la fin du Cmos?

[Thierry Legault 5 814]

quote:

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Ben pas tout a fait. ok pour le signal mais pas pour le bruit...

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Je pense qu'on va finir par converger, mais encore une fois soit je comprends mal, soit il y a un problème. Le signal, le bruit et donc le RSB photonique est bien le même en 1 pose de 1s ou 4 poses de 1/4s. Je persiste et signe

[brizhell 2 634]

Salut Thierry

>Je pense qu'on va finir par converger, mais encore une fois soit je comprends mal, soit il y a un problème. Le signal, le bruit et donc le RSB photonique est bien le même en 1 pose de 1s ou 4 poses de 1/4s. Je persiste et signe

Tu fait bien de persister, a mon avis, ce n'est pas toi qui comprend mal, c'est moi qui m'exprime mal... C'est ce que j'ai tenté de corriger rapidement lors de mon dernier message (en me prenant d'ailleurs les pieds dans le tapis ;-)).
Je suis entièrement d'accord avec toi, le RSB sera identique en une pose de 1s ou en 4 poses de 1/4s, sauf avec une EMCCD ou toute autre techno permettant d'augmenter le RQE au dessus de 100% et donc de maintenir dans une certaine mesure le RSB des poses unitaires constant.

Voici ou je voulais en venir :
Supposont qu'au cours de la pose de 1 secondes, tu fasse, sur un pixel unique, une mesure du nombre de photons qui tombent. Ta source emet disons 16 photons par secondes. Lorsque tu fait ton acquisition, nous supposerons que dans le meilleur des cas, tu récupère effectivement 16 photons. L'incertitude sur la mesure de ces 16 photons est racine(16) soit 4 photons. Cela veut dire que l'on compte 16 photons +/-4. Le rapport signal/bruit sera de 4

Prenons maintenant 4 poses de 1/4 de secondes. Chaque pose permettra d'obtenir un signal de 4 photons soit 16 photons au total.
L'interêt des EMCCD ou des ces nouvelles techno définies dans ce post est de permettre de maintenir "artificiellement" le RSB des poses unitaires d'ou ma phrase :

>Pour un même rapport signal/bruit, il vaut mieux N poses fractionnées qu'une pose unitaire.

Sans cette astuce, la pose de 1/4 seconde donne 4 photons, donc un bruit de 2 photons par pose, sommé quadratiquement sur 4 poses, on retombe sur un bruit de 4 photons donc un RSB de 4.
En maintenant le RSB à 4 (comme sur la pose de une seconde) sur les poses de 1/4s, on obtient un bruit de 1 photon par pose. Le bruit de la somme quadratique est donc de 2 photons. Donc au final un RSB de 8 au lieu de 4, donc un gain d'un facteur 2
Et ce raisonnement se généralise a N poses tant que l'ont peut maintenir le RSB (on a au final un gain de racine(N)).

Bernard

[PascalD 4 385]

Faudrait définir de quoi on parle.
Le bruit photonique, d'habitude, ce n' est pas une caractéristique de la source ?
En quoi une techno quelle qu' elle soit pourrait influencer le comportement de la source ?

[olivdeso 1 860]

+1 le bruit ne dépend que de la source, tu est dépendent des photons qui arrivent. Tu peux faire le traitement que tu veux, tu ne peux rien y changer...

[brizhell 2 634]

>Faudrait définir de quoi on parle.
>Le bruit photonique, d'habitude, ce n' est pas une caractéristique de la >source ?
>En quoi une techno quelle qu' elle soit pourrait influencer le comportement >de la source ?

Ben je ne voit pas ou j'aurais pu dire le contraire...
Ok définissons (si j'ai mis un lien vers le cours de Christian, ce n'etait pas pour rien).
Le bruit photonique est caractéristique de la source, c'est une évidence pour tout le monde.
Mais la capacité de l'appareil de mesure a avoir la finesse suffisante pour détecter le signal autant que le bruit de la source, est un problème de techno, pas d'influence de la techno sur la source (ce qui n'a pas de sens, sauf peut être quand on est au niveau quantique, mais c'est un autre débat).

J'ai l'impression qu'il y a confusion entre source de bruit intrinsèque ou extrinsèque au système de mesure (voir cours de C. Buil cité dans mon message précédent)...
Si j'essaie d'imager une source photonique quelconque avec un appareil de mesure dont les caractéristique de finesse autant que de bruit sont incompatible avec la grandeur a mesurer, je n'ai aucune chance d'obtenir une information sur la quantité recherchée ainsi que sur son bruit.
Faire de l'imagerie au bruit de photon, cela necessite des techno ou l'on augmente le rapport signal sur bruit au dela des bruits intrinsèque de l'appareil de mesure. En EMCCD, on atteint le régime de shot noise, entre autre parceque l'on abaisse le bruit de lecture à quelques centièmes d'électrons. Même avec un CCD à 1,3e- de bruit, je suis aux fraises pour obtenir ce genre de mesures. C'est, par analogie, essayer d'attraper une épingle avec des gants de boxe...

>+1 le bruit ne dépend que de la source, tu est dépendent des photons qui arrivent. Tu peux faire le traitement que tu veux, tu ne peux rien y changer...

Au risque de me répéter, je ne voit pas ou j'ai dit le contraire.... On influence pas le bruit de la source, on augmente artificiellement le rapport signal/bruit pour passer au dessus du bruit de mesure. Ca me parait pourtant clair. Et si tel n'etait pas le cas, faudra expliquer aux physiciens qui font des mesures au shot noise que leur mesures sont fausses car impossible...

Bernard

[PascalD 4 385]

Personne n' a dit que les mesures genre comptage de photons étaient fausses, on cherche juste à éclaircir ce que chacun veut dire.

Je pense que Thierry Legault faisait remarquer que le bruit de photon ne dépendant pas du détecteur, mais seulement de la source, pour un système non quantique (i.e. hors manip de laboratoire à base d'intrication), le RSB *photonique* est forcément le même quelque soit la méthode d'intégration.

Alors que tu sembles parler de RSB après détection, ici :
"Je suis entièrement d'accord avec toi, le RSB sera identique en une pose de 1s ou en 4 poses de 1/4s, sauf avec une EMCCD ou toute autre techno permettant d'augmenter le RQE au dessus de 100% et donc de maintenir dans une certaine mesure le RSB des poses unitaires constant."

Je pense donc que vous ne parlez pas de la même chose, et qu'il vaut mieux préciser, c'est tout. Ceci dit, il est clair que le RSB photonique, on y a jamais accès, puisqu'il faut toujours passer par un détecteur pour faire une mesure, en pratique c'est le RSB après détection qui est la grandeur pertinente. J'imagine que tu fais allusion à des trucs comme ça, qui visent à diminuer le bruit de mesure du détecteur, pas le bruit photonique : http://www.utinam.cnrs.fr/?Comptage-de-photons-avec-une

Je dis une connerie ?

[Ce message a été modifié par PascalD (Édité le 14-07-2013).]

[olivdeso 1 860]

"Je suis entièrement d'accord avec toi, le RSB sera identique en une pose de 1s ou en 4 poses de 1/4s, sauf avec une EMCCD ou toute autre techno permettant d'augmenter le RQE au dessus de 100% et donc de maintenir dans une certaine mesure le RSB des poses unitaires constant."

-> En fait non : ça sera la même chose même avec une EMCCD. L'EMCCD permettra juste de faire des poses unitaires plus courtes. (elle à un bon RSB pour les poses très courtes, mais se fait rattraper ensuite par les CCD) Si c'est suffisamment court, tu peux passer dans les trous de turbu comme en planétaire (Lucky imaging). Mais il faut un objet relativement lumineux et/ou du diamètre pour descendre en dessous de la seconde de pose unitaire.
C'est là ou c'est intéressant.
Par contre plus le bruit du détecteur est faible, plus tu as accès à des objets faibles, mais à condition d'avoir un minimum de signal, donc du diamètre et un bon ciel sans pollution.

[brizhell 2 634]

Bonjour Pascal,

>Personne n' a dit que les mesures genre comptage de photons étaient >fausses, on cherche juste à éclaircir ce que chacun veut dire.

J'aurais dût utiliser des smileys, mais ma remarque précédente s'adressait principalement à la réponse d'Olivedso.

>Ceci dit, il est clair que le RSB photonique, on y a jamais accès, puisqu'il faut toujours passer par un détecteur pour faire une mesure, en pratique c'est le RSB après détection qui est la grandeur pertinente.

C'est exactement cela. Le bruit de photon est une notions physique, a laquelle on n'a accès qu'a partir du moment ou le système de mesure de génère un bruit intrinsèque inférieur a ce bruit de photon. C'est le cas avec un EMCCD, et avant c'etait le cas avec des photomultiplicateurs.

>J'imagine que tu fais allusion à des trucs comme ça, qui visent à diminuer >le bruit de mesure du détecteur, pas le bruit photonique : >http://www.utinam.cnrs.fr/?Comptage-de-photons-avec-une

Je dis une connerie ?

Non,tu a parfaitement raison. L'algorithme de Lantz (2008) est déjà implanté dans certains modèles d'EMCCD de compétition, et dont je ne citerai pas le nom du fabricant pour ne pas faire de pub.
Avoir ce mode de filtrage du bruit d'acquisition des registres de multiplication (qui s'aditionne quadratiquement au shot noise), le bruit d'acquisition donne accès aux fluctuation du shot noise.
Je travaille avec un collègue (au niveau professionnel, j'entend) sur une approche un peu similaire (pour la ségragation des sources de bruit)

>mais seulement de la source, pour un système non quantique (i.e. hors >manip de laboratoire à base d'intrication)

D'autres expériences sont limitées par le shot noise, si tu t'interesse au sujet, je te recommande les travaux suivants : http://prl.aps.org/abstract/PRL/v85/i18/p3789_1
ou les chercheurs pour lesquels je bosse : http://arxiv.org/pdf/quant-ph/0407246v1.pdf

Bernard

[brizhell 2 634]

Bonjour Olivedso

>-> En fait non : ça sera la même chose même avec une EMCCD. L'EMCCD >permettra juste de faire des poses unitaires plus courtes. (elle à un bon >RSB pour les poses très courtes, mais se fait rattraper ensuite par les >CCD)

Non, ce n'est pas le cas avec une EMCCD pour les raisons que j'ai expliqué plus haut.
Je reprend la demonstration à temps de pose constant : 1 secondes au total en une pose, ou 4 poses de 1/4 secondes a RSB (après détection :-)) constant.
Sur une pose unique: 16 photons de signal avec un bruit de 4 photons. RSB de 4
Je divise le temps de pose par 4, j'aurais donc 4 photons par pose. en augmentant le facteur de multiplication (je rappelle que EM veut dire electron multipliying), disons d'un facteur 4, une pose de 1/4 de seconde m'amène aussi à 16 électrons collectés avec un bruit de 4 électrons. Maintenant je fait la somme des 4 poses. J'aurais donc 16*4 = 64 électrons de signal et racine(4²+4²+4²+4²)=racine(4*4²)=2*racine(4²)=8 donc un bruit de 8 électrons. Le rapport signal sur bruit sera de 64/8=8.
On a donc un RSB (après détection :-)) de 8 au lieu de 4 donc 2 fois meilleurs pour un même temps de pose.
Je pense que je vais avoir du mal a faire plus détaillé comme démonstration.

> Si c'est suffisamment court, tu peux passer dans les trous de turbu >comme en planétaire (Lucky imaging). Mais il faut un objet relativement >lumineux et/ou du diamètre pour descendre en dessous de la seconde de pose >unitaire

Non plus. J'en veut pour preuve (pour une fois c'est un truc que j'ai fait moi même avec une EMCCD) :
http://www.afanet.fr/RCE/PresentationsRCE2010/Bernard-Tregon-Techno_emccd.pdf

Et pour le lucky imaging :
http://www.astro-proam.com/larochelle2012/presentations/LaRochelle2012BTregon.pdf
.
>C'est là ou c'est intéressant.
>Par contre plus le bruit du détecteur est faible, plus tu as accès à des >objets faibles, mais à condition d'avoir un minimum de signal, donc du >diamètre et un bon ciel sans pollution.

C'est bien pour cela que je monte au pic du midi....

Bernard

[olivdeso 1 860]

>Ceci dit, il est clair que le RSB photonique, on y a jamais accès, puisqu'il faut toujours passer par un détecteur pour faire une mesure, en pratique c'est le RSB après détection qui est la grandeur pertinente.

Le but en astrophoto amateur, est quand même de faire des poses unitaires suffisamment longues pour rendre le bruit de détection négligeable devant le bruit photonique et le bruit du fond du ciel.
On a quand même une bonne idée du bruit du détecteur, en particulier du bruit de lecture. Donc on n'a pas accès au RSB photonique, à cause des autres sources de bruit interne et externe, mais on peut s'en approcher pas mal dans la pratique en posant suffisamment longtemps.
Perso c'est toujours la pollution lumineuse qui limite le RSB (je règle mes poses unitaire et la température pour que le bruit de détection ne contribue pour pas plus de 5% au bruit total) et si je filtre avec du narrow band, alors c'est le courant de dark et donc la température du capteur (il faut -40°C ou en dessous avec mon capteur). Avec un plus gros diamètre ça serait différent...

[Ce message a été modifié par olivdeso (Édité le 15-07-2013).]

[brizhell 2 634]

Salut,

>Le but en astrophoto amateur, est quand même de faire des poses unitaires suffisamment longues pour rendre le bruit de détection négligeable devant le bruit photonique et le bruit du fond du ciel.

Oula, va falloir revoir la notion de signal et la notion de bruit sur ce signal, PascalD va nous reprendre et il aura entièrement raison ;-)
Le fond du ciel (pollué ou non) est un signal (ayant lui même un bruit), pas un bruit propre. C'est perturbant car il s'ajoute au signal utile (on pourrait l'appeler signal inutile plutot que bruit),
Le bruit de détection (tel qu'on l'utilise en astro amateur ou pas d'ailleurs) est la fluctuation de la mesure autour d'une valeur de signal nulle. C'est ce qui masquera au final un signal trop faible (ainsi que son bruit) pour être détecté.
Le bruit photonique dont on parle est la fluctuation naturelle d'emission de signal par la source.

>On a quand même une bonne idée du bruit du détecteur, en particulier du bruit de lecture. Donc on n'a pas accès au RSB photonique, à cause des autres sources de bruit interne et externe, mais on peut s'en approcher pas mal dans la pratique en posant suffisamment longtemps.

Il y a 2 manières d'améliorer le RSB. Soit en posant plus longtemps, soit en améliorant la détectivité (multiplication EM par exemple ou le signal grimpe linéairement et le bruit grimpe en racine du signal, pour peu que le bruit de multiplication soit negligeable devant le signal a mesurer...). D'ou l'interêt de la publi que cite PascalD.

Bernard

[Ce message a été modifié par brizhell (Édité le 15-07-2013).]

[Thierry Legault 5 814]

quote:

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Je reprend la demonstration à temps de pose constant : 1 secondes au total en une pose, ou 4 poses de 1/4 secondes a RSB (après détection :-)) constant.
Sur une pose unique: 16 photons de signal avec un bruit de 4 photons. RSB de 4
Je divise le temps de pose par 4, j'aurais donc 4 photons par pose. en augmentant le facteur de multiplication (je rappelle que EM veut dire electron multipliying), disons d'un facteur 4, une pose de 1/4 de seconde m'amène aussi à 16 électrons collectés avec un bruit de 4 électrons.

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Je reprends à ma sauce (va-t-on y arriver ?) : pose 1/4s, signal 4 électrons, bruit 2 électrons. Effet EM 4x : signal 16 électrons (4x4), bruit 8 électrons (4x2). Empilement de 4 images : signal 64 électrons (4x16), bruit 16 électrons (8x2). RSB = 4.
Pose unique 1s : signal 16 électrons, bruit 4 électrons, RSB = 4. Match nul, balle au centre

[olivdeso 1 860]

"Le fond du ciel (pollué ou non) est un signal (ayant lui même un bruit), pas un bruit propre. C'est perturbant car il s'ajoute au signal utile (on pourrait l'appeler signal inutile plutôt que bruit)"

On est d'accord là dessus: ce sont des photons aussi. Ils apportent donc du bruit, la racine carré du signal en l’occurrence, il faut l'ajouter aux autres sources de bruit...

Par contre toujours pas d'accord sur le bruit photonique. Tu a beau multiplier les photons, tu n'améliorera pas le bruit de la source. Tu peux jouer uniquement sur les sources de bruit interne, voir sur la polution lumineuse avec des filtres pour diminuer la bande passante. (à condition que tu aie un signal à bande étroite et que le bruit du fond du ciel soit large bande bien sur).
Mais il y a un moment ou tu sera au taquet, tu ne pourra plus améliorer le RSB qui sera majoritairement lié à la source.

edit : pour préciser la méthode : je règle le temps de pose unitaire de manière à ce que le bruit du fond du ciel soit nettement dominant par rapport au bruit de lecture. (contribution de 5% du bruit de lecture dans le bruit total, en gros ça revient à un rapport 3.5 sur les écart types mesurés sur les images)
Puis je règle le nombre de poses unitaires en fonction du flux de l'objet, afin d'obtenir le RSB désiré sur l'objet. Pas toujours possible d'ailleurs dans un temps raisonnable.

[Ce message a été modifié par olivdeso (Édité le 15-07-2013).]

[brizhell 2 634]

Bonjour Thierry.

>Effet EM 4x : signal 16 électrons (4x4), bruit 8 électrons (4x2)

C'est la que l'on est pas en phase. Et je suis prêt a admettre que je me gourre, mais si tu n'en est pas encore convaincu, je suis plutôt têtu ;-)

Le bruit après multiplication n'est pas de 8 électrons mais de 4, car le registre de multiplication multiplie par 4 la puissance du bruit (donc le carré d'un courant ou d'une tension de bruit) or a puissance résultante multipliée par 4 correspond un bruit sur le courant (nombre d'électron) multiplié par racine(4), c'est a dire 2. C'est par ce biais que l'on peut maintenir le RSB sur les poses unitaire (ce qui n'est pas le cas dans ta démonstration, je n'ai pas choisi ce facteur de multiplication par hasard...). Le bruit en sortie sera de 4 électrons sur une pose unitaire après multiplication.
Ce que tu dit serait vrai si à chaque multiplication par un registre, le bruit de chaque électron en sortie était corrélé. Mais chaque électron aura un comportement vis a vis du système de mesure différent de son voisin. Leur bruit s'aditionne donc quadratiquement.

Bernard

[Ce message a été modifié par brizhell (Édité le 15-07-2013).]

[brizhell 2 634]

Salut,

>Par contre toujours pas d'accord sur le bruit photonique. Tu a beau multiplier les photons, tu n'améliorera pas le bruit de la source. Tu peux jouer uniquement sur les sources de bruit interne, voir sur la polution lumineuse avec des filtres pour diminuer la bande passante. (à condition que tu aie un signal à bande étroite et que le bruit du fond du ciel soit large bande bien sur).

Je ne voit pas ou j'ai dit que j'agissait sur le bruit de la source ?
Le fait de multiplier les photons (en l'occurence il s'agit plutot de multiplier les électrons générés par les photons incidents) permet simplement d'augmenter la sensibilité de la mesure jusqu'a un seuil ou l'on détecte sans ambiguité le signal recherché, et si possible aussi le bruit sur ce signal....

>Mais il y a un moment ou tu sera au taquet, tu ne pourra plus améliorer le RSB qui sera majoritairement lié à la source.

C'est le rêve de tout bon instrumentaliste :-), et aussi de la plupart des astram, avoir un système de mesure suffisament sensible pour atteindre la magnitude 30, rhaaa le pied ;-) (quoique ca tiendra pas au fond de mon jardin ;-))

Bernard

[Thierry Legault 5 814]

quote:

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Le bruit après multiplication n'est pas de 8 électrons mais de 4, car le registre de multiplication multiplie par 4 la puissance du bruit (donc le carré d'un courant ou d'une tension de bruit) or a puissance résultante multipliée par 4 correspond un bruit sur le courant (nombre d'électron) multiplié par racine(4), c'est a dire 2.

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Parle-t-on de la même chose ? D'accord pour le bruit de lecture, mais je parlais évidemment du bruit de photons, pour lequel je ne vois pas par quel miracle le détecteur ou ce qui se trouve derrière pourrait séparer le signal du bruit et les amplifier différemment. J'en reste donc pour l'instant à l'amplification qui diminue (au moins en relatif) le bruit de lecture sans toucher au RSB photonique.

Pour ce qui est de réduire le bruit de lecture par amplification, je ne sais pas si les technos sont comparables sur certains points mais ça fait plus de 10 ans que Canon fait ça, j'ai mesuré sur le dernier 6D un BL de 25 électrons à 100 iso et moins de 2 à 6400 iso. Et même chose à plus bas iso chez Nikon and co. On n'est pas à zéro mais c'est pas trop mal pour du matériel grand public.

[brizhell 2 634]

Bonjour Thierry,

Je pense qu'il y a moyen de converger :-)

En effet, je parle du RSB résultant, ou instrumental comme tu préfère, sachant qu'a la sortie de la chaine de mesure, les seules quantités dont il est question et auxquel on a accès sont les courant de mesure (ou le nombre d'électrons a la sortie) ainsi que le bruit associé a ces courants (ou au nombre d'électrons).
Mais si tu regarde exactement comment se fait la modification du RSB résultant a RSB de la source constant par unité de temps dans un registre de multiplication, l'effet sur le RSB final en sortie de l'appareil est conforme a ce que je disait précedement.

Comme le disait justement PascaD : " il est clair que le RSB photonique, on y a jamais accès, puisqu'il faut toujours passer par un détecteur pour faire une mesure, en pratique c'est le RSB après détection qui est la grandeur pertinente."

Il apparait simplement qu'un système de multiplication du nombre de charge permet, même si cela ne permet pas évident en première approche, de maintenir le rapport signal sur bruit en sortie car le signal (signal source + son bruit) est multiplié par un certain facteur, et le bruit sur le signal (signal source + son bruit) est multiplié par la racine de ce facteur.L'erreur commune viens de considérer que l'on peut dans le cas de la multiplication, comme dans le cas de l'addition, sommer les bruits (instrumentaux) et les signaux (mesurés) de la même manière. Je le répète encore une fois, si les signaux (signal source+bruit de source) se multiplient d'un facteur alpha, les bruits (sur le signal + bruit de signal) se multiplient en racine de alpha ...

Comme parfois une petite équation vaut mieux qu'un long discours, j'ai refait le calcul complet et détaillé ici : http://brizhell.org/RSB_photomultiplicateur/Demonstration_RSB.html
Il n'y a a priori pas d'erreur mais j'ai fait la mise en page un peu vite, désolé....
Je n'ai pas eu le temps de rajouter des courbes fonction du RSBs (source), mais les formules sont la pour le faire.
Les applications numériques montrent une chose que j'ai déjà dite plus haut : Il y a 2 manières d'améliorer le RSB. Soit en posant plus longtemps, soit en améliorant la détectivité (multiplication EM par exemple ou le signal grimpe linéairement et le bruit grimpe en racine du signal, pour peu que le bruit de multiplication soit negligeable devant le signal a mesurer...). Et c'est indépendant du RSB de la source !!

>Pour ce qui est de réduire le bruit de lecture par amplification, je ne sais pas si les technos sont comparables sur certains points mais ça fait plus de 10 ans que Canon >fait ça, j'ai mesuré sur le dernier 6D un BL de 25 électrons à 100 iso et moins de 2 à 6400 iso. Et même chose à plus bas iso chez Nikon and co. On n'est pas à zéro mais >c'est pas trop mal pour du matériel grand public.

C'est a priori basé sur ces mêmes propriétés d'amplification. Les amplis de base respectant une tenue au bruit limitées au shot noise sont les photomultiplicateurs, les photodiodes a avalanches fonctionnent aussi sur ces équations. 2e- de bruit c'est très trsè bon en effet. Certains fabricants de cameras pro auraient des progrès à faire....

Bernard

[olivdeso 1 860]

"les bruits (sur le signal + bruit de signal) se multiplient en racine de alpha"

tu est sur? j'ai un gros doute...

Quand tu passe ton signal et ton bruit dans un ampli de gain alpha(qui est linéaire à priori) le signal et le bruit à l'entrée de l'ampli sont amplifiés de la même façon. Tu ne peux pas avoir un gain de Alpha pour un et racine de Alpha pour l'autre, l'ampli il est bête il ne peux pas faire la différence, il traite tout le monde pareil.

Je vais voir ta démo, mais là je ne comprends pas...

Edit : dans tes équations : tu multiplie bien le signal et le bruit de la source par le même aplha au début : Ir = aplha Is = alpha ( Io + bruit) = alpha Io + aplha bruit.
Donc je ne comprends toujours pas la phrase du dessus, mais je continue...
(il faudrait ajouter le bruit thermique du détecteur)

Pas encore compris la démo, par contre depuis que je fais de l'électronique, j'ai toujours vu que le passage d'un signal dans un ampli dégradait le rapport signal à bruit. Tu rajoute le bruit de l'ampli. (d'où les ampli faibles bruits...)

[Ce message a été modifié par olivdeso (Édité le 24-07-2013).]

[Thierry Legault 5 814]

Remarque préliminaire : si j’insiste ce n’est pas par entêtement c’est parce que je me demande s’il n’y a pas quelque chose qui m’échappe et je veux comprendre les choses

J’ai regardé les équations, ok. Mais ce que j’ai besoin de comprendre, c’est ce qui se passe au niveau physique et ce que moi je vais voir sur les images qui sortent (sortiront…) de ma caméra. Pour l’instant, l’idée qu’on peut garder un RSB constant en passant de 1s à 1/4s (donc aussi à 1/16s, donc à 1/64s…jusqu’à ce qu’il n’y ait plus (assez) de photons je suppose), ça me semble relever de la promesse électorale : c'est trop beau pour être vrai

Examinons ce qui se passe sur un pixel ou sur un groupe de pixels. Je prends une image du ciel avec un temps de pose donné, sur un pixel donné je récupère 1620 électrons. Là-dedans, quel est le signal et quel est le bruit ? Par signal, j’entends celui que calculerais en faisant un grand nombre de poses identiques et en les moyennant, ou si ce pixel faisait partie d’une plage uniforme (flat) sur laquelle je pourrais faire une moyenne d’une grande zone de pixels adjacents. En faisant cette manip de moyenne, je converge par exemple vers un signal moyen de 1600 électrons. Donc je peux en déduire a posteriori que le bruit sur mon pixel de départ est de +20 électrons.

Prenons alors un facteur de multiplication de 4. Dans ma compréhension, le résultat va être de 6480 électrons pour mon pixel de départ à 1620. Tu me dis (enfin ce que j’en comprends) que le « vrai signal » (donc 1600 électrons) va être multiplié par 4 et le « bruit » (+20) par 2. Donc résultat 6440 au lieu de 6480. Mais un électron est un électron, comment diable la caméra fait-elle pour « comprendre » que le signal (qu’elle ne connaît pas, puisqu’elle n’a pas fait l’opération de moyenne décrite plus haut) est de 1600 et le bruit de 20, à partir d’une seule et unique information : 1620 ? Bref, comment déterminer, à partir d’une seule équation à 2 inconnues, la valeur des 2 inconnues ?

Je le dis autrement, ce qui pour moi revient au même : je prends en 1s un flat (bien plat), sans multiplication je mesure une valeur moyenne de 1600 avec un sigma (sur l’ensemble de l’image) de 40 (donc RSB=40). Ensuite je prends un flat de 1/4s, donc sans multiplication moyenne 400 et RSB 20. Si je comprends bien, après multiplication par 4, moyenne multipliée par 4 (1600) et sigma par 2 donc RSB=40, identique au RSB de ma pose initiale de 1s. C’est bien ça ou pas ? Si oui, retour à la question du paragraphe précédent !

[brizhell 2 634]

>"les bruits (sur le signal + bruit de signal) se multiplient en racine de alpha"

>tu est sur? j'ai un gros doute...

Pour la troisième fois, je parle du RSBr c'est a dire de l'instrument d'amplification, alors oui, oui et oui, Is=I0+deltaI0 est multiplié par alpha et Delta(Is)=Delta(I0+deltaI0) est multiplié par racine(Alpha)
C'est ce qui est contenu dans les relation d'amplification de l'instrument, pas de la source !!

>Quand tu passe ton signal et ton bruit dans un ampli de gain alpha(qui est linéaire à priori) le signal et le bruit à l'entrée de l'ampli sont amplifiés de la même façon. Tu ne peux pas avoir un gain de Alpha pour un et racine de Alpha pour l'autre, l'ampli il est bête il ne peux pas faire la différence, il traite tout le monde pareil.

Encore une fois, je n'ai jamais dit le contraire !! Le signal, c'est Is, point barre. Is se décompose en une moyenne, I0 et sa fluctuation (j'évite de dire bruit, c'est ce qui porte a confusion) Delta(I0).
En sortie du multiplieur, on à Ir=alpha.Is pour le signal et delta(Ir)=racine(alpha).Delta(Is) pour le bruit.
Je n'ai jamais dit que Delta(Ir) = racine(alpha).Delta(I0) !!

>Je vais voir ta démo, mais là je ne comprends pas...

Ben tout est dedans.

>(il faudrait ajouter le bruit thermique du détecteur)

L'hypothèse de base dans le calcul précédente est que l'ampli de multiplication n'ai pas un bruit propre indépendant du courant a mesurer à l'entrée (comme c'est le cas du bruit Johnson qui ne dépend que de la température, de la résistance d'entrée, et de la bande passante))
Dans le cas d'un photomultiplicateur et dans une certaine mesure des registres de multiplication des EM.
Il faut en fait ajouter au dénominateur du RSBr un terme indépendant du courant Is. L'augmentation du facteur de multiplication permet ensuite de passer au dessus de ce plancher de bruit qui est constant a température donnée, bande passante donnée et résistance d'entrée fixe

>Pas encore compris la démo, par contre depuis que je fais de l'électronique, j'ai toujours vu que le passage d'un signal dans un ampli dégradait le rapport signal à bruit. Tu rajoute le bruit de l'ampli. (d'où les ampli faibles bruits...)

C'est plus tordu que cela :-), et depuis que je fait aussi de l'électronique (ca commence a faire quelques décénies), je regarde de près ou se trouve les sources de bruit du système d'amplification et ou se trouve le signal a mesurer (ainsi que ses fluctuations propre, que l'on nomme ici abusivement "bruit"). Ce que tu dit est vrai quand tu a un bruit intrinsèque de la chaine de mesure ramené a l'entrée de l'ampli, et que tu regarde ce bruit en sortie de la chaine d'amplification. Pour un photomultiplicateur, le bruit à l'entrée est négligeable. La composante de bruit principale est le shot noise.

[brizhell 2 634]

>J’ai regardé les équations, ok. Mais ce que j’ai besoin de comprendre, c’est ce qui se passe au niveau physique et ce que moi je vais voir sur les images qui sortent (sortiront…) de ma caméra. Pour l’instant, l’idée qu’on peut garder un RSB constant en passant de 1s à 1/4s (donc aussi à 1/16s, donc à 1/64s…jusqu’à ce qu’il n’y ait plus (assez) de photons je suppose), ça me semble relever de la promesse électorale : c'est trop beau pour être vrai

Et je te comprend parfaitement car si s'etait le cas, je signerai tout de suite chez le fabricant de ce type de camera. On n'améliore pas le rapport signal a bruit de la source (ou plus exactement des fluctuations de la source), on améliore le RSB de l'instrument de mesure.
Conformément a ce que je viens de dire juste avant, ce dont je parle est le RSBr, pas le RSBs.
Garder le RSBr constant permet d'augmenter la précision de mesure sur le signal et sur ses fluctuations. On convergera plus vite sur le RSBs.

Oups, je viens de voir l'heure, je doit m'absenter, je répond sur le détail de ton exemple ce soir.

[olivdeso 1 860]

"On n'améliore pas le rapport signal a bruit de la source (ou plus exactement des fluctuations de la source), on améliore le RSB de l'instrument de mesure."

"Dans le cas d'un photomultiplicateur et dans une certaine mesure des registres de multiplication des EM.
Il faut en fait ajouter au dénominateur du RSBr un terme indépendant du courant Is. L'augmentation du facteur de multiplication permet ensuite de passer au dessus de ce plancher de bruit qui est constant a température donnée, bande passante donnée et résistance d'entrée fixe"

Ah ben là on est d'accord

Juste une question pour ma culture : est ce que le gain est constant. Car intuitivement, je pense que le gain n'est pas constant quand on approche la quantique...

[Ce message a été modifié par olivdeso (Édité le 24-07-2013).]

[brizhell 2 634]

@ Thierry, reprenons,

>Examinons ce qui se passe sur un pixel ou sur un groupe de pixels. Je prends une image du ciel avec un temps de pose donné, sur un pixel donné je récupère 1620 électrons. Là-dedans, quel est le signal et quel est le bruit ?

Le système de mesure n'en aura absolument aucune idée... Ici les 1620 électrons sont des électrons de signal (que j'ai appelé Is dans la démonstration). Ce signal Is est constitué du signal source I0 et des fluctuations de ce signal, delta(I0)

>Par signal, j’entends celui que calculerais en faisant un grand nombre de poses identiques et en les moyennant, ou si ce pixel faisait partie d’une plage uniforme (flat) sur laquelle je pourrais faire une moyenne d’une grande zone de pixels adjacents.

La c'est une autre approche de ségrégation du signal de la source et des fluctuation de ce signal (bruit de source). Faire une statistique de flat sur les pixels adjacents, cela revient a multiplier le nombre d'essais pour affiner la valeur du signal et de sa fluctuation

>En faisant cette manip de moyenne, je converge par exemple vers un signal moyen de 1600 électrons. Donc je peux en déduire a posteriori que le bruit sur mon pixel de départ est de +20 électrons.

Absolument d'accord sur ce point.

>Prenons alors un facteur de multiplication de 4. Dans ma compréhension, le résultat va être de 6480 électrons pour mon pixel de départ à 1620. Tu me dis (enfin ce que j’en comprends) que le « vrai signal » (donc 1600 électrons) va être multiplié par 4 et le « bruit » (+20) par 2.

Non, c'est la que nous ne somme pas d'accord (ou je me suis probablement mal exprimé), mais ton deuxième exemple va nous aider a y voir plus clair. Le signal multiplié, est Is = I0+Delta(I0), et pas I0. De la même manière, pour le bruit c'est Delta(Is) qui est multiplié par racine(alpha) et pas Delta(I0)

>Donc résultat 6440 au lieu de 6480. Mais un électron est un électron, comment diable la caméra fait-elle pour « comprendre » que le signal (qu’elle ne connaît pas, puisqu’elle n’a pas fait l’opération de moyenne décrite plus haut) est de 1600 et le bruit de 20, à partir d’une seule et unique information : 1620 ? Bref, comment déterminer, à partir d’une seule équation à 2 inconnues, la valeur des 2 inconnues ?

Ben c'est simple, pour connaitre le rapport signal sur bruit de la source, tu ne peut pas sur une seule pose avec une seul pixel, même avec multiplication. Tu doit comme dit plus haut faire une statistique sur plusieurs pixels ou ne regarder qu'un pixel et faire plusieurs pose.
Donc la réponse est sans conteste que c'est impossible, pour résoudre le pb, il faut affiner la statistique (nbre de pixels) ou augmenter le nombre de poses.

>Je le dis autrement, ce qui pour moi revient au même : je prends en 1s un flat (bien plat),

Si tu le veut bien, poussons la condition sur le flat bien plat a l'extrême, ca ne reviens pas au même que l'exemple précédent ou tu avait 20 électrons de bruits de la source, mais on refera le calcul complet après. Cela revient, pour qu'il soit vraiment plat, à ce que Delta(I0) soit nul, autrement dit pas de bruit sur le flat. Donc Is = I0
>sans multiplication je mesure une valeur moyenne de 1600 avec un sigma (sur l’ensemble de l’image) de 40 (donc RSB=40).
Ir = Is = I0 et le bruit sur le signal en sortie est en racine du signal (Relation 4 de la démonstration) donc Racine(1600)=40. C'est ce que tu peut qualifier de bruit de lecture puisque nous n'avons pas de fluctuation (bruit) de signal.
>Ensuite je prends un flat de 1/4s, donc sans multiplication moyenne 400 et RSB 20.
Exact
>Si je comprends bien, après multiplication par 4, moyenne multipliée par 4 (1600) et sigma par 2 donc RSB=40, identique au RSB de ma pose initiale de 1s. C’est bien ça ou pas ?
C'est bien ca, avec un signal de source sans bruit.
Maintenant remettons les 40 électrons de bruits sur la source (la limite de bruit sur le signal est en racine du signal). Is=1640. avec alpha=1, delta(Is)=racine(Is)=40.049
RSBr en sortie : 40.049
On divise le temps par 4, Is=410, Delta(Is)=20,248 avec alpha = 1 RSB=20,248. Multiplication par 4 : Is= 1640, Delta(Is)=40.496 donc RSBr=40.496
Donc par rapport au signal I0, la multiplication permet d'obtenir un RSBr de 1% de celui de la source en 4 fois moins de temps (en tout cas pour les valeurs de RSBs que l'on a choisi ici)...

En poussant le bouchon, plus loin, rien n'empêche du multiplier encore plus (c'est d'ailleurs comme cela que l'on effondre le bruit de lecture en dessous de l'électron). Mais ca c'est une autre démonstration.

Ca paraît magique, mais ca marche vraiment. Je croit savoir que nous sommes tout les deux sur Paris, j'ai en garde pour le moment la camera EMCCD du T60 du pic, si tu veut faire un essai avec pour te convaincre de ce que j'ai décrit ici, je te donnerai mon mail privé.
D'ou l'interêt de suivre ces techno de mulitplication du signal incident, ca peut déboucher sur des caméras vraiment, vraiment interessantes en terme de RSBrésultant

Bernard

[Ce message a été modifié par brizhell (Édité le 25-07-2013).]

[brizhell 2 634]

>Juste une question pour ma culture : est ce que le gain est constant. Car intuitivement, je pense que le gain n'est pas constant quand on approche la quantique...

De mémoire, mais il faut que je retrouve les relations exactes, le gain moyen d'une chaine de multiplication par avalanche s'exprime en fonction de la probabilité d'extraction par collision d'un nombre n d'électron a chaque étage de multiplication. C'est d'ailleurs comme cela que l'on démontre que le bruit shottky est en racine du signal.
Donc à minima, pour un photon converti en électron, si l'électron viens frapper la plaque d'extraction d'électron supplementaire il peut en extraire, 0, 1 ou n, mais de manière non linéaire (c'est ce qui provoque d'ailleurs le bruit de multiplication.