Projet de modification des capteurs EOS

[eq6mod-fr 0]

Salut à tous,
la discussion sur le refroidissement des boîtiers Canon EOS m'a décidé à poster une idée de modification qui me trotte dans la tête depuis quelques semaines, et qui pourrait s'avérer utile...

Tout d'abord, ce qui se fait déjà : la suppression du filtre d'origine (passe-bas + anti-IR) ou le remplacement de celui-ci par un filtre Baader sont des trouvailles simplement géniales. Le rapport signal/bruit dans le rouge est augmenté de façon considérable : la transmission H-alpha passe de 20% à 95% après la "baaderisation" du boîtier !

Mais pourquoi s'arrêter en si bon chemin et ne pas pousser le concept à l'extrême, de façon à se rapprocher de la sensibilité d'une vraie caméra CCD, bien plus chère qu'un APN ? C'est théoriquement possible, et l'idée consiste à supprimer les filtres couleur de la matrice de Bayer ! En clair on se retrouverait avec des EOS dédiés à l'astrophotographie (également utilisables en photo NB "classique" mais en très haute qualité), avec un capteur monochrome (donc vachement sensible ! ) et des images piquées, car finie l'interpolation des pixels !

En effet, chaque zone sensible du capteur est recouverte par un filtre rouge, vert, ou bleu, à raison de deux filtres vert pour un filtre rouge et un bleu. Il est donc facilement compréhensible que chaque photosite (~ pixel) est loin d'être exploité à son maximum en terme de détectivité : par exemple dans le cas des émissions H-alpha, celles-ci ne seront captées que par les photosites recouverts d'un filtre rouge... les autres photosites, c'est-à-dire les trois quarts du capteur, y seront quasiment insensible car recouverts par des filtres verts ou bleus !
Donc malgré la grande amélioration apportée par le filtre Baader, on perd encore les trois quarts du signal H-alpha qui arrive sur les filtres RVB de Bayer ! On pourrait s'en passer, vue la faible luminosité des objets astro...

(suite au prochain message...)

[Ce message a été modifié par eq6mod-fr (Édité le 12-05-2007).]

[eq6mod-fr 0]

(suite)

Maintenant, la grosse étape qu'il faut franchir avant de pouvoir sortir des images aussi fines et lisses qu'une vraie CCD monochrome : retirer cette matrice de filtre de Bayer.
Après réflexions, je pense qu'il est impossible de l'enlever physiquement : c'est à une échelle microscopique, il y a aussi une couche de micro-lentilles, le capteur est installé dans une enceinte hermétique, etc. Bref, je ne pense pas que ce soit la bonne piste à suivre...

Mais avant d'abandonner cette idée de virer les filtres RVB, j'ai pensé à un autre moyen qui semble plus réaliste : les décolorer à distance !
Dans la vie courante, c'est bien connu, une affiche placée près d'une fenêtre perd ses couleurs d'origine et pâlit. Après quelques recherches, il en ressort que les principaux acteurs (90%) de la décoloration sont : rayonnements UV (40%), rayonnements visibles (25%), chaleur (25%). Il faudrait donc tenter l'expérience et éclairer pendant plusieurs heures (jours ?) le capteur de l'APN avec une source UV/visible assez puissante, afin d'observer la décoloration des filtres au cours du temps jusqu'à la quasi-transparence de ceux-ci !!

Pour évaluer le stade de décoloration, rien de plus simple : il suffirait de prendre trois photos de fonds unis bleu, vert, rouge, et on analyse l'image brute CFA. Si on distingue des pixels, alors il subsiste encore de la couleur dans les filtres ==> hop, retour sous la lampe UV pour continuer le processus de décoloration.

Reste à savoir si ces filtres sont décolorables d'une façon ou d'une autre dans un temps raisonnable (quelques semaines maxi)... si c'est le cas, on risque de se faire plaisir pour pas cher en astro !
Par contre, impossible de mettre la main sur le moindre "datasheet" des capteurs CMOS utilisés dans les boîtiers EOS... avez-vous une idée :
- du nom de code de ces capteurs ?
- de la composition chimique des filtres RVB utilisés pour la matrice de Bayer?
- de l'emplacement des micro-lentilles : avant ou après les filtres ?
- de la transmission (surtout en UV) de la vitre placée juste devant le capteur ?
- du rendement quantique, bruit de lecture, etc. des CMOS Canon ?

Merci pour toute contribution à cette idée de projet !
Paul C.

[Ce message a été modifié par eq6mod-fr (Édité le 12-05-2007).]

[frédéric 2]

Sans te mentir j'avais également pensé à cette idée de supprimer la matrice de Bayer, mais vue la taille de la bête je n'avais pas été plus loin dans cette idée

Mais sinon ta deuxième idée avec les UV, si elle est faisable est très intéressante.

Je vais suivre ce sujet avec la plus grande attention.

[pulsar67 8]

Je pense que le capteur des EOS sont fabriqués par Canon et donc dédiés à leurs appareils.... il y a donc fort à parier qu'il n'y ait pas de datasheet accessible à tout un chacun... il faudrait donc connaître quelqu'un travaillant au centre R&D de Canon pour essayer d'obtenir les précieuses informations...

[scc 147]

Il faudrait être sûr que l'exposition prolongée à du rayonnement UV intensif ne va pas rendre le capteur et ses filtres...opaques.

[eq6mod-fr 0]

Ouaou ! J'étais plongé dans le datasheet du Sony ICX424AQ qui est un capteur couleur 1/3", donc je me dis qu'au niveau des filtres de Bayer, ça doit être semblable chez Canon.
Je parcours tout le dossier à la recherche d'info sur les filtres RVB, notamment pour essayer de connaître leur composition chimique, mais rien... puis dans l'avant-dernière page (comme par hasard ), des phrases qui motivent bien !

En voilà une copie :
"Do not expose to strong light (sun rays) for long periods, color filters will be discolored (alors là ça tombe bien ! ). When high luminance objects are imaged with the exposure level control by electronic-iris, the luminance of the image-plane may become excessive and discolor of the color filter will possibly be accelerated (c'est pas plus mal ! ). In such a case, it is advisable that taking-lens with the automatic-iris and closing of the shutter during the power-off mode should be properly arranged. For continuous using under cruel condition exceeding the normal using condition, consult our company."

Ah ça fait plaisir de lire ce genre de truc, en espérant toutefois que ça réagisse de la même façon avec les filtres Canon...

EDIT : je fais un autre message pour les réponses.

[Ce message a été modifié par eq6mod-fr (Édité le 13-05-2007).]

[eq6mod-fr 0]

scc > En effet il vaudrait mieux éviter les effets indésirables, du genre opacification des filtres. Je ne suis pas chimiste dans l'âme, mais je ne vois pas pourquoi une matière colorée et transparente (filtre RVB d'origine) pourrait s'opacifier simplement en l'éclairant aux UV...
Un point à faire examiner par un éminent spécialiste comme epsilonzéro, par exemple !

frédéric >Hé hé ! C'est sûr qu'on se sent bête la première fois qu'on lance des poses B pour examiner le capteur : "Ah ouais c'est pas bien grand tout ça, j'pensais tirer sur la matrice de filtres avec une pince à épiler pour me faire un super capteur monochrome, mais on va éviter d'y penser..." Bon je caricature, mais on n'est pas loin.

pulsar67 > Oui je me disais que Canon n'a peut-être pas intérêt à mettre en ligne ses datasheets, y'a un peu ce côté "Classé confidentiel", nan ? A moins que ce ne soit simplement dû au fait que les capteurs Canon n'étant pas commercialisés séparément, les datasheets en ligne ne seraient d'aucune utilité ?
Quant à trouver quelqu'un qui bosse en R&D chez Canon, et plus précisément dans les CMOS pour boîtier EOS, euh... ce serait l'idéal, mais comme on dit : l'espoir fait vivre.
Je vais peut-être commencer modestement en passant par la page "Contact" du site web Canon ?

Et j'y pense : pourquoi ne pas chercher du côté des machines utilisées en labo et destinées à accélérer le vieillissement de différents matériaux ? Histoire de voir ce qu'ils utilisent comme rayonnements (UVA/UVB/UVC ?) et à quelle puissance.
Finalement, je sens que le plus simple est à portée de main, un truc tout con du genre : monter un vieil objectif qui ne vignette pas, puis le braquer en pose B et défocaliser sur le Soleil, par petites séances histoire de ne pas non plus crâmer la baraque...

Paul

[epsilonzéro 16]

héhéhé, géniale la rélflexion. Décolorer les filtres en les exposant à un fort rayonnement UV, pourquoi pas, mais effectivement, il peut s'opérer une opacification.
ça dépend évidemment des matériaux utilisés. SI c'est un verre coloré, il est possible que les pigments puissent de décolorer sans que la matrice ne se déteriore. Par contre si c'est un matériau en polymères, là il y a fort à parier que ça puisse s'opacifier. C'est ce qui se passe sur les matériaux de type altuglass qui ont tendance en vieillissant à perdre de la transparence.
Auyre chose, je ne sais pas ce que pourrait donner à la longue une forte exposition des photosites du capteur à un intense rayonnement UV.
Mais bon, celui qui a un APN à sacrifier, et une bonne insoleuse à circuits imprimés pourrait tenter l'expérience !

[pulsar67 8]

eq6mod-fr > je pense qu'il y a des deux : confidentialité et en même temps, ça n'aurait aucun intérêt de diffuser la datasheet vu qu'on n'est pas sensés utiliser ces capteurs pour une autre utilisation. Connaître quelqu'un qui serait dans les CMOS pour EOS n'est pas obligatoire je pense... quelqu'un en R&D électronique ou en industrialisation peut suffire pour accéder à la datasheet (car, même si elle est distribuée, il existe forcément une datasheet ou des traces de données techniques quelque part en interne).

Bon allez, y'a pas quelqu'un qui a un EOS en trop pour faire le test? juste histoire de voir?

L'autre idée serait de faire simplement un test : en gardant un réglage de couleur identique, temps de pose identique, etc, on fait une certaine photo à un instant t, puis on laisse le capteur au soleil pendant un certain temps et on refait une photo, puis on compare a différence (si la différence est visible)

[frédéric 2]

Je pense que les capteurs CMOS possèdent d'origine un filtre anti UV, car sinon à la longue les couleurs de nos chères photos prisent avec notre APN serait de plus en plus ternes.

[Ce message a été modifié par frédéric (Édité le 13-05-2007).]

[frédéric 2]

j'ai une idée, au lieu de sacrifier un APN, le test serait fait sur une toucam couleur, on pourrait voir si la matrice se décolore

[patdut 0]

Salut matinal,

eq6mod-fr->Et qu'en est-il du hardware qui code les signaux RVB:
>> Si tu récupère 3 pixels N&B pour 1 pixel couleur tu n'auras plus que 255 niveaux de gris par pixel, me trompje ?
>> De plus ne faut-il pas réinterpréter toute l'information des fichiers raw pour en faire une info exploitable ?

[Ce message a été modifié par patdut (Édité le 13-05-2007).]

[pulsar67 8]

frédéric > avec une webcam ça semble fonctionner vu que c'est indiqué dans la datasheet du capteur... mais la question est de savoir si ça marche aussi sur le capteur d'un APN! Le fait de tenter l'expérience sur une webcam ne nous apporterait rien du tout.

Ceci dit, ça peut être sympa de faire l'expérience sur une webcam quand même car dans ce cas, ça peut être un bon moyen de faire la modif N&B sans payer un seul rond

patdut > oui, il faudra voir pour le décodage des images sinon, on risque d'avoir des couleurs toutes zarb...

[frédéric 2]

Oui, d'accord, mais j'ai proposé l'idée de webcam pour voir les UV agissaient bien sur la matrice de Bayer

[Thierry Legault 5 848]

à supposer (je dis bien : à supposer...) que ça marche, ça revient à obtenir un capteur monochrome, le fichier raw donne donc l'image directement, qu'est-ce que vous voulez décoder ???

[eq6mod-fr 0]

Salut !
Bon déjà, je suis content de voir que vous vous intéréssez à ce projet... au début j'attendais plutôt des réponses du style "Mais c'est n'importe quoi ton idée, c'est infaisable, va prendre tes cachets mon grand !". Enfin voilà, z'êtes bien sympa !

pulsar67 > Je vais contacter Canon France et Canon USA pour tenter d'être redirigé vers une personne compétente. J'ai quelques questions à leur poser...

epsilonzéro > Aïe, le chimiste a parlé. Merci pour ta réponse, va falloir étudier ça de très près... si jamais c'est un polymère et qu'il s'opacifie, as-tu une idée de la perte de transmission ? 100% ou plutôt 10-20% ? En décolorant les filtres, l'aire sensible serait quadruplée, donc même dans le pire des cas ou une diminution de transparence apparaîtrait, le capteur resterait quand même plus sensible que l'original, et les images plus fines.
Après un petit schéma, je viens de calculer que jusqu'à une opacification des filtres d'environ 70-80%, la décoloration UV reste bénéfique en terme de sensibilité ! Sans compter que la transmission du filtre rouge de la matrice de Bayer chute peut-être pas mal dans le H-alpha, comme avec le filtre passe-bas/anti-IR d'origine qui n'en laisse passer que 20%.
Mais bon, faut espérer qu'il n'y aura pas d'opacification aux UV, et ce serait vraiment le panard !

Quant aux effets des UV sur le photosite, c'est du silicium... tu crois vraiment que ça puisse avoir des effets néfastes ? Je pense plutôt à la chaleur qu'il faudrait limiter pour éviter les trop fortes contraintes sur les matériaux : micro-lentilles, couche de silicium, etc.

frédéric > Là c'est pareil, à l'heure actuelle je ne connaîs pas la transmission UV de la vitre placée juste devant le capteur, mais voilà quelques hypothèses qui laisserait penser que la décoloration est possible :
>> as-tu lu mes deux précédents messages ? Je racontais qu'en lisant la fiche technique d'un capteur couleur Sony (ICX424AQ), je suis tombé sur un paragraphe qui dit en gros : "Ne pas exposer le capteur aux lumières intenses (Soleil) pendant une période prolongée, car les filtres de couleurs se décoloreront."
>> deuxièmement, les EOS sont des APN reflex, donc leur principe fait qu'en utilisation classique le capteur ne reçoit que très rarement la lumière : la phase de cadrage et de mise au point se fait au viseur optique (contrairement aux Bridges et APN compacts), donc le capteur ne reçoit la lumière que pendant l'exposition (relevage du miroir et du rideau) : 1/250è de seconde par ci, 1/60è par là, etc.
En toute fin de vie du reflex, les filtres colorés RVB n'ont peut-être vu la lumière que quelques heures au plus, donc pas de quoi avoir une influence notable sur la coloration, à moins de ne shooter que le Soleil en pleine face sur des dizaines de milliers d'images...
Tiens, un petit calcul pour donner une idée : disons qu'un EOS puisse prendre 50 000 photos avant une panne, avec une moyenne de temps d'exposition de 1/60è de seconde. Au final on trouve que le capteur a été éclairé moins d'un quart d'heure dans sa vie ! Pas de quoi décolorer les filtres de façon notable...

Donc mon hypothèse pour l'instant, c'est que Canon n'a pas optimisé la pigmentation des filtres des capteurs utilisés dans les EOS, puisque leur temps d'exposition aux UV est ridicule dans une vie en utilisation "normale" (photos de la belle-mère, le chien, les gosses, etc. ).

Pour répondre à ton deuxième message, concernant l'essai sur un capteur couleur de webcam : bonne idée ! En tout cas, le datasheet de Sony indique bien de faire attention parce que certains filtres sont décolorables, donc rien n'est perdu... faut garder espoir pour les capteurs des EOS !

patdut > Avec des filtres décolorés qui cohabitent dans un boîtier programmé pour un capteur couleur, y'aurait un problème avec le format jpeg couleur du boîtier. Mais un capteur (surtout en astro) s'utilise au format brut pour obtenir la meilleure qualité et dynamique : les fichiers RAW du capteur monochrome serait directement utilisables au format CFA (color filter array : du brut de brut ), il n'y aurait pas de motifs 2x2 de pixels qui apparaîtraient (comme sur cette image du site de Christian Buil).
Donc pas besoin d'interpoler le fichier CFA, voilà pourquoi les images seraient aussi plus piquées ! Et pour une utilisation classique en NB, il faudrait vérifier, mais je crois qu'il suffirait de fixer le mode de l'EOS sur "noir et blanc" : dans ce cas, les images au format jpg ne serait pas affectées par des artefacts de couleur, et la qualité sera même supérieure au niveau du rapport signal/bruit.
Bref en utilisation RAW, les EOS donnerait de superbes images NB, très peu bruitées et à haute résolution !

Paul

[Ce message a été modifié par eq6mod-fr (Édité le 13-05-2007).]

[cbuil 3 491]

Les filtres sont probablement des colorants organiques.
Je pense que c'est la même technologie depuis des lustres
sur tous les capteurs couleurs, il n'y a qu'a voir l'allure
des courbes de réponse, qui se ressemble. Ca ne veux pas dire que c'est strictement
la même chose, mais pas loin. Donc à mon avis un test sur
un webcam est représentatif.

Maintenant je suis très sceptique sur le résultat. On peut
s'attendre à des instabilité du matériaux, certe, mais de là
à converger vers un filtrage neutre ET transparent...
Peut être qu'il y aura décoloration (légère ?), mais si
c'est pour perdre en transmission. Mais
tant qu'on a pas essayer !?

Info importante tout de même, le filtre antiIR des APN
(et s'en doute des webcam) est aussi un puissant
filtre anti-UV. Idem, mais dans une
moindre mesure avec un filtre Baader.
Il faut donc au préalable entièrement défiltrer le
boitier. Sachez que même ainsi, le hublot du capteur (indémontable)
va bloquer les UV lointains (ce n'est pas de la silice
ou du quartz). Donc soucis certain d'efficacité.

Je bosse dans le spatial et on a eu l'occasion
de bombarder avec des flux de protons des capteurs
couleurs à matrice de Bayer pour voir si ca supporte
le choc de l'espace. Je ne me suis pas trop occupé de cela
et c'est un peu confidentiel, mais sachez que le
comportement c'est avéré plus robuste que prévu
d'après ce que je m'en souviens.

Sachez enfin qu'un APN noir et blanc ca existe déjà !!!
Voir ici (lisez attentivement) :
http://www.astrosurf.org/buil/lhires_ir/obs.htm

Christian Buil

[epsilonzéro 16]

a mon avis si ça s'opacifie, je ne suis pas persuadé que ce soit homogène, et ça risque de faire vilain en terme de perte.
Faut essayer d'insoler une webcam, c'est moins cher, mais d'un autre côté est-ce extrapolable au capteur d'un APN ?

[frédéric 2]

Comme je possède plusieurs CCD couleur de TOUCAM Pro suite à des remplacements du capteur couleur en noir et blanc, je vais essayer de placer ma webcam devant une source UV pour voir s'il y a une diminution de couleurs.
Pourriez-vous me donner quelques exemples de sources UV, ainsi que le temps d'exposition qui serait nécessaire d'appliquer ?

[epsilonzéro 16]

ben une insoleuse à circuits imprimés à tubes UV, c'est à mon avis le top.

[eq6mod-fr 0]

Christian > Merci de te pencher sur le problème. Pour le filtre passe-bas/anti-IR d'origine, on admet évidemment que pour ce projet il a été retiré : mettre un tel filtre (transmission de 20% en H-alpha) devant un capteur monochrome dédié à l'astro, ça relèverait du masochisme...
Ce qui peut poser problème c'est effectivement le hublot situé juste devant le capteur, mais si la datasheet du capteur Sony recommande de ne pas pointer des sources intenses sous peine de décolorer les filtres, c'est que ce verre (je suppose qu'il est semblable chez Canon) ne bloque pas tous les rayonnements qui nous arrangent pour cette modif, même si la transmission UV-C n'est peut-être pas totale...

Concernant la page dont tu donnes le lien (spectro LHIRES), c'est le genre d'article qui me donne vraiment envie de me mettre à l'astro scientifique ! Seras-tu au Pic du Midi cet été ? Il y a de fortes chances pour que j'y travaille en journée pendant juillet et août (animation), donc si tu es de passage j'aimerais vraiment te rencontrer, si possible évidemment...
Mais pour revenir à la discussion initiale, le "capteur monochrome" qu'on obtient dans l'infra-rouge n'est donc réservé qu'à un domaine bien précis : l'imagerie IR, plutôt orientée "pro" et peu utilisée chez les amateurs. Donc pour sortir de belles images astro "classiques" avec la technique LRGB, on ne peut pas contourner l'étape de suppression des filtres colorés.
Par contre, existe-t-il un équivalent des régions d'émissions H-alpha ou H-béta qui existerait en longueur d'ondes infra-rouges ? Si oui, ça pourrait être une autre piste à suivre, mais le rendement quantique d'un capteur EOS ne doit pas être énorme dans l'IR, tu ne crois pas ?

frédéric > Je pensais sacrifier ma Toucam en la pointant vers le Soleil, mais si tu es volontaire alors c'est avec plaisir !
Par contre, avant de mettre le capteur sous le grill , il faut pouvoir définir des références qui permettront de dire si oui ou non il y a décoloration et opacification au cours de l'irradiation UV.
Donc j'ai pensé à un truc tout bête : mettre un morceau de scotch d'électricien (ou autre truc opaque) sur une moitié du capteur. En illuminant perpendiculairement le capteur, la zone scotchée devrait bien rester dans l'ombre et servira de témoin. Pour suivre l'évolution de l'expérience, il suffit de passer la webcam en mode raw et de comparer les images obtenues en filmant séparément des fonds uniformes bleu, rouge, vert : initialement, on devrait observer des motifs carrés identiques qui se répètent par groupe de 2x2 (dans ce style : ici).
Si l'idée de décoloration fonctionne, ces différents motifs devraient s'estomper sur la moitié du capteur éclairée aux UV, jusqu'à complètement disparaître. Pour évaluer l'opacité éventuellement créée par les UV, il faudra que l'on compare l'intensité des zones RVB (selon la couleur filmée) de la partie témoin avec l'intensité de la partie éclairée : si cette dernière est identique ou plus grande que le témoin ==> Champagne ! Les modifs de webcam en NB nécessiteront simplement une séance d'UV sur le capteur couleur !
La grosse question sera de savoir si les capteurs des EOS réagissent de la même façon aux UV que ceux des webcams.

Je vous tiens au courant si j'ai du nouveau en provenance de Canon, même si je n'y crois pas trop...

Paul Compère

[Ce message a été modifié par eq6mod-fr (Édité le 13-05-2007).]

[eq6mod-fr 0]

Quelques liens en passant :

- une page qui détaille les effets des UV sur les plastiques (le paragraphe "Degradation" est pas mal) : c'est par ici !

- un bon gros capteur monochrome de 33Mpx, lisez bien ses dimensions, c'est appétissant ! http://www.dalsa.com/pi/products/productdetails.asp?ProductID=FTF5066M

Voilà voilà...

[frédéric 2]

Je vais testé l'influence des UV sur ma toucam, je vous tiendrai également au courant

[scc 147]

D'après le lien posté, je crains que les UV ne se contentent pas de décolorer les filtres mais de les opacifier ou les dégrader d'autres façons.

Les rayonnements à haute énergie et les polymères, plastiques, élastomères et autres organiques ne s'aiment pas trop.

Il faut peut-être espérer que les effets ne soient pas simultanés et que la décoloration se fasse à une energie inférieure aux autres dégradations.

[Ce message a été modifié par scc (Édité le 13-05-2007).]

[pulsar67 8]

Epsi, tu parles des dimensions pour le porte monnaie? bah je viens de mesure, je ne pense pas que ça rentre