cbuil

Test comparatif ASI290MM vs ASI220MM

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il y a 41 minutes, Cyg a dit :

Si on me dit bof ça ne change pas grand chose, alors pourquoi se battre pour des caméra qui grapillent qqs dixièmes d'e- en bruit de lecture et restons aux CCD ou à des cam à 2 voir 3 e- ?

Le rapport signal sur bruit (le pouvoir de détection) augmente avec le temps d'intégration.

Mais cette augmentation idéale est multipliée par la racine carrée du signal divisé par la somme du signal et du bruit de lecture  (je le parachute ici, mais c'est assez facile à montrer et se trouve exprimé , je crois,  dans une formule donnée par C.Buil un peu plus haut dans ce fil).

Il y a donc intérêt à avoir le bruit de lecture le plus faible possible.

Les valeurs du signal et du bruit sont ici évaluées en électrons (ou photons via le rendement quantique). 

C'est  indépendant du gain de la caméra, au moins au premier ordre. 

Edited by alx
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il y a 1 minute, alx a dit :

Le rapport signal sur bruit (le pouvoir de détection) augmente avec le temps d'intégration.

Mais cette augmentation idéale est multipliée par la racine carrée du signal divisé par la somme du signal et du bruit de lecture  (je le parachute ici, mais c'est assez facile à montrer et se trouve exprimé , je crois,  dans une formule donnée par C.Buil un peu plus haut dans ce fil).

Il y a donc intérêt à avoir le bruit de lecture le plus faible possible.

Les valeurs du signal et du bruit sont ici évaluées en électrons (ou photons via le rendement quantique). 

C'est complétement indépendant du gain de la caméra.  

Tu reformules sans répondre vraiment.

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Excuses Cyg, mais tu réponds à qui avec ce joli tableau ?

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Oui, il y a en effet un léger effet du gain sur le bruit de lecture qu'on peut voir aussi sur les notices des constructeurs (J'ai modifié la dernière phrase un peu trop catégorique de mon précédent message pour en tenir compte).

Je n'en connais pas la vraiment l'explication.

Quelqu'un sait il si c'est un effet suffisamment net et exploitable pour définir les conditions d'observation ?

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Cyg, je vais essayer de répondre à propos de l'importance du bruit de lecture, en m'appuyant sur un exemple reprenant les valeurs de la caméra ASI220MM mini que j'ai donné dans mon tableau du début de post :

 

J'ai un gain de 120, donc un bruit de lecture de 1 e-.. J'observe Jupiter et je fait des poses assez brèves. Supposons que vers le centre du disque j'ai un signal de disons 400 ADU apparent (un signal de 400 en comptes numériques). C'est une caméra 12 bits, et pour faire bonne figure, le fabriquant (ici ZWO) multiplie en fait le signal vrai par 16 pour faire croîre à une saturation à 65535 (16 bits). Ils font tous cela.

 

Donc le vrai signal en pas codeurs est de 400/16 = 25 ADU (un tout petit niveau d'intensité, je rappelle : exposition brève pour geler la turbulence). Comte tenu du gain électronique de la caméra (0,536 e-/DU), ce signal de 25 ADU correspond à 0,536 x 25 = 13,4 e- (au passage si le rendement quantique est de 75%, cela équivaut à l'arrivée de 13,4 / 0,75 - 18 photons durant la pose - pas grand chose).

 

Il y a un bruit associé à notre signal, qui vaut la racine carré de ce signal (c'est le bruit de photons ou de signal), soit un bruit de racine(13,4) = 3,7 e-. Le bruit total est égal à la somme quadratique du bruit de signal et du bruit lecture : racine(3,7^2 + 1^2) = 3,8 e-

 

Supposons que j'augmente à présent fortement le gain de la caméra et que par hypothèse le bruit de lecture passe à 0,5 e-. Reprenons le calcul du bruit total observé : racine(3,7^2 + 0,5^2) = 3,7 e-

 

Comparer 3,8 e- à 3,7 e-, c'est quasi lamême chose (vous ne verrez jamais cette différence sur les images). Moralité, le passage du gain de 120 à 350 (pas exemple), n'apporte aucun bénéfice. Dans les deux cas le rapport signal sur bruit est de 13,4 / 3,8 = 3,5.

 

On commence à bien percevoir l'impact du bruit de lecture si le signal dans la planète n'est disons que de 20 ADU (soit 20/16= 1.25 ADU), c'est-à-dire presque rien (le bruit du détecteur concurrence le bruit de signal). Mais je crois qu'il est bien rare de travailler avec des signaux aussi faibles sur un disque planétaire. 

 

Bien sur, si on veut appercevooir un très faible satellite juste à coté du disque de Jupiter, le signal venant du ciel (et de l'objet)- est automatiquement très faible, et cette fois le bruit de lecture devient un paramètre important (avec le rendement quantique). Mais on est alors dans le régime BLIP, de bruit de fond. On est aussi dans la situation de la spectro par exemple, sur des objets très faibles, où on reçoit disons 1 photon toutes les 10 secondes (!), par exemple (il faut aussi une caméra bien refroidie pour que le petit bruit de lecture soit bien valorisé).

 

En Ciel Profond, c'est la plupart du temps la lumière du fond de ciel qui génère un bruit de photons tel que là encore le faible  bruit de lecture n'est pas exploité (en fait si, à l'époque du CCD le bruit de lecture (du détecteur) pouvait monter à 10 e-, et il était alors plus facilement gênant). La force principale des caméras CMOS actuelle réside donc dans la détection de très faibles signaux (et un bon QE). 

 

Christian

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Merci à C.Buil pour cette explication pédagogique.

Il faudrait aussi s'entendre sur ce que signifie ''bruit de lecture": à mon avis, dans un CMOS  il est principalement constitué par le bruit RTS, dit ''de télégraphe''.

Par exemple, sur ma caméra ASI120MM, je trouve expérimentalement  un RON de  4.7 e,- au gain de 30 et en posant  300x1 seconde (pour éliminer la contribution du courant d'obscurité)  -,   très proche de la valeur donnée par ZWO.

Mais si j'effectue un filtrage median 3x3 (le fameux CMED de C.Buil), ce bruit tombe à 2.1 e seulement (certes au dépend de la résolution, il faut donc faire le bilan en fonction du type d'observation).

Je ne suis pas persuadé que le RTS , qui est constitutif du composant CMOS, diminue vraiment avec le gain de la chaîne d'amplification en aval.

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Bonjour,

 

2 hours ago, alx said:

si j'effectue un filtrage median 3x3 (le fameux CMED de C.Buil), ce bruit tombe à 2.1 e seulement

 

Je ne suis pas sûr de la justesse de la déduction : si on filtre par un median 3x3 une image ne contenant _que_ du bruit blanc (donc indépendant de la fréquence, contrairement au bruit dit télégraphique en 1/f) , l'image résultante aura _aussi_ une baisse du niveau de bruit.

Un filtrage (médian, convolutif ou autre) ne "sait" pas trier entre les sources de bruit, qu'il soit blanc (résistances des amplis internes), en 1/f (inhérent à tous les semi-conducteurs), de quantification (gain de la caméra) ou encore plus complexe (horloges internes du composant, parasites divers).
Et dans le bruit de lecture, il y a un peu de tout cela.

 

Pour les passionnés, C. Buil a écrit 2 articles très fouillés sur le sujet des bruits dans les caméras en 1997 et 98 dans CCD et Télescope (no 10 et 11).

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Pour évaluer le bruit effectif d'une caméra il ne faut pas filtrer. On biaise en effet la mesure. ZWO et les fabricants ne filtre pas, sinon ce serait une tromperie. C'est pour cela que l'on trouve un résultat cohérent avec les fabriquants en travaillant sur les brutes.

 

Le bruit télégraphe est non gaussien par définition, et il altère donc la mesure du bruit "cl&ssique", qui est supposé suivre une distribution de Gauss. Heureusement, les points les plus intenses du RTC sont assez éparpillées, et en prenant une zone d'analyse relativement large, certes la mesure est un peu altérée par rapport à la théorie, mais on est quant même proche d'une bonne mesure.

 

Le fait de filtrer avec un médian 3x3 par exemple, est particulièrement efficace pour filtrer le bruit télégraphe, qui est une plaie avec les CMOS lorsqu'on travaille sur un tout petit nombre d'images. Mais c'est un filtre qui enlève aussi des détails vrais dans l'image si on n'y prend pas garde. Il y a deux parades sur lesquelles je joue personnellement simultanément :

 

1 - sur-échantillonnage par rapport à la fréquence de coupure optique (l'inverse de la largeur à mi-hauteur des étoiles en gros). Typiquement avec sur-échantillonnage de 3,5 à 8 le FWHM, on peut y aller de bon coeur et sans trop de risque avec un médian 3x3, et effectivement, on peut faire tomber le bruit d'un facteur presque deux. En détection très faible flux, c'est comme si on multiplié la taille du télescope par 2, gratuitement ! A ne pas négliger, vous vous doutez (et c'est trop méconnu).

 

2 - utiliser un filtrage médian optimal qui est focalisé sur le RTC (les bruit impulsion) et qui préserve bien mieux les détails.

 

En spectro, avec les CMOS, j'utilise quasi toujours cet algorithme, le CMED en effet.

 

Christian

 

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il y a 52 minutes, cbuil a dit :

En spectro, avec les CMOS, j'utilise quasi toujours cet algorithme, le CMED en effet.

 

Oui, car le RTS est un "bruit" assez vicieux, propre aux CMOS et souvent mal connu des astrams. 

Il se manifeste en général par le fait que certains pixels défaillants, heureusement peu nombreux, oscillent irrégulièrement entre plusieurs niveaux, - sans rapport avec le nombre de photons reçus -, quelque fois à des niveaux très forts (d'où une confusion fréquente avec le phénomène de  "pixels chauds"). 

Du coup le niveau correspondant du "master dark" (donc la valeur moyenne de ces niveaux, qui n'est en général égale à aucun d'entre eux ) se soustrait très mal de l'image brute pour laquelle on cherche à  caractériser le niveau de base du signal optique.

De plus si on applique ultérieurement  à l'image  un filtrage convolutif (gaussien ou autre) dans le but de "lisser le bruit", on élargit en réalité le défaut aux pixels sains qui se trouvent autour.

La (presque) seule solution est en effet d'effectuer avant toute autre opération un filtrage (non linéaire) par la médiane.

L' inconvénient étant qu'il n' y a pas d'algorithme rapide pour le faire lors de l'acquisition. Heureusement, un filtrage 3x3, c'est-à-dire le moins lourd en calculs, semble suffire. (Pour fixer les idées, un filtrage median 3x3 demande actuellement plusieurs dizaines de millisecondes pour une image d' un megapixel, sur un PC déjà assez musclé).

C'est pourquoi, je pense qu'il serait utile que les fabricants de caméra l'intègre (en option) dans le FPGA de sortie de la CMOS, comme ils le font d'habitude avec le "binning" qui, lui, peut être facilement réalisé en aval de la caméra.

 

alx.

 

Edited by alx

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Salut Christian,

 

Comme pour le choix du SHO, voilà encore une réponse argumentée, complète et imparable.
Ah si seulement tous les profs étaient aussi pédagogue que toi, il n'y aurait plus d'échec

scolaire... ;)

 

Bon, sûr qu'avec le recul de cette démonstration, ça permet de fortement relativiser l'influence

du bruit de lecture et du gain, y compris en poses courtes. Reste quand même que l'augmentation

du gain va (très faiblement, OK) dans le bon sens, donc la réduction du bruit total. Ajouté au fait

que le gain est très utile voir incontournable pour la visualisation des captures en imagerie

planétaire / CP poses courtes / "Visuel Assisté", ce serait donc dommageable de s'en priver...

 

Cela dit, pour en revenir aux caméras, pas encore de réponse côté ZWO ou QHYCCD sur une

version refroidie de leurs caméras respectives.... :(

 

Albéric

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Je pense que le sujet est vaste et qu'il dépend d'énormément de choses (sans doute des généralités) : la nature de la cible (magnitude surfacique), les conditions sur le ciel, la qualité du setup/du suivi, la technique de prise (longues poses, lucky imaging, planétaire) et bien sur les caractéristiques du capteur et ses réglages.

 

Selon ces critères/conditions un optimum peut être trouvé et parfois des réglages auront un impact négligeable, parfois moins (le bruit n'a pas le même impact entre une cible qui envoie 400 ADU ou 20 ADU, il ne sert à rien de poser 15min à bortle élevé), et pour cela rien ne vaut des photos réelles où tout est présent : cible, bruits, amplitude max.

De même le fameux critère "3  x le sigma de l'offset" n'est sans doute pas respecté en Lucky à condition d'accumuler + car l'efficacité est bien entendue moindre, mais tant pis car l'objectif n'est pas l'efficacité du SNR sur le temps total minimal mais de limiter la turbu/diminuer la fwhm par le temps de pose le + court, tout de même dans la limite de la détectabilité de la cible par rapport aux bruits (2 x sigmas suffiraient ?),  et là encore ça dépend du pré-traitement car il y a beaucoup de techniques possibles et souvent c'est juste une moyenne qui est utilisée sans rejets statistiques et peut-être un jour de l'IA...

 

Je vais donc me faire des offset unitaires et comparer à des poses unitaires selon différent temps de pose mais sur une autre caméra car ma QHY200M (pour y revenir) n'a pas encore vu le ciel...

L'analyseur de SharpCap fait ça très bien aussi en temps réel sur le fond du ciel de l'endroit visé et en connaissant les bruits/offset de la caméra préalablement analysée (prérequis), et souvent les temps de poses suggérés sont beaucoup plus bas que ce que l'on pourrait croire, et tant mieux car c'est - contraignant pour le guidage, la fwhm résultante après filtrage fin ne s'en portera que mieux et le SNR suffisamment proche de l'optimal pour les conditions du lieu/setup.

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Abéric, il y a du bon sens dans ce que tu indique : quelque part l'ergonomie d'usage participe à la performance, et donc si l'accroissement du gain facilite l'observation, c'est très bien je trouve (mais cela veux dire qu'il y a aussi peut être des choses à faire coté des softs et/ou la manière de les utiliser, mais cela est une autre histoire). Le problème est que parfois on confond cette facilité ergonomique avec la performance brute de la caméra (et du détecteur).

 

A propos des offsets, un petit truc, cela fait très longtemps que je n'en fait plus. Du moins j'en fait un seul, je mesure le niveau moyen, et je fait une image plate avec ce niveau, qui sert d'offset. Ce dernier est synthétique et ne contient aucun bruit. La raison de la procédure est que l'offset dans caméra CMOS est exceptionnellement plat (en tout cas avec les capteur Sony). Donc il ne sert à rien d'utiliser un offset vrai, même une moyenne, qui apporte toujours plus ou moins de bruit. On est toujours gagnant.

 

Christian

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Il y a 16 heures, Cyg a dit :

Je vais donc me faire des offset unitaires

 

Il y a 12 heures, cbuil a dit :

A propos des offsets, un petit truc, cela fait très longtemps que je n'en fait plus.

 

Qu'appelez vous "offset" ?

S'agit-il de la réponse de la caméra en l'absence de signal optique (qu'on pourrait alors plutôt désigner par  "zéro" ou "noir moyen" (master dark)) ?

Et comment, plus précisément,  l'estimez et l'utilisez vous?

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Il y a 15 heures, cbuil a dit :

A propos des offsets, un petit truc, cela fait très longtemps que je n'en fait plus. Du moins j'en fait un seul, je mesure le niveau moyen, et je fait une image plate avec ce niveau, qui sert d'offset. Ce dernier est synthétique et ne contient aucun bruit. La raison de la procédure est que l'offset dans caméra CMOS est exceptionnellement plat (en tout cas avec les capteur Sony). Donc il ne sert à rien d'utiliser un offset vrai, même une moyenne, qui apporte toujours plus ou moins de bruit. On est toujours gagnant.

 

Intéressant :)

 

Sur des images de Jupiter en CH4, avec des niveaux assez faibles, je n'avais pas trouvé de différence significative entre un traitement avec offset et un traitement sans (ASI290, pose jusqu'à 100 ms)

Sur ce même type d'images, je n'avais pas trouvé d'intérêt particulier à monter le gain à des valeurs très élevées. Si ce n'est que si le niveau de l'image était trop faible, alors WinjJoss créait des artéfacts. Mais c'est un problème spécifique à WinJupos.

Il y a aussi la question de la visualisation des images lors de la mise au point. Mais là le "problème" est plus du côté des logiciels d'acquisition. Certains permettent de régler le seuil de visualisation ce qui permet de ne pas avoir à régler le gain à une valeur forte.

Tout ce que je dis là, c'est pour les images planétaires.

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Je possède un ASIAir pro et un ASIAir plus. Dans les deux cas, avec la caméra ASI220MM mini, le mode préview stoppe à la première acquisition (on ne boucle plus). Toutes les autres caméras sont aussi bloquées. Il faut redematrér la ASIAir pour que cela revienne en ordre; sauf si je branche une ASI220MM, où sa plante à nouveau. Vous avez déjà rencontré cette difficultée avec ASIAir et la 220 (si vous avez ce couple) ? Faut-il faire un update firmawe ?

 

Christian

 

 

Edited by cbuil

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Le 09/03/2023 à 01:54, cbuil a dit :

Mais supposons qu'avec un gain de 1, le signal soit de 100 et le bruit de 2. Imaginons que l'on monte le gain à 10, le signal est alors de 1000 et le bruit est de 20 (car le gain impacte peu le bruit, surtout en régime de bruit de photons, que l'on rencontre en imagerie planétaire, même en pose courte, et on suppose que l'on sort du bruit de quantification  - voir plus loin)

 

Bonjour tous le monde. Sachez que vos échanges sont passionnant. Je rebondi sur  l'exemple ci-dessus concernant l’intérêt ou non du gain, étant moi même dans la catégorie imagerie temps moyen / court, genre 15s ou 20s, pile le créneau ou ça fait débat. En pose longue le gain unitaire s'impose, et en lucky le gain de résolution l'emporte. Ici ni l'un ni l'autre ^^ . Dans l'exemple ci-dessous on voit que l'évolution en cas de monté de gain est proportionnelle mais aucun apport coté rapport signal/bruit . Du coup peut on dire que le gain est juste une variable "neutre", sans impact, ou peut il être nuisible ? A l'exclusion, évidement de l'élément "dynamique" et saturation , qui ont bien peut de risque d’être limitant sur une pose de 15s.

 

Le gain serait alors un élément de confort, ni bon ni mauvais, mais permettant une meilleure détection des étoiles en cas de poses un peu short ( ou filtrées ) ( nécessaires par exemple dans le cas d'un suivi non guidée, ou monture pas exceptionnelle ) ?

 

Merci à vous

Edited by soulearth

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Le 10/03/2023 à 12:20, Boitarsor a dit :

 

Le 10/03/2023 à 09:15, alx a dit :

si j'effectue un filtrage median 3x3 (le fameux CMED de C.Buil), ce bruit tombe à 2.1 e seulement

 

Je ne suis pas sûr de la justesse de la déduction : si on filtre par un median 3x3 une image ne contenant _que_ du bruit blanc (donc indépendant de la fréquence, contrairement au bruit dit télégraphique en 1/f) , l'image résultante aura _aussi_ une baisse du niveau de bruit.

 

Désolé de ne pas avoir remarqué votre message l'autre jour, en commentaire à l'un des miens. Je me permet d'y répondre seulement maintenant.  

 

Il est évident qu'un filtrage médian réduit le bruit quel que soit ce bruit. 

Ce que je voulais dire est que c'est à peu près le seul moyen de réduire le bruit RTS (''télégraphe''), caractéristique des CMOS.

En effet, alors que le RTS ne touche que quelques  dix millièmes des pixels d'une image, il double pourtant la valeur apparente de ce qu'on appelle le ''bruit de lecture''.  D'où une évaluation possiblement biaisée du rapport signal à bruit global.

Le prix à payer est en retour un lissage de l'image: avec un léger gain en sensibilité puisque le sigma est diminué par le facteur sqrt(pi/2) (cas gaussien ou Poisson avec beaucoup d'électrons), mais aussi une légère perte en  résolution (par un facteur d'environ 1.4 (j'ai oublié la valeur théorique exacte)).

Au total, je suis persuadé qu'il y a avantage à effectuer un filtrage median préalable sur les images individuelles produites par une caméra CMOS.

J'irai même plus loin: il devrait être déjà fait dans la caméra, qui délivrerait ainsi un signal statistiquement mieux gérable.

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Le 09/03/2023 à 14:24, Cyg a dit :

Dans le cas de la QHY200M, est-ce qu'il est intéressant de passer de 1e- au gain 110 à 0.47e- au gain 350

 

 

 

Salut ici, je rejoins la bataille ;)

 

Oui, cent fois oui. Si ces valeurs sont avérées, c'est intéressant dés lors qu'on gagne quelque chose à raccourcir le temps de pose unitaire que l'on utilise.

Donc en lucky imaging ciel profond notamment c'est essentiel puisqu'on veut le temps de pose le plus court possible.

 

 

Un bruit de lecture deux fois plus faible permet un temps de pose unitaire 4 fois plus court sans perte de rapport signal/bruit après empilement. ( pour un temps de pose total égal )

 

C'est pour cette raison que j'utilise toujours toutes mes caméras a gain très élevé, et oui la différence entre 1.2e- et 1e- est largement perceptible.

La dynamique y est ridicule mais puisque je fais 50000 images sur le même objet, ça compense sans problème.

 

Christian, merci infiniment pour ce test, effectivement 1.93e-/s c'est mauvais pour le bruit thermique. Fort dommage

 

Bref, je vais enfin avoir le temps de tester cette bestiole, je reviendrai bientôt comparer mes résultats ;) et voir si c'est plus utilisable a faible température.

 

A plus !

 

Romain 

Edited by Roch
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Bonjour à tous,

 

Intéressante cette discussion!

Je viens de m'offrir l'ASI220mm, et j'ai aussi une ASI120mm (forcément, on est obligé quand on a 2 ASIair!). Je dois dire qu'à lutilisation, je vois quand même une nette différence au niveau du bruit final au live view. La 120 a ce défaut que dans le cas des étoiles faibles, le bruit les fait "danser" un peu... chose que l'on observe pas avec la 220.

C'est tout ce que je peux dire pour l'instant. Je pense que le vrai test se fera en dehors des villes, car le fond ce ciel est quand même haut par chez moi... (Bortle 8-9...).

J'ai tout ce qu'il me faut comme caméra CP/APN et caméras planétaires. Donc en l'état, je n'ai pas l'intention de l'utiliser à autre chose que du guidage...

 

Christophe

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@cbuil je lis ce sujet avec intérêt.

 

Le driver de l’ASI220 permet-il de la passer en 8 bits si besoin?

 

l’usb2 est-il limitant pour du guidage entre 0,5s et 1s?

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De mon côté j’ai opté pour la QHY5III200M pour du guidage rapide à l’OAG en infra rouge. Passé un moment de stupeur lié aux mises à jours de tous mes logiciels astro, je dois dire que cette caméra, équipée en standard d’un filtre IR pass 850nm, est bluffante à comparer de la 290.

Avec un champ légèrement plus grand mais surtout bien plus sensible et moins bruité que la 290, elle me permet de guider en IR et multistar même dans des coins pauvres en étoiles.

Edited by SPICA

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Bonjour,

 

J'ai lu (très vite) cette discussions car je vois beaucoup de chiffres, et je me suis posé la même question à sa sortie. Mais il ne faut pas oublier que la 220 mini est sortie juste après la sortie de l'AM5, qui, selon les tests de plusieurs personnes, a avantage à être guidé en multistar (aussi sorti récemment dans les app ZWO) avec une fréquence de guidage élevée et temps de pose court. Dans ce cadre là, un FW bas n'est pas embêtant, car on ne va pas chercher à saturer, ce qui est important surtout est d'avoir de plus grosses cellules (4um) pour capter la lumière rapidement, un QE plus efficace et, surtout, un FoV qui est plus grand. Celui de la 220 colle mieux à l'OAG vendu par ZWO, donc plus de champs == plus d'étoiles pour le multistar guiding. 

 

De manière générale, dans un contexte ou les compagnies d'astro sont en concurrence et font évoluer leur produit sans cesse, je pense qu'on peut faire confiance sur l'équipe technique ZWO pour avoir de bonnes raisons pour remplacer la 290 mini par la 220 mini.

 

Voici une photo que j'aime bien issue du groupe FB:

 

 

Screenshot 2023-11-20 at 11.25.35.png

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