CCD kamerat ja bittisyvyys

Aloittaja Vesa Kankare, 20.02.2009, 14:54:49

« edellinen - seuraava »

Vesa Kankare

Tässä kameraa odotellessa, on tullut perehdyttyä aika paljon tuohon CCD kameran sielunelämään tavoitteena ymmärtää sen toimintaa sitten kun sitä rupeaa käyttämään. Yksi asia mikä jäi hieman askarruttamaan on tuo elektronikaivon ja ADU:n välinen yhteys.

Otetaanpa esimerkki. Jos kameran elektronikaivon syvyys on 40000e- niin, eikö tuo tarkoita, että sieltä voi periaatteessa lukea 40000 eri arvoa (unohdetaan vielä lukukohinan vaikutus dynamiikkaan). 16-bit digitointi kykenee ilmaisemaan 65536 eri arvoa. Miten CCD kamerat/ajurit suhteuttavat nämä toisiinsa? Eli tekeekö täysi kaivo arvon 40000ADU vai 65536ADU? Vai jotain muuta?

Tällähän on merkitystä kun lasketaan keskiarvoa 16-bittiseen maailmaan. Jos 40000 on maksimi, periaatteessa koko 16-bit dynamiikkaa ei edes hyödynnetä. Tämä korostuu tietysti enemmän kameroissa joissa on pienempi well depth, kuten KAF-8300 kennon 25500e-, jossa ei riitä dynamiikkaa edes 15-bittiin.

Mitä ajan tässä takaa on se, että jos otetaan 10 framea kuvia jossa meitä kiinnostavan pikselin arvot on yhden ilmaisukynnyksen päässä toisistaan. Tapaus A edustaa sitä, että e- vastaa ADU:a 1:1, ja tapaus B sitä, että täysi kaivo (25500e-) vastaa 65536 ADU:a. Kohinaa ei tässä oteta huomioon.

Oletetaan että kiinnostavassa pikselissä 4 valotusta sisältää 10000 elektronia ja 6 valotusta 10001.

Tapauksessa A meillä on keskiarvona 10001 eikö totta?
Tapauksessa B tuloksena on 10000e-:lle 25700ADU ja 10001e-:lle 25702ADU. Näistä laskettu keskiarvo on 25701, joka osuu noiden väliin. Tämä on parempi esitys datasta.

Tällä pyrin siis esittämään sitä, että tavalla B stackin dynamiikka on 16-bit, kun taas tavalla A tulos on hiukan kapeampi dynamiikaltaan (koska maksimi jää 25500). Nebulosity tekee summan ja adaptiivisesti skaalaa sen välille 0-65536, se ainakin lienee ratkaisee tämän? Silloin ei tietysti ole kyseessä ihan keskiarvoistaminen vaan skaalattu summa.

Niin tai näin tallentavatko kamerat käyttäen koko 16-bit alueen vai vaan sen mitä kennon kaivojen kapasiteetti on? Minkä laisia arvoja raaka-FITistä löytyy?

Mulle myös pikkasen yllättävä tieto oli se, että käytännössä kovinkaan moni CCD kameroista ei yllä edes 14-bit dynamiikkaan. Monelle sensorille riittäisi ihan hyvin digijärkkäreiden käyttämä 12bit tiedostomuoto! Kauhea shokki, kun päivitin juuri 12-bit DSLR:n kameraan jonka dynamiikka on 3636ADUa...  :shocked: Tästä syystä varmaankin RAW muodot on 12-bit ja 14-bit, säästäähän sillä tiedostokoossa helposti 25%. Tietty kameran on oltava aika älykäs, että se osaa vähentää lukukohinan pois ennen tallennusta.

Ajatuksia herätti Apogeen aika mukavasti asian paketoiva CCD University
Vesku
www.vkastronomy.com

PetriKe

#1
Vastaan nyt nopeasti, kun on kiire. 16-bittisen CCD:n pikselin max arvo on 65535. Unohdit gainin kokonaan laskelmistasi eli se kertoo montako elektronia rekisteröityy yhdeksi ADU:ksi. Esim. jos 40 000e full well kapasiteetin kameran gain on 0.6 niin siitä irtoaa 66 666 ADUa. Mutta palataan tähän vielä myöhemmin.
Selkeitä kelejä,

Petri Kehusmaa

Vesa Kankare

Lainaus käyttäjältä: Petri Kehusmaa - 20.02.2009, 16:08:39
Vastaan nyt nopeasti, kun on kiire. 16-bittisen CCD:n pikselin max arvo on 65535. Unohdit gainin kokonaan laskelmistasi eli se kertoo montako elektronia rekisteröityy yhdeksi ADU:ksi. Esim. jos 40 000e full well kapasiteetin kameran gain om 0.6 niin siitä irtoaa 66 666 ADUa. Mutta palataan tähän vielä myöhemmin.
Juu tätä vähän ajattelinkin. Eli tuolla gainilla saa sen skaalattua kohdalleen.
Vesku
www.vkastronomy.com

Kaizu

Tuo skaalaa alueet kohdakkain mutta ei tuo lisää resoluutiota pikselin sisään.  Yhtä elektronia edustaa luku 1/0.66 =1.515.... Kakkosta ei voi saada koska kaivosta pitäisi silloin löytyä yksi kokonainen ja 0.32 elektronia.
Voisiko tuo olla syy miksi järkkäreissä käyttään 14 bittisitä AD-muunnosta?
Olen myöskin tutkiskellut kameravaihtoehtoja Canonin 300D:n seuraajaksi. Olin jo päätymässä QHY8:iin mutta huomasin että sama Sonyn kenno löytyy mm. Nikon D50 kamerassa ja vertailussa näytti että kuva oli sottaisempi kuin Canonin 300D:ssa. En vielä päässyt perille miten Nikon on onnistunut kuvan sotkemaan, mutta käsittääkseni ainakin AD muunnos on 14 bittinen (samoin kuin Canonissakin).
Jäähdytystä järkkäreissä ei ole, ehkä lämpöisessä CMOS-kenno kohisee vähemmän.
Kodakin kenno taas nostaa kameran hinnan aika korkeaksi, sillä rahalla saa jo oikean järkkärinkin (tai saisi jos niitä olisi kaupan).

Kaizu
Kai Forssen

oksanen

Gain on tuo skaalauskerroin, jolla määrätään montako elektronia vastaa yhtä ADU-arvoa. Oikean gainin määrääminen on hankalampaa kuin pelkästään 'kaivoon' mahtuvien elektronien määrä jaettuna AD-muuntimen lukualueella. Jokaisessa CCD-kamerassa on lukukohinaa, joka vaikuttaa siihen kuinka tarkasti pikseliin varastoituneiden elektronien määrä saadaan mitattua. Yleensä tämä on vähintään 10 elektronia, joten ihan yhden elektronin tarkkuudella ei kannata yrittää digitoida vaan säätää gain jonnekin lukukohinan tuntumaan.  Harva kamera antaa aitoa 16-bitin dynamiikkaa. Paremmissa kameroissa kohinaa on vähemmän, mikä tarkoittaa suurempaa herkkyyttä ja parempaa dynamiikkaa.

Bittisyvyyttä voidaan parantaa pinoamalla useita kuvia yhteen.

arto

PetriKe

Vähän kuitenkin ihmetyttää, kun omassa kamerassa kaivon syvyys on 50 000e ja gain on 0.8 ja kuitenkin kalibroidusta kuvasta löytyy pikseleitä joiden arvo on yli 70 000 ADUa. Tämä näyttää olevan käytettävästä ohjelmasta kiinni, koska CCDStack ja MaximDL antavat vähän eri max ADU-lukemat samasta kuvasta, mutta kumpikin yli 70 000 ADUa. Jos kameran A/D-muunnin on 16-bittinen, niin mistä ohjelmat oikein keksivät näitä arvoja?
Selkeitä kelejä,

Petri Kehusmaa

Vesa Kankare

Kiitos selvennyksistä, hyvää keskustelua. Tässä näkyy olevan omat juonensa koko CCD touhussa - selkeesti eri maailma kun järkkärin kanssa...

Mun [jossain matkalla tänne olevassa] kamerassa on lukukohinaa 11e- ja kaivon syvyys 40000e-. Kenno siis Kodakin KAI-04022. Yritin selata kameran ja ArtemisCapturen manuaalia läpi, eikä siellä ollut mitään mainintaa gainista. Voiko olla, että tässä kamerassa sitä ei edes voi säätää, vaan se on jo tehtaalla laitettu johonkin arvoon?

Tää meni muuten ehkä hieman väärän otsikon alle, nyt kun keskustelu meni aika pitkälti CCD kameroiden ominaisuuksiin. Modet siirtäköön jos näkevät tarpeelliseksi.
Vesku
www.vkastronomy.com

Vesa Kankare

Lainaus käyttäjältä: Petri Kehusmaa - 21.02.2009, 12:21:49
Vähän kuitenkin ihmetyttää, kun omassa kamerassa kaivon syvyys on 50 000e ja gain on 0.8 ja kuitenkin kalibroidusta kuvasta löytyy pikseleitä joiden arvo on yli 70 000 ADUa.
Voisko kalibrointi aiheuttaa tuon. Flattihan hoidetaan jakolaskulla, joka voi potentiaalisesti muuttaa aika paljonkin ADU arvoja, varsinkin noissa ohjelmissa, jossa tilaa on ison bittisyvyyden ansiosta.

Ootko kokeillut ihan raakakuvasta?
Vesku
www.vkastronomy.com

oksanen

Kalibrointi voi tosiaan antaa yli 16-bitin arvoja pikseleille. Ainakin jos ohjelma käyttää sisäisesti liukulukuesitystä (esim.  MaxImDL). Eli raakakuva on kokonaislukuja välillä 0-65000 (tai 0-50000 jos full well on 40k e- ja gain 0.8). Kalibroinnissa tehdään darkkivähennys ja jaetaan flätillä jolloin arvoalue voi olla paljonkin suurempi ja yksittäisten pikseleiden arvot desimaalilukuja.

arto

Timo-Pekka Metsälä

Lainaus käyttäjältä: Vesa Kankare - 21.02.2009, 13:25:56

Mun [jossain matkalla tänne olevassa] kamerassa on lukukohinaa 11e- ja kaivon syvyys 40000e-. Kenno siis Kodakin KAI-04022. Yritin selata kameran ja ArtemisCapturen manuaalia läpi, eikä siellä ollut mitään mainintaa gainista. Voiko olla, että tässä kamerassa sitä ei edes voi säätää, vaan se on jo tehtaalla laitettu johonkin arvoon?


Ei voi Atikissa/Artemiksessä säätää gainia eikä ole tarpeenkaan. Se on tehtaalla säädetty arvoon, jolla saadaan paras lopputulos eli koko kaivon syvyys ja kaikki muuntimen bitit käyttöön. Näin kertoi aikoinaan itse Steven Chambers, kyseisten kameroiden suunnittelija.
t. Timo-Pekka

PetriKe

Pöljä mikä pöljä, vaikka kuinka olin katsovinani raakakuvaa, niin kalibroitua kuvaahan minä vertasin :embarrassed: Hetken luulin jo ohjelman tehneen jotain omituisia temppuja.

Kalibroidut kuvat tallennan aina 32-bittisessä liukulukumuodossa ja tämä sitten tuplaa yhden kuvatiedoston koon 40 megaan! Näitä on sitten kiva pyöritellä keskusmuistissa ja tehdä pinoamista ja muuta laskentaa.

Ja gainia ei voi tosiaan ainakaan SBIGin kameroissa itse säätää, vaan on jo tehtaalla säädetty.
Selkeitä kelejä,

Petri Kehusmaa

Vesa Kankare

Noniin, alkaa aukeamaan tämä kuvio pikkuhiljaa... Kiitos vastauksista!

Pitääköhän tässä vielä hankkia se CCDStackikin.
Vesku
www.vkastronomy.com

PetriKe

Lainaus käyttäjältä: Vesa Kankare - 21.02.2009, 18:18:20

Pitääköhän tässä vielä hankkia se CCDStackikin.

Suosittelen lämpimästi. Paras ohjelma kuvien kalibrointiin, kohinan poistoon, analysointiin ja pinoamiseen. CCDStackin lisäksi tarvitset myös CCDI-pluginin (maksullinen). Se tekee kuvien rekisteröinnin täydellisesti. Tosin tarvit lisäksi CCD-kameran ohjaamiseen hyvän ohjelman ja paras on MaximDL. Siinä on niin paljon hyviä ominaisuuksia, että sitä ei voi olla ostamatta. Tosin uusin versio (v5.04) vaatii koneelta aika paljon suorituskykyä, enkä ole sitä voinut observatorio-PC:hen tästä syystä asentaa vaan ajan siinä v4.6:sta, joka toimii siinä huomattavasti jouheammin.
Selkeitä kelejä,

Petri Kehusmaa

dirty

Lainaus käyttäjältä: Petri Kehusmaa - 25.02.2009, 11:01:25
Suosittelen lämpimästi. Paras ohjelma kuvien kalibrointiin, kohinan poistoon, analysointiin ja pinoamiseen. CCDStackin lisäksi tarvitset myös CCDI-pluginin (maksullinen). Se tekee kuvien rekisteröinnin täydellisesti. Tosin tarvit lisäksi CCD-kameran ohjaamiseen hyvän ohjelman ja paras on MaximDL. Siinä on niin paljon hyviä ominaisuuksia, että sitä ei voi olla ostamatta. Tosin uusin versio (v5.04) vaatii koneelta aika paljon suorituskykyä, enkä ole sitä voinut observatorio-PC:hen tästä syystä asentaa vaan ajan siinä v4.6:sta, joka toimii siinä huomattavasti jouheammin.

Petri, sulla kun on molemmat CCDStack ja MaxIm DL, niin olet varmaan vertaillut kalibrointia ja pinoamista (ym. välivaiheita) näillä molemmilla softilla.
Mitä lisäominaisuuksia CCDStack tarjoaa kalibrointiin ja pinoamiseen verrattuna MaxIm:iin?
Vai tekeekö se jotain näistä vaiheista paremmin ja miksi?
Harri Hytönen

PetriKe

Lainaus käyttäjältä: dirty - 25.02.2009, 11:57:19
Petri, sulla kun on molemmat CCDStack ja MaxIm DL, niin olet varmaan vertaillut kalibrointia ja pinoamista (ym. välivaiheita) näillä molemmilla softilla.
Mitä lisäominaisuuksia CCDStack tarjoaa kalibrointiin ja pinoamiseen verrattuna MaxIm:iin?
Vai tekeekö se jotain näistä vaiheista paremmin ja miksi?

Tähän kysymykseen tyhjentävästi vastatakseen, pitäisi kirjoittaa kirja :smiley: En ole tehnyt sen syväluotaavampaa vertailua ohjelmien välillä. Uskon vakaasti, että kummallakin ohjelmalla päästään yhtä hyvään lopputulokseen. MaximDL:ssä on ominaisuuksia ja säädettäviä parametreja pilvin pimein ja lisäksi vielä tunnettujen tähtivalokuvaajien tekemiä ilmaisia lisäosia. Se on ohjelma, jolla hoidetaan niin kuvan ottaminen (ja sen automatisointi) kuin kuvien jälkikäsittelykin. Lisäksi se on oiva työkalu astro- ja fotometriaan sekä asteroidi- ja supernovajahtiin.

CCDStack on suht tuore tulokas, joka toimii hiukan eri tavalla MaximDL:ään verrattuna. Se on yksinkertaisempi käyttää ja siinä on suoraviivaisempi kuvankäsittelyprosessi. Siinä on myös käytetty uusia innovatiivisia menetelmiä, jotka parantavat kuvien laatua entisestään. Itse teen CCDStackillä kuvien kalibroinnin, rekisteröinnin ja kuumien- /kylmienpikseleiden poiston sekä joskus harvoin tähdille deconvoluution.

MaximDL:ää käytän pääasiassa astro- ja fotometriaan (+PinPoint full versio), joskus DDP:tä sekä column repair työkaluja. MaximDL:n mukana tulee myös SNSearch työkalu, joka on luonnollisesti supernovametsästäjän ahkerassa käytössä.

Eli jos ei ole rahaa kumpaankin ja koneelta puuttuu hyvä CCD-ohjaus- ja kuvankäsittelyohjelma, niin hankkisin ensin MaximDL:n. Siinä riittää ominaisuuksia pitkäksi aikaa.
Selkeitä kelejä,

Petri Kehusmaa