Test comparatif ASI183MM / ASI533MM

[cbuil 3 455]

On sait que la caméra ZWO ASI533MM Pro est une référence relativement récente dans le catalogue ZWO. Elle affiche, des caractéristiques  intéressantes  : 14 bits, pas d’électroluminescence…

 

Son positionnement est voisin de la ASI183MM Pro (ou l’équivalent QHY), populaire pour l'astrophotographie notamment, où la détection faible flux est déterminante.

Comment ce comporte cette « 533 » par rapport à la « 183 », cette dernière est-elle dépassée ? Quelques réponses dans cette nouvelle vidéo, avec pas mal d'informations (le bruit, le signal d'obscurité, la linéarité, le rendement quantique...) :
 

 

Christian Buil

[bon ciel 1 232]

Merci

[OlivierG 782]

Merci Christian pour cette vidéo fort complète de tests.

 

Il y a quelque temps j'avais fait quelques mesures basiques sous ISIS et j'avais aussi comparé de manière empirique le rendement quantique de chaque capteur en reprenant graphiquement les courbes publiées sur le site de ZWO et en les superposant à l'échelle sur un même graphe.

 

 

Et selon le constructeur les 2 courbes sont assez différentes contrairement à ce que tu montres dans ta vidéo (et je pencherais plus sur tes résultats que ceux de ZWO).

 

[olivedob 278]

Merci pour ce comparatif très complet et didactique. Vu que tu as aussi testé la 294MM, quelle camera choisirais tu pour de l'imagerie CP à 1500 mm de focale  (pas de spectro) ?

 

Pour résumer :

533MM vs 294MM

Taille capteur : 4/3 vs 1

14 bits idem

Taille pixel : 3.75 vs 4.63

RON (gain 200) : 1.3 (dynamique 5400)  vs 1.4  (dynamique 3900)

Bruit thermique : 0.0005 vs 0.0010

Qe: idem

Amplglow : Non vs oui

PNRU gain HCG :  1%  vs ?

Même problème de linéarité sous 1 seconde

 

Sur le test de la distribution du bruit lié au RTS entre la 183 et la 294 , il me semble que la distribution est plus gaussienne (base plus large et  plus arrondie) sur la 294MM comme sur la 533MM par rapport à la 183. Je ne sais alors pourquoi on conclue que le bruit RTS est plus fort sur la 294MM que sur la 183 ?

[jldauvergne 15 106]

Christian qui se met à Youtube c'est ce qui pouvait nous arriver de mieux  Merci pour la vidéo !

[Alef 2 506]

Merci pour cette superbe vidéo.

Pourquoi le capteur de la 533MM est moins bon en rendement dans le rouge (au delà de 6500A il y'a un sacré gap). De quoi cela vient vu que ce capteur est plus performant ?

[tom 1 151]

Encore une fois c'est du travail très sérieux scientifiquement avec une super pédagogie. Merci @cbuil

[danielo 5 828]

Merci pour ce test fouillé et instructif Christian !

 

De mon côté je rêve de la même techno sur un capteur APS-C avec des pixels de 2,8 à 3µm....

[cbuil 3 455]

olivedob, en faisant la liste des paramètres, je crois que la réponse est déjà faite, et sans hésité. S'il faut choisir entre la 294 et la 533, il faut aller vers la ASI533MM. Cette dernière représente une nouvelle génération de capteur. La 294, sans être mauvaise, souffre d'un certain âge (les choses vont vites en CMOS !). La 294MM est un peu bizarre, une sorte de croisisement avec un capteur couleur qui précède. Il y a les gros pixels qui peuvent êtres attractifs.

 

Mais la 533 est bien plus homogène. J'avais trouvé le capteur de la ASI6200MM comme le meilleur actuel chez Sony. Le fait que celui de la 533 soit basé sur le même principe de fonderie, montre que Sony à bien vu le truc, et c'est parfais (la différence de prix aussi).

 

Alef, je pense que tu as mal lu les courbes. C'est la ASI533 qui est meilleure (courbe noire dans la vidéo). Mais je le souligne aussi dans cette vidéo : la QE c'est un dossier difficile. On trouve énormément de résultats contradictoires, c'est la jungle. Mais dans le relatif 183/533 je ne pense pas me tromper. Après, un écart de 10% en rendement quantique, ca ne fait pas une vraie différence dans le résultat final. Il y a tellement d'autres paramètres qui entre en jeux dans la performance. Entre un QE de 60% et un autre de 90%, la oui c'est différent. Entre un QE de 50% et un QE de 55%, franchement c'est dans l'épaisseur du trait.

 

Christian

[xs_man 1 844]

Salut Christian,

 

Le Boss a parlé !

Un très grand merci  pour cette présentation complète, claire et documenté. Très pro comme d'hab' ! 

J'étais vraiment impatient d'avoir ton avis sur la 533.

Et je suis content de voir que tu démontres très clairement son grand équilibre et sa parfaite polyvalence.

L'absence d'amp-glow et en plus un signal télégraphique assez contenu, franchement c'est une réelle 

avancée par rapport à la 183 et aussi à la 294/492. Planétaire, lunaire, solaire,  ciel profond longue pose,

ciel profond poses courtes, spectro, tout y est à sa portée.

 

Merci pour le secret (poses de 1 seconde)... Promis je n'en parlerais à personne d'autre

Par contre ce saut étrange ne serait-il pas lié au déclenchement du dispositif anti-amp glow qui de mémoire

se déclenche automatiquement a environ 1 seconde, justement. Peut-être ZWO pourrait-il nous éclairer ?

 

Je précise aussi que pour ceux/celles imageant en poses courtes en ciel profond, on ne va pas hésiter

à bosser à des gain de 400 voir 450 pour "gratter" le plus faible bruit de lecture, 1e-. La dynamique est

juste un paramètre secondaire, on prend ce qui reste.

 

Maintenant si tu t'ennuies, il y aura bientôt des caméras à base du tout nouveau capteur IMX462 monochrome.

C'est censé être le remplaçant de l'indétrônable IMX290 mono....

Le 462 ramasse plus d'Ir, bruit de lecture un peu plus faible certes mais pour le reste, ça reste très proche... 

Juste une petite évolution...

 

Albéric

Modifié 18 juillet 2022 par xs_man

[cbuil 3 455]

Je voudrais ici apporter des éléments de réponse à ta remarque Olivier Garde, concernant le rendement quantique. Je suis bien conscient que cela puisse troubler lorsqu'on superpose les courbes constructeurs. Et pourtant...

 

La vidéo est déjà très longue (45 mn), et j'ai vraiment hésité à enjouter plus en donnant trop de détails sur les protocoles de mesure. A un endroit je dit que j'ai évaluéle réponse (spectrale) relative de ces caméras, et  je dis que j'ai fait pas mal de vérifications, mais pas plus,  car il aurait fallut 5 bonnes minutes plus, alors que l'idée était d'aller à l'essentiel. Mais voici ce que j'aurai pu dire, en gros....

 

La 183 et la 533 sont placée successivement au bout d'un spectro Star'Ex 300 t/mm avec à l'entrée de celui-ci une source blanche bien stable en flux (j'ai vérifié au début et à la fin des manips). On observe dans ces conditions un signal sur les deux détecteurs, l'un après l'autre. Ce signal est transformée en longueur d'onde puis affichée sous la forme d'une courbe (après binning, ici une colonne de 200 pixels pour réduire le bruit). J'ai travaillé dans l'exemple que je donne au gain G apparent de 200 dans les deux cas. Voici le résultat :

 

 

Malgré que le temps de pose soit identique (ici 0,08 seconde), on constate un assez fort écart entre les courbes. Cela s'explique par la surface des pixels qui n'est pas la même, par le gain en e-/ADU qui n'est pas le même, et par le rendement quantique qui n'est pas le même (c'est ce dernier que l'on cherche à évaluer justement).

 

Pour pouvoir comparer ces deux courbes et déduire le rendement quantique relatif, Il faut appliquer un terme correcteur à la courbe de la 183 (par exemple) qui tiens compte de la taille relative des pixels et  des gains électronique respectifs.  Ce terme ne dépend pas de la longeur d'onde. Il est égal au ratio des surfaces pixel et gain caméras. La formule appliquée est donnée dans cette vielle page (formule QE = ...) ou je compare CCD et CMOS : http://www.astrosurf.com/buil/CMOSvsCCD/index.html

 

Après correction de la courbe de signal spectral apparent de la 183 suite à ce calcul théorique (mais assez précis, le poste d'erreur est la valeur du gain en e-/ADU), voici ce que donne la comparaison :

 

 

Les courbes se superposent presque, et ont la même forme, calquée l'un sur l'autre. Cela veux dire que la division de ces deux courbes est fort roche d'une droite horizontale , aux oscillations près. Donc, la bosse de la 533 vers 450 nm relativement à la 183, c'est comment dire... "du pipeau" !

 

On voit aussi que le rendement quantique, sauf en quelques régions, et de manière assez marginale, est vraiment voisin entre ces caméras.

 

Le travail suivant consiste à essayer de trouver le rendement quantique absolue. Vue la tournure des choses, j'ai fait plutot confiance à des mesures ancienne que j'ai pu réaliser sur la 183 (entachée d'erreurs, mais peut être moins que si je prend une courbe constructeur ;-). Au final, j'arrive au résultat que je présente dans la vidéo (qui est par ailleurs  une moyenne de plusieurs mesures indépendantes) :

 

 

J'espère t'avoir convaincu Olivier, et d'autres, que les rendement quantiques de ces deux caméras sont très probablement fort équivalent. J'ai été rapide, mais ce n'est pas très difficile à faire, sinon que c'est du boulot,... mais vous comprenez aussi pourquoi je n'ai pas voulu alourdir le vidéo avec le détails poussé de toutes les procédures.

 

Une autre chose non dite, est qu'il faut choisir un gain minimum de 100 sur la ASI533MM, car si on prend un gain de 99 ou en dessous, le capteur commute sur un mode particulier (fort flux)  qui se traduit pas un augmentation forte du bruit.  Je dis vaguement que le réflexe naturel conduit à choisir un gain de 100, en supposant que la raison est connue.

 

Et... merci pour vos appréciations, elles font vraiment plaisir.

 

Christian

 

 

[HAlfie 2 078]

Super boulot comme d’hab un grand merci et ça permet de relativiser les différences sur les caméras planétaires avec un écart faible de QE si bruit de lecture proche. 
Finalement j’ai l’impression que c’est plus la taille ds pixels qui va vraiment faire la différence à techno/génération  de capteur identique ou proche. 

[olivedob 278]

La courbe publiée sur la 294MM est toujours d'actualité ? Le rendement reste un peu  meilleur si la 183 et la 533 sont identiques ?

[Mehdi 1 098]

oui alors maintenant va falloir continuer des videos comme ca . sinon cela ni plus ni moins que de la cruauté   

Modifié 19 juillet 2022 par Mehdi

[OlivierG 782]

Il y a 10 heures, cbuil a dit :

J'espère t'avoir convaincu Olivier, et d'autres, que les rendement quantiques de ces deux caméras sont très probablement fort équivalent. J'ai été rapide, mais ce n'est pas très difficile à faire, sinon que c'est du boulot,... 

Totalement convaincu Christian (d'ailleurs je l'avais précisé dans mon message initial).

 C'est juste la confirmation qu'il ne faut pas trop prendre en compte les courbes de QE publiées par les fabriquants de caméra. (ZWO, QHY etc...)

J'ai essayé de trouver des courbes directement chez Sony, mais j'ai rien trouvé.....

 

et donc vaut mieux se faire ses propres mesures....

[Colmic 4 007]

Merci @cbuil pour cette vidéo fort intéressante.

 

Elle recoupe bien mes mesures effectuées en mai dernier avec l'outil d'analyse de ISIS, notamment sur le courant de dark qui est bien plus faible sur cette nouvelle série de capteurs IMX533, 571 et 455.

 

ASI183MM Gain 111 -20° Dark 180s (12 bits)

• Signal (flat) : 43188.966 ADU
• Gain (inverse) de la caméra : 0.0649 e-/ADU
• Bruit de lecture (RON) : 2.02 électron(s)
• Taux du signal d'obscurité : 0.002390 e-/s

ASI6200MC Gain 100 -10° Dark 180s (16 bits)

• Signal (flat) : 30204.597 ADU
• Gain (inverse) de la caméra : 0.2521 e-/ADU
• Bruit de lecture (RON) : 1.48 électron(s)
• Taux du signal d'obscurité : 0.000480 e-/s

ASI533MM Gain 100 -10° Dark 180s (14 bits)

• Signal (flat) : 29597.913 ADU
• Gain (inverse) de la caméra : 0.2542 e-/ADU
• Bruit de lecture (RON) : 1.56 électron(s)
• Taux du signal d'obscurité : -0.000187 e-/s

[alx 103]

Merci à Christian Buil d'avoir pris le temps d'effectuer ces tests, très utiles pour les néophytes (et même les moins néophytes) .

La génération 533 est certainement un grand pas en avant. 

Je (me) pose même une question  naïve: avec une caméra dotée d'un courant d'obscurité aussi faible (l'essentiel des effets purement thermiques dans  une électronique), est-il vraiment indispensable de refroidir ?

La température a-t-elle aussi un effet  sur le bruit de télégraphe qui, si j'ai bien compris, est l'obstacle principal à la sensibilité, qu'on fasse une somme de poses courtes ou une pose longue) ? Existe-t-il des mesures de tout cela en fonction de la température ?

alx.

[xs_man 1 844]

il y a 43 minutes, alx a dit :

, qu'on fasse une somme de poses courtes ou une pose longue) ?

 

Christian me reprendra au besoin,

 

Le bruit télégraphique est un réel problème si on empile peu d'images brutes, donc pour des

applications à poses longues en CP.

C'est un bruit alétoire (mais non gaussien) donc pour des applications en poses courtes en CP où l'on

additionne des milliers de brutes, par effet de moyenne, il est très fortement atténué. Ayant

une QHY 294 M, avec un fort bruit télégraphique, je peux t'assurer qu'en poses courtes, ce n'est 

pas un problème.

 

Pour le reste, je m'en remet à l’avis de  Christian.

 

Albéric

[alx 103]

Citation

C'est un bruit alétoire (mais non gaussien) donc pour des applications en poses courtes en CP où l'on

additionne des milliers de brutes, par effet de moyenne, il est très fortement atténué

En effet, d'après ce que je sais, le bruit télégraphique est dû à des transitions de niveau spontanées dans les transistors qui constitue le CMOS. Il a un spectre simple (lorentzien) et, comme tel, a tendance à se réduire par moyennage. Nous sommes d'accord.

Mais la question est de savoir s'il y a un effet de température, qui légitimerait la nécessité d'un refroidissement de la caméra.

alx.

 

[RichardC 470]

Il y a 3 heures, alx a dit :

Je (me) pose même une question  naïve: avec une caméra dotée d'un courant d'obscurité aussi faible (l'essentiel des effets purement thermiques dans  une électronique), est-il vraiment indispensable de refroidir ?

Effectivement pour les CMOS de dernière génération la mise en œuvre est assez différente des CCD ou la course au refroidissement avait de l’intérêt.

Aujourd'hui on peut compenser très bien les effets avec les DOF.

 

En fait ce qui est important c'est surtout de maintenir une température stable pour avoir des dark adaptés... c'est plus pratique d'avoir sa centaine de dark valable plusieurs mois à température fixe.

En gros -15° pour les 3/4 de l'année, c'est bien assez suffisant. (l'été je passe à -6°, au pire 0° car le refroidisseur est à la peine et ça ne sert rien de le pousser à fond).

 

Ces nouvelles caméra (j'ai une ASI5333MC et une ASI2600MM) sont tellement performantes coté electronique qu'on peut encore pousser l'optimisation un peu plus loin.

Comme il n'y a pas d'amp glow, et que le bruit de lecture (il vaut mieux parler de signal) est très homogène, on peut passer à un Offset Synthétique.

 

Il s'agit de ne pas utiliser une image offset (bias) issu de mesures, qui introduises du bruit qui se mélange aux images, mais d'utiliser un niveau constant (signal de lecture) qui sera retiré des 'images sans introduire de bruit.

Il y a aussi sur le paramétrage caméra à décaler le point du zéro en mettant un offset pour éviter que le bruit thermique ne soit clippé par le 0 ADU et le rende asymétrique.

Les deux sont liés et seront supprimé par l'offset synthétique.

 

Ici vous avez la dispersion d'un empilement de 100 offsets sur ma 533MC :

On observe bien le bruit qui serai rajouté à toutes les images, par contre l’écart type autour de la  valeur moyenne est ridicule (0,7 ADU).

 

Pour mon ASI533MC, à la prise d'image je met l'offset à +70 (ADU) et dans l'offset synthétique je retranche  -2796 ADU (= -699 ADU14b)

Pour mon ASI2600MM, à la prise d'image je met l'offset à +70 (ADU) et dans l'offset synthétique je retranche  -700 ADU

(On a bien un ratio de 10 entre offset caméra et ADU à retrancher sur ces caméras).

 

Pour ceux qui utilise le couple Siril/Sirilic, il y a une option non documenté pour l'offset synthétique, il faut mettre l'expression "=2796"" à la place d'un nom de fichier dans les offsets (ça ne s'invente pas !) :

 

Si vous voulez en savoir plus avec un vrai pro, c'est par ici :

https://siril.org/fr/2021/12/stop-à-la-mode-des-dark-flats/

https://siril.org/fr/tutorials/synthetic-biases/

 

Richard

 

Modifié 19 juillet 2022 par RichardC

[toyof 496]

Bravo pour cette vidéo. Une comparaison rondement bien menée sur les performances de ces 2 caméras et cerise sur le gâteau, cette vidéo technique et théorique va devenir, j'en suis sûr, une référence sur les caractéristiques à bien regarder avant de choisir sa caméra CMOS pour ce qui concerne la détectabilité.

[cbuil 3 455]

alx, d'après mon constat, et au moins au premier ordre, le bruit RTS (télégraphe) est peu dépendant de la température. Donc il est toujours un peu là, un peu caché, mais présent. 

 

Si on est très patient, on peut s'apercevoir de chose assez subtiles, que je n'abordent pas dans cette vidéo : certains pixels sont plus affectés que d'autres par le RTS. On peut faire une sorte de carte de la sensibilité à ce type de bruit, et en tenir compte dans le traitement (pondérations), mais on est un peu dans des trucs de très haut vol. On verra plus tard. 

 

Cela a été dit, en moyennant un grand nombre d'images, le bruit RTS disparait (mais pas tout à fait si on va au bout, voir la remarque précédent, c'est sournois, mais sin va pas chipoter). Dans cette vidéo, vous l'avez compris, et compte tenu des caractéristiques de base de ces caméras, je me suis plutot mis dans l'optique de prises de vue peut nombreuses, mais posées très longtemps, en visant la détectabilité maximale. Et là le RTS est critique.

 

Quant les conditions le permettent, on peut sur-échantillonner les images (vive les petits pixels) et filtrer celles-ci par une filtrage médian un peu évolué pour retirer le RTS, sans dégrader significativement le contenu de l'image. C'est hyper efficace (une question de fréquence spatiale de coupure, le RTS étant limité à la taille d'un seul pixel affecté). C'est la technique CMED (le nom vient de moi), que j'évoque rapidement dans la vidéo. Je l'applique pas mal en spectrographie, mais on peut faire aussi des choses en Cien Profond. Les "gros" pixels de la 533 rendent cela plus difficilement applicable ces techniques algorithmiques (enfin par tout à fait), mais comme le bruit RTS est plus bas dans le IMX533, cela compense.

 

Sur que le signal d'obscurité est si bas que l'on peut presque ne pas  refroidissement dans certaines situations.

 

Mon rêve en CMOS est le comptage de photons. Il y a encore du chemin, mais on y arrive doucement !

 

Je pense faire dans pas trop longtemps une vidéo qui fait suite à celle-ci pour échanger sur les techniques et astuces  de mesures des capteurs (et autres bidules) pour que vous soyez en capacité de vous y mettre vous même. 

 

Christian

[tom 1 151]

En effet, il y a quelques temps j'étais tombé là-dessus (doc pdf)  certainement évoqué sur ce forum d'ailleurs. C'est le white paper  de HAMAMATSU sur leur quête vers le CMOS quantitatif.

Ce qui est sympa c'est la comparaison des différentes générations de capteurs et des objectifs de bruit à atteindre pour enfin pouvoir compter chaque photon ... j'avais appris plein de trucs.

Hamamatsu est loin d'être seul sur le sujet et il semble  que ce Graal soit atteignable d'ici quelques années au moins pour les capteurs de grade scientifique.

Même si tout n'est pas parfait dans notre monde, le saut de performance entre 183 et 533 est  un petit témoin de la puissance de l'innovation et de l'intelligence humaine. Rassurant.

SCAS0149E_qCMOS_whitepaper.pdf

[alx 103]

Il y a 8 heures, cbuil a dit :

Si on est très patient, on peut s'apercevoir de chose assez subtiles, que je n'abordent pas dans cette vidéo : certains pixels sont plus affectés que d'autres par le RTS. On peut faire une sorte de carte de la sensibilité à ce type de bruit, et en tenir compte dans le traitement (pondérations), mais on est un peu dans des trucs de très haut vol."

C'est en effet ce que j'ai constaté avec mon ASI 120MM (peut-être pas comparable parce qu'ancienne génération de capteur, mais CMOS quand même !).

Dans une séquence video donnée (pose courte), les pixels RTS n'arrivent pas au hasard. Ils sont cantonnés à des endroits qui représente ~1 % (ou moins) de la surface du capteur. On peut les distinguer par la propriété qu'ils oscillent entre plusieurs valeurs, en général  deux voire trois;  dans certains cas, l'une des valeurs est représentative, la ou les autres sont ''fictives''; la valeur moyenne (celle qui "se retire bien avec les darks") n'a en général pas de sens. Je pense qu'il vaut mieux exclure les pixels RTS de toute intégration.

C'est d'ailleurs ce que fait pratiquement l'algorithme CMED, mais au prix d'une légère perte en résolution. Une autre possibilité, - mais je ne l'ai pas encore testée -, serait d'identifier les pixels RTS  par leur histogramme (il faut alors une séquence video en post-traitement et effectuer dessus un test "histogramme unimodal vs. multimodal"), puis les remplacer par leur plus proche voisin. A suivre.

De toute façon, j'ai de moins en moins d'arguments pour trouver le refroidissement de la caméra nécessaire: dommage, parce qu'apparemment l' ASI 533MM ne fonctionne pas sans l'alim du Peltier branchée (et une partie du prix de la caméra vient de l'implantation du Peltier) ! 

alx.

[Mehdi 1 098]

je crois comprendre de tout cela que ces nouveaux capteur sur des APN non refroidis represente une alternative avantageuse en termes de "nomadibilité" à leurs equivalent couleurs meme refroidis .Le seul avantage de la camera astro à mes yeux semblent etre maintenant la disponibilité des version monochrome . 

 

Sigma FP-L , oui c'est toi que je regarde avec insistance