CCD et bruit de lecture

[Bruno- 4 002]

Je m'amusais à regarder ce qui se fait de neuf en caméras CCD (pour au cas où...) Je suis tombé sur l'Atik 320N, avec ses pixels minuscules, mais du coup elle a un bruit de lecture très faible (3 e- RMS, je n'ai pas trouvé mieux chez la concurrence).

Or le bruit de lecture, c'est ce qui empêche d'avoir l'équivalence entre les poses fractionnées et une pose unique. Mais plus il est faible, plus les poses individuelles pourront être courtes. D'où ma question : est-ce qu'un bruit de lecture si faible ne permet pas de s'affranchir de l'autoguidage ? L'idée serait que poser 5 minutes n'apporte peut-être quasiment rien par rapport à des poses de 30 secondes puisque le bruit de lecture est si faible.

Si c'était le cas, je trouve que ce serait un progrès drôlement intéressant !

[-ms- 2]

Les modèles 314E et 320E ont un faible bruit de lecture, des petits pixels et une diagonale de 9mm environ.
Pour 1" d'échantillonnage, la focale doit être inférieure à 1m (206x4,4/1000) :
- dobson 300mm f/3.5,
- C11 + réducteur optec 0.33 (diagonale 9mm),
- lunette 140mm f/7.

Sony est en train de sortir des capteurs plus larges et plus sensibles permettant des temps d'intégration de 1/50s à 512/50s=10s. C'est plutôt cela la solution pour doper son dobson.

[Bruno- 4 002]

Je ne pensais pas à l'équipement d'un Dobson. Le fait de ne pas autoguider simplifie quand même beaucoup les choses même avec un instrument équatorial, non ?

[RedDaron 1]

Oui mais il n'y a pas que le bruit de lecture (offset), il y a le reste, bruits de photons, thermique, pixels chauds, electroluminescence... (dark)

[Bruno- 4 002]

Sauf que les autres bruits ne changent pas lorsqu'on fractionne les poses. Il me semble que c'est seulement vis à vis du bruit de lecture que le fractionnement de poses n'est pas équivalent à une pose unique.

[bboulant 1]

Bonsoir,
je ne le comprends pas comme cela:
1:si le bruit de lecture est faible l'image sera plus pure (excellent offset)
2:mais poser unitairement 10 mn au lieu de 1 mn apportera un gain de +3 en rapport signal/bruit...ce qui me paraît fondamental.
Si tu n'as presque rien comme signal 'utile' sur ta pose de 1 mn ....???

Me gourge ?

A+

[jldauvergne 15 340]

autant que je sache le bruit de lecture et l'offset sont deux choses différentes, ...

[christian_d 3 161]

Salut Bruno

Oui le principe est bon, plus ton bruit de lecture est faible et plus tu peux réduire les poses unitaires. Ce n'est pas le RSB d'une pose unitaire qu'il faut considérer, mais le RSB de l'ensemble des poses unitaires.
Les gens confondent souvent.
Comme l'expliquait Th Legault sur WA quand ton bruit de lecture est minoritaire sur le bruit total d'une brute unitaire poser plus longtemps devient du "placébo" (j'aime bien cette image..).
Pour reprendre ton exemple il suffirait de vérifier le niveau de bruit et de le comparer à celui de l'offset. Si valeur du bruit offset représente 25 à 30% de la valeur du bruit de ton unitaire....: zou ! c'est tout bon avec 30 secondes de pose sans guidage !

Sur WA un collégue fait des poses unitaires de moins de 60 secondes avec un petit DSI proII non refroidi. Ses images montrent des objets jusque magnitude 20 derriére un 200mm en 30 ou 40mn, et le tout sans bruit important.

Christian

[bboulant 1]

Re,
OK, donc expliquez moi, ce que vous 'entendez' exactement par bruit de lecture que je comprenne bien.

Dans la doc Iris (ma bible), il est précisée ceci:
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Un signal dit d'offset (que l'on peu traduire par signal de décalage en français). Ce signal est provoqué par la lecture du CCD lui-même et les circuits électroniques associés.
--------------------------------------------------

A+

[RedDaron 1]

Oui, +1 avec Bernard!

[sebastien85 64]

Le signal d'offset est une chose , le bruit de lecture est le bruit associé à ce signal.

Généralement chaque "signal" est accompagné d'un "bruit" (aléatoire)
Quand tu fais une image d'offset (pose très courte dans l'obscurité) , tu as le signal d'offset + du bruit et ce bruit c'est le "bruit de lecture".

A+
Seb.

[Ce message a été modifié par sebastien79 (Édité le 14-04-2011).]

[Billyjoe 2 959]

J ai toujours un peu de mal a suivre ces discutions sur les ccd.

Mais si on pouvait aussi m expliquer, en quoi le bruit de lecture influt sur la dynamique du ccd?
Je sais que l on calcul la dynamique en divisant la capacitée des pixels par le bruit de lecture mais je ne comprend pas pourquoi?

Merci.

[totolesbaloches 0]

un article comparant la QSI a la SBIG disait justement que la QSI etait meilleure sur ce bruit de lecture

Laurent

[totolesbaloches 0]

doubl

[Ce message a été modifié par totolesbaloches (Édité le 14-04-2011).]

[Bruno- 4 002]

Voilà comment je comprends les choses :

1/ Le bruit du fond du ciel.

Le ciel a un niveau de 100 théoriquement (par exemple), mais comme les photons arrivent de façon aléatoire (en suivant une loi de probabilités précise, dite de Poisson), les pixels ne sont pas exactement à 100 : 95-102-118-99-87-94-106-etc. Ces variation aléatoires vont noyer les petites étoiles (si le ciel était à 100 constamment, on pourrait détecter une étoile de 1, elle émergerait. Là non, elle est noyée non pas dans le fond du ciel, mais dans son bruit.

Le bruit du fond du ciel dépend du niveau du fond du ciel (plus précisément c'est sa racine carrée), donc dépend directement du temps de pose total, indépendamment du fractionnemement des poses. Qu'on pose 3600 fois 1 seconde ou 1 heure, ce sera le même bruit du fond du ciel.

2/ Le bruit thermique.

Même raisonnement. Chaque pixel envoie un certain signal thermique qui, en fait, obéit à des variations aléatoires, ce qui génère un bruit (quand on soustrait la "dark", on ne le vire pas complètement, il reste les variations aléatoires).

Ce bruit dépend du niveau du signal thermique, donc du temps de pose total, indépendamment du fractionnement des poses. Qu'on pose 3600 fois 1 seconde ou 1 heure, ce sera le même bruit du fond du ciel.

3/ Le bruit de lecture.

Chaque fois qu'on lit une image, le convertisseur analogique/numérique convertit un signal électrique en données numériques avec certaines petites erreurs aléatoires.

Cette fois, le bruit de lecture dépend non pas du temps de pose total mais du nombre de fois où on a utilisé le convertisseur machin, donc du nombre de poses. C'est à cause de lui qu'il n'est pas équivalent de faire 3600 poses de 1 seconde ou 1 pose d'une heure.

C'est pourquoi plus le bruit de lecture est faible, plus le fractionnement sera proche de la pose unique. À la limite, avec un bruit de lecture nul, c'est pareil. Sauf qu'il y a :

4/ L'offset.

Celui-là, je ne l'ai jamais bien compris. Si c'est un signal qui se crée à chaque pose, effectivement son bruit dépendra du nombre de poses, donc lui aussi doit être faible. Mais je ne sais pas où trouver les spécifications, du coup j'ai tendance à ne jamais penser à lui...

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Christian : « quand ton bruit de lecture est minoritaire sur le bruit total d'une brute unitaire poser plus longtemps devient du "placébo" (j'aime bien cette image..). »

C'est pour ça que si j'observais en ville, je ferais de la CCD haute résolution sur des objets brillants. En effet, le bruit du fond du ciel sera dominant, donc je pourrais fractionner à fond, par exemple me limiter à des poses de quelques secondes, ce qui permettra de conserver une bonne résolution, j'imagine. En plus, pas besoin d'autoguidage (si la monture est correcte) et même pas besoin d'une mise en station top moumoute, ce qui simplifie le boulot. À mon avis c'est jouable...

[Ce message a été modifié par Bruno Salque (Édité le 14-04-2011).]

[bboulant 1]

Re,
merci de ta patience mais "l'offset" est quelque chose de connu pour tous ceux qui pratiquent le traitement avec Dark, offset, flat avec la plupart des softs du marché.

D'après moi, (je m'exprime avec mes mots à moi), c'est un bruit 'constant' 'régulier' qui intervient à chaque fois que l'on appui sur le déclencheur, aussi bien au 1/8000 qu'en 10 mnn de pose.

Il me semble "constant" et "fiable" car on peut faire une fois pour toute, un MASTER (de 50 offsets) et la première chose que l'on fait est de le soustraire aux Dark et aux Flat.

L'offset est donc un bruit INCLUS dans chaque brute, chaque dark, chaque flat.

En fait ta définition du bruit de lecture
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Chaque fois qu'on lit une image, le convertisseur analogique/numérique convertit un signal électrique en données numériques avec certaines petites erreurs aléatoires.
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corresponds tout à fait à l'idée que je me fait d'un offset(façon C.Buil avec Iris)

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Un signal dit d'offset (que l'on peu traduire par signal de décalage en français). Ce signal est provoqué par la lecture du CCD lui-même et les circuits électroniques associés.
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Bon je vais laisser reposer cette histoire et m'y remettre à froid

Merci en tout cas

[Bruno- 4 002]

La différence entre l'offset et le bruit de lecture, c'est que l'offset est un signal, qu'on peut retrancher (il en reste un bruit), et le bruit de lecture est un bruit.

Maintenant, est-ce que le bruit de lecture n'est autre que le bruit de l'offset ? Si oui, alors j'ai raison dans mon premier message. Mais je ne suis pas sûr que ce soit oui...

[frédogoto 2 093]

Bruno :

quote:

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Or le bruit de lecture, c'est ce qui empêche d'avoir l'équivalence entre les poses fractionnées et une pose unique

---

pas seulement
le bruit photonique - et celui la est irréductible- entre aussi en ligne de compte

[Bruno- 4 002]

Tu parles du bruit de photons ? Ben non, il ne rentre pas en ligne de compte puisqu'il ne dépend que de la totalité du signal, donc du temps de pose total, indépendamment de leur fractionnement. (J'en parlais à propos du bruit du fond du ciel, mais c'est pareil avec le bruit des astres.)

[frédogoto 2 093]

nan je ne le crois pas...
une image : imagine qu'il faille 6 photons pour illuminer tel pixel d'une "unité"
en faisant des poses de 5 minutes, mettons que tu parvienne à (en moyene) 8 photon pour tel pixel.
si tu fait de poses de trente seconde tu aura parfois un photon, rarement deux, et parfois zero. donc pas de quoi imputer une unité sur ton pixel donc plouf

autre image soyons plus "optimiste" en disant qu'il faille 3 photon incident pour illuminer ton pixel d' 1u
en 5mm tu as tes trois photon sur tel pixel mais, variabilité statistique oblig , les 5 mm suivant tu pourrais en avoir plus ou moin, dans tous les cas du ajoute un bruit assez considérable.
en revanche en faisant des pause bcp plus longue , on relativiste les bruit a un flux total, ce qui a mon avi est quand même plus intéressant...

[chonum 976]

Bruno a les bonnes réponses.
Effectivement 3e- c'est très faible pour un ICX, il faudrait la vérifier cette valeur.

Heureusement que Thierry L est aux US sinon vous vous feriez tirer les oreilles

[Bruno- 4 002]

Frédogoto : j'ai l'impression que ton raisonnement ne concerne que les objets qui sont à la limite, et encore : un objet qui n'envoie qu'un photon, il ne sera jamais détectable puisque forcément noyé dans le bruit du fond du ciel.

[Lucien 11 324]

Le signal d'offset n'est pas à proprement parler un bruit électronique.
Son existence est simple à comprendre.

Dans le noir complet et avec un temps de pose très court, on s'attendrait à obtenir un signal de sortie absolument égal à 0 ADU.

Cependant toute électronique ayant des dérives, les concepteurs s'arrangent pour remonter ce niveau nul à une valeur positive faible, décalage ou offset en anglais.

Ceci est fait de telle façon à ne pas perdre un signal très faible au cas ou une dispersion des caractéristiques électroniques (CCD et électronique associée, alimentation...) fasse tomber la valeur du signal de sortie en dessous de zéro. Ceci évite aussi d'installer une circuiterie plus complexe permettant de lire/coder des valeurs négatives.

Il existe des circuits électroniques qui permettent de le faire mais il est plus simple de procéder à ce décalage, en tout cas en imagerie astronomie ordinaire.

Ce signal d'offset est à retrancher dans la phase de traitement. La encore, il faut se méfier car on peut parfois obtenir des valeurs d'intensités négatives; notamment sur des darks de poses assez courtes lorsque des variations de température entre l'offset et les darks peuvent faire produire cet effet.

Le codage des intensités négatives n'est pas admis dans tous les logiciels et formats et de nombreux algorithmes sont perturbés par ces valeurs.

Même dans IRIS, qui pourtant travaille en 16 bits signés (-32768 à +32767), de nombreuses fonctions sont perturbées par des intensités négatives. Il existe des possibilités permettant de corriger ceci.
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Concernant l'idée initiale de se passer d'autoguidage en procédant à des poses assez courtes en ciel profond, c'est ainsi que je procède.
Là encore, il en faut pas se leurrer, je n'aurai jamais les résultats de ceux qui posent 5 ou 10 minutes alors que je suis limité à 120", guère plus.
En choisissant certains sujets et en passant beaucoup de temps au traitement, on obtient des images parfois honorables mais jamais exceptionnelles.

[jpfar 0]

Je pense également que Bruno Salque est dans le vrai.

Pour un temps d'intégration total donné, le RSB par pixel croit avec le temps de pose unitaire de façon quasi logarythmique. autrement dit, au delà d'un certain temps de pose unitaire l'amélioration du RSB est minime.

j'ai fait une simulation en me basant sur le travail de Steve Cannistra.

En prenant pour exemple, un ciel donné produisant 43e-/mn, un objet donné produisant 14e-/mn et un temps d'intégration total de 4h.
Si je cherche à obtenir, avec des poses courtes cumulées, 95% du RSB que procurerait une seule pose de 4 heures,

je devrais poser 120*2mn si le bruit de lecture de la caméra est de 3e-RMS
je devrais poser 14*17mn si le bruit de lecture de la caméra est de 10e-RMS

Dans les 2 cas le RSB par pixel atteindra 95% du RSB que donnerai une pose totale unique de 4h mais dans le premier cas je pourrais probablement m'affranchir de guidage...

Apres savoir si un CCD permettra de s'affranchir de guidage cela dépends aussi de son efficacité globale, des capacités de la monture, du ciel dont on dispose et de la luminosité de la cible convoitée.... pas simple d'en déduire une règle universelle.

Bon ciel

[Fred_76 700]

Si je ne m'abuse, l'autoguidage est là surtout pour rectifier les erreurs de la monture qui a ses défauts mécaniques (erreur périodique) et de mise en station (qui provoque une dérive).

Alors même si on peut s'affranchir de poses unitaires très longues grace à la bonne performance du CCD en bruit de lecture, il n'en reste pas moins qu'additionner beaucoup d'images de faible temps de pose sans autoguidage provoquera des trames difficiles à effacer. Me trompe-je ?