Premiers tests sur le capteur E2V Ruby

[chonum 976]

Salut à tous,

j'ai pu faire une série de tests en solaire et de mesures sur plateforme sur l'implémentation d'IDS du capteur E2V 76c661 "Ruby" qui est la version deeply depleted du 76c560 "Saphire" que j'ai testé dans le numéro actuel d'Astrosurf magazine.
Cette version a vu de bonnes fées se pencher sur son berceau (dont quelques ingénieurs de l'armement). La version Saphire était déjà intéressante pour ses caractéristiques rares pour un CMOS :

- global shutter (et rolling au choix)
- bonne sensibilité >60% avec une courbe très pleine
- 1,3 million de Photosites de 5,3µm pour un capteur de 1/1,8" (idem ICX274)
- 60 fps nominal en pleine résolution 10 bits

Néanmoins cette version pêchait par un bruit de lecture mesuré comme supérieur à 20e- en mode global shutter et cela se voyait sur les images. Le mode rolling shutter était plus performant avec 10e- de bruit de lecture mais affligé des artefacts propres à cette méthode de lecture low cost.

Le Ruby amène plusieurs améliorations :

- Sensibilité >70% en version global shutter, voir >80% pour le rolling shutter 76C660 (mais en deux versions de capteur différentes)
- Gros gain en R/NIR (deep depletion/deep EPI)
- bruit de lecture mesuré à 6,5e-, c'est l'amélioration que j'attendais et qui bruissait dans les rumeurs...
- Mode Lin/Log (réponse logarithmique des photosites) pour une dynamique atteignable de 120db.
- version USB3 d'IDS à 60 fps/12 bits et 120 fps en VGA

En test les specs sont vérifiées, notamment le bruit de lecture qui a beaucoup baissé. Le mode Log est intéressant mais délicat à utiliser car le bruit revient vite si on a la main lourde.
Comme tous les capteurs CMOS celui ci demande un peu plus d'attention à l'usage notamment sur le réglage manuel de la pixel clock et les bias élevés qui doivent potentiellement être retirés.

Les tests ont été faits en solaire puisque c'est l'application la plus délicate en astronomie rapide.

Le premier test est une comparaison avec l'ICX618 qui présente une taille de photosite proche et est un très bon représentant des ICX Exview avec une dynamique de 10,6 bits mesurée et un QE d'environ 60% au pic.

Setup : FS60 + Solarmax 60 double stack, BF10 modifié, FS60 + barlow x2 Clavé (ou x3 Televue). Temps d'exposition de 1ms, gain mini, mode 12 bits. Fenêtrage VGA, 2000 images capturées à 100 fps, 1000 retenues dans Autostackert2.
Capture avec Genika Trigger 1.5.
Schémas d'ondelettes identiques dans Registax.
Seule l'image en gamma 2 a eu un réglage de courbe.
Les images sont présentées à 300%

L'image issue de l'ICX618 est plus pêchue. Néanmoins un léger réglage de courbe permet de redonner un peu de peps à l'image issue du Ruby. Sur les brutes le SNR est proche entre les deux capteurs, légèrement à l'avantage de l'ICX618. La différence de surface des photosites est de 11%, on retrouve donc bien la différence de sensibilité entre les deux capteurs avec ce SNR identique.
En test on s’aperçoit que le Ruby est légèrement bridé par son convertisseur 10 bits. Mais ce n'est que du bruit de quantification.
Le mode Log apporte un vrai plus dans le "décramage" des zones brillantes qui relèvent quelques détails. Cela se fait au détriment du bruit. Le mode gamma à 2 n'apporte rien.
Je n'ai pas mis l'image prise en rolling shutter qui est inexploitable. Le rolling shutter ne diminue pas le bruit de lecture avec ce capteur contrairement au cas du Saphire.

En conclusion le capteur est bien né et élimine les défauts du Saphire. Il est grand, très sensible et performant au point de se comparer sans complexe à un capteur ICX. La caméra IDS est très compacte (un cube de 29mm de coté) et contrairement à la version GigE saphire elle ne chauffe pas et ne nécessite aucun dissipateur. La caméra fonctionne de manière sur l'USB3 et ne présente pas de bug, ce qui change de la Flea3. Elle débite 60 fps que ce soit en 8 ou 12 bits.
Avec un objectif C cette caméra montre des choses étonnantes avec la sensibilité dans le NIR. Filmez une personne avec un filtre passe haut et vous le la verrez plus de la même façon

Voici trois autres images faites avec le Ruby ce jour sur un soleil très actif !
D'abord un disque entier (vitesse d'acquisition 50 fps en 12 bits pleine trame, soit 140Mo/s) à la barlow Clavé x2, puis un zoom sur les protubérances et la surface à la barlow x3 (ces deux images sont sans post traitement hors un retrait de flat pour éliminer des interférences introduites par le faisceau fermé à F/D 18 et le hublot de protection qui équipe les caméras IDS).
Les effets de trames en bas de la première image sont liés un défaut de registration d'AS2 et au suivi de la Vixen GP jetée sommairement vers le nord.

je compte faire des essais en planétaire mais l'actualité est assez pauvre actuellement...

Frédéric Jabet, Airylab partenaire Astrosurf.

[Ce message a été modifié par chonum (Édité le 03-07-2012).]

[Billyjoe 2 958]

Salut,

Tu crois que ça peut etre mieux qu une camera équipée avec le 618 en planétaire (débit d images, sensibilité dans le bleu par ex)

Et au fait le prix de ce genre de chose? Bon marché, cher, tres cher, ou exorbitant?

[Ce message a été modifié par Billyjoe (Édité le 03-07-2012).]

[mcn66 0]

Interressant tout ca
Pour le full avec le double stack as-tu une image non colorisé et sans effet negatif juste pour voir ce que ca donne.
Je pense qu'avec ton double stack tu dois pouvoir te passer du mode negatif que j'utilise moi juste pour donner plus de peche a mes images qui sont par contre elles en simple stack(Coronado Solarmax II 60mm simple stack et acquisition avec DMK41).
Michel

[chonum 976]

@Billyjoe : la sensibilité est plus importante qu'un CCD ICX, notamment aux extrémités du spectre. Ce capteur garde encore 10% à un micron. C'est très sensible en utilisation basse lumière avec un objectif.
Donc oui elle doit être très intéressante en planétaire pur.
Coté prix ce modèle USB3 sera positionné à un peu moins de 1100€ avec Genika.
Mais il y a aussi une version 8 bits USB2 à 25fps, j'attends les tarifs.

@Michel : en fait j'aime beaucoup les images inversées, c'est un choix délibéré comme tu peux le constaté sur mon blog : http://astrochonum.com/index.php?option=com_content&view=section&layout=blog&id=3&Itemid=6&lang=fr

La version barlow x3 est en positif.

Frédéric.

[Billyjoe 2 958]

A suivre de près donc

Merci.

[Amar 0]

Ceci est une révolution?

[chonum 976]

Dans la mesure où c'est le premier CMOS qui fait la peau aux CCD dans ce domaine, oui.
Mais en fait non car le CMOS a déjà fait eu la peau du CCD dans pas mal de secteurs (vidéo, photographie...).
Le dernier bastion est dans le ciel profond, mais cela risque de ne pas durer.

[Amar 0]

l'ICX618 est toujours devant non?

Et puis ça fait rire les tarifs, on t'explique que le CMOS moins cher, plus balaies etc... et finalement c'est peut-être un remplaçant à l'ICX274 (qui date de?) mais pour le prix...

Est-ce qu'en rapport qualité/prix un ICX674 n'est pas devant?

[chonum 976]

On n'est pas sur la même gamme avec les Exview 2 : un ICX674 rapide c'est 40 fps et $4000. Un ICX285 à 30 fps c'est 3000€.

L'Exview 2 est moins sensible que l'E2V, mais avec une meilleure dynamique et certainement plus propre coté bias.
Les CMOS sont moins faciles à utiliser que les CCD dans le sens où un bias n'est pas toujours dispensable alors qu'un ICX sort de bonnes images très facilement.

Pour en revenir au prix l'E2V débite 80 Mhz pour 1/1,8", c'est vraiment moins cher que les CCD équivalents. La version USB2 doit coûter dans les 500€, il n'y a pas d'équivalent dans cette taille en CCD à ce prix.
E2V va sortir un capteur 1600x1200 à la rentrée (76C570) mais en techno saphire pour l'instant.

Pour moi ce n'est pas à destination des mêmes utilisateurs. L'utilisateur "normal" qui veut changer sa DMK pour plus de vitesse, du 12 bits et de la sensibilité prendra plutôt un ICX pour sortir de bonnes images facilement.
En revanche celui qui est prêt et a le temps pour optimiser la configuration pourra se tourner vers ces capteurs E2V.

[mcn66 0]

j'aime beaucoup la premiere image sur ton site mais je trouve que celle-ci : http://www.astrosurf.com/ubb/Forum3/HTML/029531.html
etait aussi pas mal du tout un peu trop contrasté peut -etre mais tres tres detaillée double stack oblige et sans effet negatif.
Michel

[Amar 0]

Merci pour ta réponse précise. On est pas vraiment dans la gamme des IMX035. J'avais peut-être mal compris mais il me semblait que, sur les forum, c'est comme le tueur de la catégorie qu'était présenté cet E2V.

De ce côté là, la révolution attendue n'est donc pas au rendez-vous.

Sinon un ICX674 26 fps par firewire c'est 2000$ idem pour l'ICX285 à 30 fps

[Ce message a été modifié par Amar (Édité le 03-07-2012).]

[jldauvergne 15 274]

La courbe de réponse du capteur est incroyable ! Les amateurs se filtre SH4 vont aimer je crois

[fisac 0]

Merci pour ce test très parlant.
J'avais fait quelques captures mais en filtre rouge uniquement, mauvaises conditions et avec un logiciel pas adapté. Déjà la sensibilité du capteur semblait très bonne, ce test formel la confirme.
Concernant le réglage "pixel clock" j'avoue ne pas comprendre ce que ça représente et son effet sur l’acquisition. Intuitivement je dirais la fréquence de lecture du capteur, mais comment peut-elle être indépendante du temps d'exposition et de la cadence?
Y a-t-il une date prévisionnelle pour la version Genika Astro supportant ces caméras?

[chonum 976]

La pixel clock impose le FPS maxi et donc le temps d'exposition maxi aussi (à l'inverse).
Pour une même cadence certaines valeurs de la clock donne moins de bruit de lecture.

Genika Astro sera porté sur IDS pour Septembre.

[fisac 0]

OK merci je vois le principe.
Les valeurs de clock qui produisent une bruit moindre sont à trouver par expérimentation ou on peut les déduire (genre pixel clock multiple de la cadence etc...)?

[beaudoin 1 390]

Salut Frédéric,

Je ne comprends à peu près rien à ton vocabulaire, mais les courbes parlent bien ;-)))

La Basler marche bien, résultats très reproductibles sur le Soleil en ce moment.

Amicalement,

Emmanuel

[Billyjoe 2 958]

"Je ne comprends à peu près rien à ton vocabulaire, mais les courbes parlent bien ;-)))"

Oui pour moi c est un peu pareil

En gros j ai une Skynyx2.0M que j aime bien, mais un de ces jours je changerais de PC et de CCD, alors je compte sur toi pour nous dire "clairement " si c est le meilleur choix pour imager les planetes (dynamique, mauvais bias, logiciel pour retirer les offset aux besoins...)

Enfin je restes attentif à tous tes retours

Tu ne commercialise pas encore cette camera?

A+

[Ce message a été modifié par Billyjoe (Édité le 04-07-2012).]

[chonum 976]

"Les valeurs de clock qui produisent une bruit moindre sont à trouver par expérimentation ou on peut les déduire (genre pixel clock multiple de la cadence etc...)?"

Le bruit de lecture ressemble à une gaussienne inversée. Ce n'est pas la valeur la plus haute (logique) mais pas forcément la minimal pour un FPS donné.
Pour trouver c'est assez simple : on met les paramètres d'expo voulus (exposition, gain...), puis on passe au noir et on regarde l'histogramme et notamment la moyenne ou la médiane. Ou l'écart type si il est calculé comme sur Genika. Ensuite on touche la clock pour avoir la valeur la plus faible possible.

C'est un peu chiant à faire, c'est entre autre pour cela que je dis qu'un CCD Sony est plus accessible.

Il est possible d'automatiser la procédure, on verra si on implémente cela dans Genika.

@Emmanuel : elle marche bien cette 1300

@Billyjoe : je souhaite faire un test en planétaire pur avant de plonger définitivement, mais la saison est creuse là :/

[christian viladrich 7 842]

Salut Frédéric,
Tu as une mesure de la dynamique et du S/N max ?

[chonum 976]

Salut Christian,

la dynamique est de 10 bits capée par le convertisseur.
On devrait avoir 8400/6,5 (saturation des specs/readout noise que j'ai mesuré) mais on a au final que 1000 (1024) niveaux.
Le SNR (que je n'ai pas mesuré) est donné à 39dB sans logmode, soit entre l'ICX445 (38,4) et le 618 (42,2). Ils annoncent 120dB en log mode mais en pratique ce mode ne donne change pas la quantification totale (il la diminue même). Par contre l'effet est assez bluffant en utilisation diurne. Je pense que cela peut être intéressant sur la lune.

Donc cela ne remplace pas un ICX285 coté dynamique pour le solaire.
De même la Basler 1600 a plus de dynamique. Elle est possiblement plus intéressante en solaire pur mais l'E2V par sa grande sensibilité est bien plus polyvalent.
Je sais qu'ils ont aussi beaucoup travaillé sur la MTF de ce capteur.

J'ai planifié une séance sur Saturne au domaine de la Blaque demain

[Marc Delcroix 1 390]

Mmmmh... intéressant tout cela, merci Fred. Dès que j'ai vu la courbe de rendement quantique, je me suis dit qu'elle va être un must pour la babde d'absorption du méthane. Itou dans les basses longueur d'onde semble t'il...

La grandeur du capteur est aussi un plus pour moi, par contre dommage qu'elle n'aille pas au-dessus de 60im/s (pas possible d'aller plus vite en ROI?) Je rêverai d'en faire un test comparatif avec la basler acA640 dans toutes les longueurs d'onde sur Jupiter !

Marc
http://astrosurf.com/delcroix

[fisac 0]

J'ai fait quelques essais en planétaire avec cette caméra. Les captures sont toutes en global shutter (via DirectShow) mais j'ai regardé à l'écran la différence entre les modes proposés. Cette fois le gain au maximum, contrairement au solaire. Ce que je constate:
- le mode "global shutter" produit le plus de bruit visible
- en mode "global shutter- alternate timing" le bruit perçu diminue disons de moitié
- en mode "rolling shutter" on constate à l'écran une diminution drastique du bruit et une image plus sombre;

Le bruit reste néanmoins acceptable même en global shutter, voir le Jupiter que j'ai fait le 25/07: http://www.astrosurf.com/ubb/Forum3/HTML/035032.html

Je me demande aussi quelle est la différence entre le capteur 76c661 et le capteur 76c660, si le 76c661 permet une utilisation en global et rolling shutter.

[Ce message a été modifié par fisac (Édité le 26-07-2012).]

[chonum 976]

@Marc : elle passe à 120 fps en VGA, tu verras cela la semaine prochaine
En fait elle cappe à 1000 fps avec un petit AoI, cela peut être interessant pour filmer la turbulence.

@Fisac : effectivement il faut utiliser le global shutter alternate timing et faire très attention au réglage de la pixel clock : ne PAS forcément utiliser la pixel clock la plus haute ni celle qui correspond le mieux au débit courant, il faut tester et vérifier l'histogramme au noir.

Le bruit dans le mode alternate est de 6,5e-, et je trouve la même valeur en rolling shutter ce qui me laisse à penser que le mode rolling n'est surement pas celui du 76C660 (qui annonce 10% de QE en plus et moins de bruit, mais le rolling shutter des enfers).

Frédéric.

[Marc Delcroix 1 390]

Merci Fred pour le prêt (je te recontacterai par rapport à Genika Trigger), j'ai hâte de la tester avec les collègues. Cette caméra m'a l'air vraiment très intéressante. Le mode VGA fonctionne en groupant 4 photosites je suppose?

Marc
http://astrosurf.com/delcroix

[brizhell 2 685]

Bonjour

Sacrément interessant en effet.

>En fait elle cappe à 1000 fps avec un petit AoI, cela peut être interessant pour filmer la turbulence.

As tu établi un tableau donnant la cadence en fonction de la dimension de l'AOI ??

Bernard