Réglage Gain et offset des caméras CMOS ( Olivier D)

Répondre
HerveM
Site Admin
Messages :81
Inscription :31 août 2012, 12:46
Contact :
Réglage Gain et offset des caméras CMOS ( Olivier D)

Message par HerveM » 13 avr. 2020, 09:50

Comment régler le gain et offset d'une caméra cmos.

La particularité des caméra CMOS (et des APN qui ont maintenant tous des capteurs CMOS ) est que le bruit de lecture baisse quand on augmente le gain, ce qui n'était pas ou peu le cas sur les CCD. (gain = iso = asa pour les apn)

voir les courbes de ce lien (ZWO183) pour comprendre l'explication ci dessous

https://astronomy-imaging-camera.com/wp ... -gain1.jpg


En gros on a 3 sources de bruit:

- le bruit de lecture : fixe quelque soit la durée de la pose, lié à la lecture du capteur. mesuré en électron rms e- rms (rms = root mean square = valeur efficace vraie)

- le bruit thermique : lié à la température du capteur et caractérisé par le courant de dark en électron par seconde i.e. e-/s
le bruit thermique est le carré du courant de dark.

- le bruit photonique : lié au signal et [ la nature même du photon. c'est même la racine carrée du signal.

Comment les bruit s'ajoutent : c'est une somme quadratique : on fait la somme des carrés puis la racine carrée de cette somme.

Quel rapport signal à bruit faut il pour avoir une image facilement traitable : en gros il faut un rapport d'au moins 3 entre le bruit photonique du plus petit signal qu'on essaye de capter (le fond du ciel) et le bruit de lecture.
Comme c'est une somme quadratique, ça veut dire que le bruit du signal l'emportera largement (à 90%) sur le bruit de lecture qui deviendra quasi négligeable au traitement.

Pour atteindre ce rapport des bruit minimal, on augmente progressivement le temps de pose. Le bruit de lecture est fixe par pose et le bruit du fond du ciel augmente avec la racine carrée du temps de pose.
On fait une pose test de 1min au Zénith, un.jour sans lune ni nuages de manière à avoir le fond du ciel le plus faible. Puis on mesure le bruit du fond du ciel et on ajuste le temps de pose jusqu'à avoir au moins 3 ou 3,5 le plus étant le mieux 4 ou 5 ça va, au delà autant couper la pose en 2
(Déjà avec un rapport 5 on a une pose 2 fois plus longue qu'avec 3.5 qui suffirait).
Évidemment il est plus facile de guider sur des poses plus courtes. en cas de perte d'une pose on en.perd moins.
aussi le dithering est plus efficace (léger décalage entre chaque pose)

Bref retenir le rapport 3.5 à 5 entre rapport du bruit du fond du ciel et bruit de lecture

Mais bonne nouvelle avec les CMOS on peut dimminuer le bruit de lecture en augmentant le gain. Donc diminuer le temps de pose unitaire.
On va chercher à diminuer le bruit de lecture au maximum en augmentant le gain et ce d'autant plus que le signal est faible.

Par contre, conséquence problématique plus on augmente le gain, plus la dynamique diminue.
La dynamique est le rapport entre le signal le plus fort enregistrable (=limite de saturation) et le bruit de lecture.

Donc quand in.a un objet très contrasté (typiquement M31, M42), il faut une grande dynamique.
on va plutôt travailler à gain faible quitte à sacrifier un peu de bruit de lecture, car ce sont des objets assez lumineux.

Par contre pour les objets faibles, en particulier avec des filtres à bande étroite, là on va chercher à avoir un bruit de lecture le plus faible possible. Donc travailler à grand gain.

C'est là qu'il faut regarder la courbe du bruit de lecture pour avoir une identité du gain à adopter.

Pour la 183 on voit que le bruit de lecture diminue progressivement avec le gain.

Par contre pour d'autres caméra ce n'est pas toujours le cas, on a parfois une diminution brutale pour une valeur de gain.particulière (on a intérêt à se mettre juste après) ou une stagnation du bruit de lecture qui ne diminue plus notamment au delà d'un certain gain. On n'a plus intérêt à augmenter le gain. (cas typique du Sony A7S dont le bruit ne diminue quasi plus au delà de 3200iso)

Dans le cas de la 183, on peut travailler avec 2 (ou 3) gains différents.

- un gain relativement faible, pour les objets sans filtres. 50 à 120 i.e. 5 à 12dB.
(je n'irais pas en dessous de 50, sauf exception, objet très lumineux, le bruit de lecture augmente trop)

- un gain assez élevé (200 à 300 i.e. 20 à 30dB) pour les objets faibles avec filtre bande étroite (comme ton duo narrow band Robert)

Remarque : pour le planétaire, on voit que même avec le gain à fond on a encore 8bits de dynamique avec cette 183 -> c'est ce qu'il faut faire : gain 300, données en raw 8bits mono et faire du fenétrage (roi) autour de la planète par ex 400x400 pixels pour augmenter le débit d'images.

Pour l'offset : il faut le régler de manière à n'avoir aucun pixel proche de 0 (sauf pixels morts évidemment).
Par exemple pour une caméra 16bits donc la valeur max par pixels est 65535 ADU, on va régler l'offset pour avoir 300 à 1000 ADU ou un peu plus.

la 183 est en 12bits, mais ils multiplie par 16 les valeurs pour avoir un chiffre sur 16bits. Donc ca va se régler comme une 16bits :

on met un bouchon et dans le noir on fait une pose la plus courte possible. on mesure le niveau moyen et on augmente pour avoir une valeur entre 300 et 1000 ou 1500. c'est vraiment pas critique du tout, juste un décalage de l'histogramme histoire de ne pas être trop près du 0.

Attention il faut régler l'offset pour chaque niveau de gain utilisé, à mouns de trouver un réglage qui marche bien dans tous les cas, ce qui est parfois possible : minimum 300 à faible gain sui peut devenir 1000 ou un.peu plus à fort gain avec le même réglage. là ça marche.

Concernant la calibration des images : il faudra faire des darks pour chaque valeur de gain (et de durée et de température de capteur).

par contre si tu fais des darks de flats (ou darks spécifiques pour tes flats) là pas besoin d'avoir le même gainpour les flats que les images. par contre même gain.pour les darks de flats.

Et après il ne reste plus qu'à emagasiner un maximum de photons et posant le plus longtemps possible, ou du moins jusqu'à obtenir un rapport signal à bruit qui satisfait l'observateur.

A+

Olivier

Répondre

Revenir à « Caméras et CCD/APN »