pas dramatique.

J'ai juste considéré que le bruit thermique était négligeable ( ce qui est loin d'être le cas sur une cam non refroidie ) mais dans la quète de la recherche du temps de pose le plus court possible, quète qui intéresse pas mal de monde sur ce forum c'est bien uniquement le bruit de lecture  qui dicte les possibilités maximales. Et le rendement quantique évidemment, mais on approche le plafond de ce point de vue là.

Après, évidemment, pour du ciel profond en pose longue, aucun intérêt de pinailler... 0.7e- est largement suffisant pour à peu près n'importe quelle application pratique. Et pour du planétaire, arrivé à un moment si la planète n'est plus reconnaissable sur les brutes car trop bruité ( du fait de la faible quantité de flux ) je doute que ce soit d'un quelconque intérêt si on veut garantir un alignement correct par exemple.
Mais en ciel profond poses courtes, on a la chance d'avoir à la fois dans le champ des cibles à haut RSB et à bas RSB, on peut en effet travailler sur des objets présents à hauteur de bien moins de 1e- par image, en alignant sur des étoiles dont le RSB est suffisant. Tant qu'on aura des étoiles visibles sur les brutes, je pense qu'il sera judicieux de descendre... et on en est encore loin. Peut être à 0.1e-, aligner les images commencera à devenir compliqué dans certains cas ? Mais même pas sûr. Même en poses de 1s, j'ai encore toujours au moins une cinquantaine d'étoiles détectées dans le champ...

Romain

Modifié 3 août 2020 par Roch

[Philippe Bernhard 557]

il y a 5 minutes, Roch a dit :

Connais-tu une méthode pour sortir rapidement ce genre de mesure avec des logiciels à ma portée ? ( donc gratuits  )
Merci pour la piste en tout cas. Je vais demander plus de précisions à QHY sur leur mesure.

 

Oui, lorsque je veux le faire simplement (automatiquement), j'utilise IMAGE-J (gratuit)

Après, si tu n'as pas l'habitude de ce logiciel, il faudra que tu cherches un peu comment faire.

 

[OlivierG 782]

Pour mesurer divers paramètres sur la camera on peut utiliser le logiciel gratuit ISIS qui permet de mesurer :

- Le gain inverse

- Le bruit de lecture

- le courant d'obscurité

avec 2 offsets, 2 darks, 2 flats

 

C'est expliqué ici :

http://www.astrosurf.com/buil/isis/noise/eval.htm

[Thierry Legault 5 806]

il y a une heure, Roch a dit :

le bruit médian, c'est la médiane de l'ensemble des valeurs de bruit mesurées sur chaque pixel, c'est bien ça ? Et le RMS c'est la moyenne ?

 

non, je ne crois pas. De toute façon tu ne peux pas mesurer un bruit de lecture sur chaque photosite (pixel), puisque ce genre de bruit n'est pas isolable donc pas mesurable (ce n'est que la perturbation d'un signal, en l'occurrence le signal d'offset/bias). Tu ne peux en faire qu'une évaluation statistique (en calculant l'écart-type) sur un ensemble de valeurs (ici un ensemble de photosites évidemment)

 

 

 

Modifié 3 août 2020 par Thierry Legault

[Kikiwillybee 51]

Bonjour ,

stp ..,Olivier , tu as oublié de bien lire Romain , qui utilise Déjà Isis ....

[OlivierG 782]

il y a 29 minutes, Kikiwillybee a dit :

Bonjour ,

stp ..,Olivier , tu as oublié de bien lire Romain , qui utilise Déjà Isis ....

Oups !!! désolé, j'ai mal lu le début de ce post...

 

[Philippe Bernhard 557]

Petit rappel sur la distribution des bruits de lecture en fonction des pixels

Si le bruit médian est plus avantageux, il ne représente rien à part la limite de la moitié des pixels avant ou après cette valeur.

Le bruit RMS est le seul utilisable pour des calculs S/B

 

Attention aux calculs de bruits résultant de la soustraction de 2 bias. Il faudrait mieux privilégier le calcul résultant de la soustraction d'un bias avec 'un MasterBias (et pas qu'avec 10 poses)

 

 

[Roch 1 898]

Ok Philippe, j'ai bien compris ( enfin je crois )
Ta courbe, c'est une représentation du nombre de photosites en fonction de la quantité de bruit de lecture, c'est bien ça ?
Un capteur aura-t-il toujours une courbe ayant ce genre de distribution ?

Enfin en tout les cas, la piste "bruit médian" est une fausse piste il me semble : je viens de voir que sur le document de ZWO, il est écrit " read noise ( e-rms ) " en ordonnée sur le graphique correspondant à cette mesure, donc il doit bel et bien s'agir de la valeur moyenne.

Bon vais me pencher sur imageJ quand même.
 

Il y a 3 heures, Thierry Legault a dit :

Tu ne peux en faire qu'une évaluation statistique (en calculant l'écart-type) sur un ensemble de valeurs (ici un ensemble de photosites évidemment)

Ben oui, mais cet ensemble de valeurs peut être une mesure de la valeur d'un pixel en particulier sur une série de 300 images par exemple... donnant ainsi la valeur de bruit de lecture d'un photosite en particulier. J'ai bon ?

Modifié 3 août 2020 par Roch

[Roch 1 898]

Il y a 17 heures, Clouzot a dit :

Est-ce que ce n’est pas le même phénomène qu’avec les IMX294 où les offsets sont complètement inconsistants (et donc impossibles à exploiter) ? Il fallait, si je me souviens bien de la conclusion des mecs de CN, intercaler des poses de 1-2s pour forcer un reset complet. 

Je pourrais me tromper, mais je pense que ce phénomène concerne tous les CMOS sony au moins.
Des retours sur ce sujet sur l'imx455 par exemple ?

[xs_man 1 844]

Salut Romain,

 

Une question toute bête : as-tu réglé l'offset dans les réglages caméra afin de bien "décoller'" l'histogramme.

Sur la QHY5III 290, je me souviens m'être pris les pieds dans le tapis en essayant de la mesurer.

Il ne faut pas que l'histogramme soit tronqué sinon les valeurs sont faussées.

 

J'espère que c'est juste un soucis de mesure et pas "un loup" caché...

 

 

Albéric

Modifié 3 août 2020 par xs_man

[Laurent51 2 787]

sur l'IMX455 de la ZWO, de mon coté tous colle par rapport aux données constructeur à 0.1e près.

 

Ah, de mon coté, je fait toutes mes mesures avec Prism qui a des fonctions tres intéressantes pour analyser les cameras.

 

Modifié 3 août 2020 par Laurent51

[Thierry Legault 5 806]

Il y a 4 heures, Roch a dit :

Ben oui, mais cet ensemble de valeurs peut être une mesure de la valeur d'un pixel en particulier sur une série de 300 images par exemple... donnant ainsi la valeur de bruit de lecture d'un photosite en particulier. J'ai bon ?

 

oui, comme ça ok 

[Philippe Bernhard 557]

les différentes ZWO que j’ai eues ou que j’ai actuellement sont aussi parfaitement dans les spécif (imx455 et 290)

 

 

[Roch 1 898]

Il y a 4 heures, xs_man a dit :

Une question toute bête : as-tu réglé l'offset dans les réglages caméra afin de bien "décoller'" l'histogramme.

Sur la QHY5III 290, je me souviens m'être pris les pieds dans le tapis en essayant de la mesurer.

Il ne faut pas que l'histogramme soit tronqué sinon les valeurs sont faussées.

Oui, je laisse toujours l'offset au max pour éviter ce pb. Tant que le gain est inférieur à 500, ça passe. Au dela, c'est limite... mais de toutes façons l'image n'est plus vraiment exploitable. ( en théorie la cam peut aller jusqu'à 700 de gain )

 

Il y a 3 heures, Laurent51 a dit :

sur l'IMX455 de la ZWO, de mon coté tous colle par rapport aux données constructeur à 0.1e près.

Oui, je n'ai pas non plus eu de problèmes aussi significatifs avec les mesures des anciens capteurs que j'ai utilisés.
Là ou je parlais d'un "problème" qui toucherait potentiellement tous les capteurs CMOS, c'est sur la permanence de l'offset. As-tu noté ce genre de comportement sur ta cam ?
En gros, ça se traduit par l'impossibilité de faire un offset réellement reproductible. C'est en partie pour ça que je ne fais plus que des darks.

M'enfin ça c'est un autre problème

Je refais une série de mesures demain, en essayant de changer quelques trucs.

 

Romain

Modifié 3 août 2020 par Roch

[Laurent51 2 787]

De mon coté, j'ai toujour trouvé les offsets des CMOS plus stable que sur les CCD (je parle surtout pour la 1600MM et pour les 6200MM, les autres je les utilises sur des allsky par exemple, et je n'ai pas vraiment regardé dans le détail)... apres ca dépend beaucoup de la qualité de l'électronique qui est autour, mais aussi de la qualité des horloges...

 

Je penses a l'instant que chez QHY, il y a plus de modes de lectures que chez ZWO. C'est le cas pour la 6200mm et l'IMX455. Ces modes de lectures peuvent avoir des conséquences assez importantes. a voir si ce nouveau capteur 462 a aussi les mêmes types de mode de lecture...