Un capteur N&B au format APS-C - Mode d'emploi Debayérisation d'un Capteur CMOS CANON

[Astroghost-Francois]

J'ai tellement de boulot en ce moment que je n'arrive pas à faire mes tests , entre mon abri astro, un projet

de camera ALLSKY à bas prix que je viens de finaliser ( j'en dirais plus bientôt) , mon 600d refroidi/debayérisé ,

mon Astrographe ....

J'ai plein de pages à mettre à jour sur mon site également sur l'avancement du 600D refroidi , j'en suis ici

 

 

Je viens de débayériser un 50D ( un des meilleur capteur CANON en QE et bruit ) , je pense donc réaliser un comparatif

d'ici une ou 2 semaines entre ma première CoolingStarBox , un EOS 50D refroidi et ce nouveau 50D débayérisé.

 

François

[floki]

wow....

ÇA c'est alléchant...

[Astroghost-Francois]

Un petit test de ce matin en IR720 avec un EOS 50D débayérisé en attendant le beau temps

 

[Astroghost-Francois]

Salut à tous ,

 

j'ai enfin eu le temps et une météo clémente pour faire les premiers comparatifs astro entre un

capteur normal et un capteur débayérisé.

Je continuerais les mesures ce soir , mais voici quelques infos consultables sur la page dédiée

 

http://astronomie-astrophotographie.fr/TUTO-DEBAYERING.htm

 

François

 

[stefg1971]

Bon, je constate que le suivi est meilleur avec un apn debayérisé

 

plus sérieusement, le gain en définition est évident mais a-t-on plus de signal...oui mais pas énorme non ? Pas facile de juger sur une image.

 

en tout cas bravo pour ce boulot de dingue, on attend la suite

Modifié 20 novembre 2014 par stefg1971

[Fred_76]

On ne gagne pas énormément en signal. Et c'est normal.

 

Les µlentilles recouvrent environ 70% de la surface du capteur, le reste est pris par les bords des lentilles. Les pigments de la matrice de Bayer ne laissent passer tout au plus que 40% à 50% de la lumière incidente. Donc la quantité de lumière qui arrive sur la zone photosensible du capteur est tout au plus de 70%x40%=30% à 40% de la lumière incidente.

 

La zone photosensible d'un photosite n'occupe que 30 à 40% de la surface du photosite, le reste est pris par les transistors et autres systèmes électroniques pour acquérir et transférer le signal reçu.

 

Dans les deux cas, la quantité de signal reçue est la même : 30 à 40%. Donc passer de la couleur au N&B ne va pas chambouler le rendement du capteur. Pour cela il faudrait conserver les microlentilles (on aurait alors 70% de la lumière captée). Mais ce n'est pas possible.

 

Attention, je parle de quantité de lumière arrivant sur la zone photosensible, pas de rendement quantique !

 

 

Là où l'on y gagne, c'est dans la gestion du bruit et dans la résolution.

 

Seul 1 photosite sur 2 capte le vert, et 1 sur 4 le rouge et le bleu. Pour équilibrer les couleurs d'une image, on doit donc plus "pousser les curseurs" dans le bleu et le rouge que dans le vert, ce qui fait ressortir du bruit. Avec un capteur N&B, tous les photosites captent toutes les couleurs (selon le filtre qu'on place devant le boitier). On maitrise donc bien mieux le bruit.

 

Il en va de même pour la résolution. Les algorithmes de débayérisation utilisent les informations des photosites voisins pour reconstruire une image couleur (9 voir 25 et même 49 photosites peuvent être impliqués selon les algos). Donc une image qui n'a été captée que par un seul photosite va forcément s'étaler sur les photosites voisins qui iront chercher sa valeur pour extrapoler leur couleur.

 

Ce n'est pas le cas avec le N&B : toute l'information captée par un photosite ne va servir qu'à ce photosite et pas aux autres. Le gain en résolution est donc bien présent (mais il faut un bon suivi !).

[zeubeu]

Les petites étoiles sont plus fines mais les grosses sont plus "pâteuses" ??

[Fred_76]

Je pense que c'est dû à des reflets sur la vitre du capteur, qui d'origine n'a pas un traitement anti reflet très efficace ainsi qu'on peut le voir sur cette discussion :

 

http://stargazerslounge.com/topic/166334-debayering-a-dslrs-bayer-matrix/page-92#entry2355853

 

On y voit un message de Luis Campos qui réalise lui aussi la débayerisation et qui remplace la vitre du capteur par une vitre traitée antireflet. Ici sa galerie avec des photos réalisées avec des boitiers "grattés" en N&B.

Modifié 20 novembre 2014 par Fred_76

[Astroghost-Francois]

Stéphane , tests effectués après jeté d'HEQ5 au fond du jardin

Promis la prochaine fois , je fais une mise en station et de l'autoguidage

 

Fred a tout dit , merci à lui et à ses commentaires par MP ;-)

 

Fred (Zeubeu) tu n'es pas allé lire ma page , ce phénomène est surement dû au

problème de réflexion de la vitre d’origine du capteur CMOS qui n'a pas de traitement anti-reflet.

 

Je réaliserais de nouveau tests la semaine prochaine quand j'aurais monté la nouvelle fenêtre du capteur .

[zeubeu]

Ok !

non j'ai pas lu ta page !! Et t'as pas répondu à mon mail... :-)

[Fred_76]

Bon, après une petite recherche, le traitement effectué par Canon avant la sauvegarde du RAW pour atténuer le courant d'obscurité consiste à soustraire de l'image la moyenne des valeurs captées par les photosites occultés qui se trouvent en bordure du capteur. Ensuite le niveau est ramené au niveau d'offset (256, 512, 1024 ou 2048 selon les boitiers).

 

De ce fait, la mesure directe du courant d'obscurité ne peut pas se faire. Par contre ce traitement ne modifie pas l'écart type. Donc on peut se contenter de mesure l'écart type du bruit qui correspond à l'agitation thermique, proportionnel au temps de pose et fonction de la température.

 

Une fois les photos prises dans divers endroits (du congélateur à -20°C jusqu'au four à 35°C), j'ai pu estimer la courbe d'évolution du bruit d'agitation thermique en fonction de la température. Voir à ce titre le papier de Ralf Widenhorn & co. "Temperature dependence of dark current in a CCD". Il y explique que le courant d'obscurité peut se décomposer en deux parts, une qui a un effet à basse température, l'autre à haute température. La transition entre les deux, pour le silicium dont sont composés les capteurs, est de l'ordre de 15°C.

 

Partant de ce papier, il m'a été possible de reconstituer une courbe interpolée du courant d'obscurité. Au final, le bruit d'agitation thermique généré par celui ci va se cumuler de façon quadratique avec le bruit de lecture, ce qui va avoir un impact sur la dynamique du capteur.

 

J'ai comparé le 1000D et le 500D et voici le résultat :

 

 

Ce n'est pas un mystère, on ne profite ni des 12 bits du 1000D ni des 14 bits du 500D ! Au mieux, on a une dynamique un peu inférieure à 10 bits, et celle ci se dégrade rapidement dès que la température du capteur monte au dessus de 10°C.

 

Sur des poses de 5 minutes à 800 ISO, sensibilité optimale pour ces deux boitiers, on se rend compte que le 500D est meilleur de 0,3 stops à basse température, par rapport au 1000D. L'écart se creuse avec la température pour atteindre 1/2 stop à partir de 5°C et plafonne à 0.6 stops entre 15 et 30°C qui est la plage habituelle de température du capteur pour les prises de vue à température ambiante.

 

Conclusion : du point de vue de la dynamique, il n'est pas tellement avantageux de refroidir le capteur en dessous de 0°C pour le 1000D et 5°C pour le 500D, on ne gagne que 0.1 bits de dynamique.

Modifié 24 novembre 2014 par Fred_76

[OrionRider]

Merci pour ces mesures.

 

Je soupçonne qu'un 350d de la première génération d'APN donnerait des résultats bien plus modestes.

[Fred_76]

Je veux bien faire l'exercice, mais je n'ai pas de 350D sous la main ! Il faudrait aussi que je fasse aussi l'exercice avec un 450, 1100, 1200 et 600D voire même un 50D et un 100D car ils sont assez courus par les astrams... S'il y a des volontaires pour me donner leurs boîtiers, j'en serais ravi

[Astroghost-Francois]

Je devrais pouvoir te fournir quelques uns de ces modèles Fréd

[charpy]

Je passe d'un 350d defiltré total à un 450d defiltré partiel et je ne suis pas convaincu du résultat. Il y a une grosse baisse de sensibilité entre les 2 et on ne s'y retrouve pas au final en rapport s/b

 

Faut encore que je le testé sur des longues poses de 5min pour en être sur mais j'ai trop de PL.

[Fred_76]

Un papier très intéressant de Canon :

 

http:\\media.the-digital-picture.com\Information\Canon-Full-Frame-CMOS-White-Paper.pdf

[Tromat]

Il en va de même pour la résolution. Les algorithmes de débayérisation utilisent les informations des photosites voisins pour reconstruire une image couleur (9 voir 25 et même 49 photosites peuvent être impliqués selon les algos). Donc une image qui n'a été captée que par un seul photosite va forcément s'étaler sur les photosites voisins qui iront chercher sa valeur pour extrapoler leur couleur.

 

Ce n'est pas le cas avec le N&B : toute l'information captée par un photosite ne va servir qu'à ce photosite et pas aux autres. Le gain en résolution est donc bien présent (mais il faut un bon suivi !).

J'en ai déjà parlé plus haut mais ça dépend de la technique employée. Si tu débayerises par interpolation il y a effectivement une perte de résolution, bien que les algos les plus récents permettent maintenant de sérieusement limiter la casse. Par contre il est maintenant possible de dématricer sans interpolation en utilisant le bayer drizzle. Il faut pour cela un minimum de brutes (ça commence à fonctionner avec 15-20) et surtout il faut du dithering, l'algo utilise alors les décalages pour superposer les photosites de chaque type et retrouver la couleur et la luminosité sans interpolation.

J'ai fais ce test il y a quelques temps avec seulement 10 images dont la qualité n'est pas extraordinaire et on voit que le bruit de fond de ciel est beaucoup plus fin en bayer drizzle qu'en VNG.

 

Je reste mitigé sur le gain apporté par la modif par rapport au boulot exigé, le seul réel gain que je vois c'est derrière un filtre Ha ou autre.

[Moot]

Un papier très intéressant de Canon :

 

http://http:\media.the-digital-picture.com\Information\Canon-Full-Frame-CMOS-White-Paper.pdf

Très intéressant, mais le lien n'est pas "aux normes", les "slashes" sont à l'envers.

 

 

http://media.the-digital-picture.com/Information/Canon-Full-Frame-CMOS-White-Paper.pdf

Modifié 28 novembre 2014 par Moot
Remise aux normes HTML d'un lien (pas facile quand le texte n'est pas l'adresse même vers laquelle il pointe !)

[Fred_76]

Je reste mitigé sur le gain apporté par la modif par rapport au boulot exigé, le seul réel gain que je vois c'est derrière un filtre Ha ou autre.

C'est justement ça qui est important ! Parce qu'avec la matrice de bayer, utiliser des filtres SHO par exemple est un non sens. Ça ne veut pas dire que ce n'est pas possible mais on n'exploite qu'un pixel sur 4 (S/H) ou sur 2 (O) donc on dégrade très fortement la résolution et la sensibilité.

Modifié 23 mai 2015 par Fred_76

[Astroghost-Francois]

Le 50D est prêt avec la nouvelle vitre traitée anti-reflets sur les 2 faces mais vu ce qu'on se prend comme

flotte sur la tête en ce moment dans le sud , je ne sais pas trop quand je pourrais faire les prochains tests

Me pensées à tous ceux qui souffrent de ces intempéries .

[Fred_76]

Un petit test à faire en attendant le ciel dégagé :

- placer un trépied pile en face d'un écran d'ordinateur,

- afficher sur l'écran une image de mire avec des bandes blanche, rouge, verte et bleue

- placer sur le trépied un 50D d'origine, avec un objectif defocalisé.

- Régler le temps de pose pour que l'image soit à peu près à 50-60% de la dynamique (comme on le fait pour les flats). Noter le réglage ISO, diaphragme et vitesse (plus lente que 1/15e s pour éviter les pbs de banding)

- prendre 5 images

- mettre un 50D defiltré et remettre les mêmes réglages (ISO, diaph, vitesse), reprendre 5 photos

- mettre un 50D debayerisé et recommencer 5 photos

 

Avec Iris, mesurer le niveau moyen de chaque plan de couleur de chaque photo pour chacune des 4 bandes colorees (soit 12 mesures par photo : canal R bande blanche, canal V bande blanche, canal B bande blanche, puis canal R bande rouge, canal V bande rouge...) et en soustraire le niveau moyen d'une photo prise dans le noir (à priori 1024 pour le 50D). On aura ainsi la réponse des boîtiers avec les diverses modifications, l'écran jouant le rôle de référence lumineuse.

 

Si on fixe aussi le reglage de luminosité de l'écran et la distance APN - écran, et qu'on utilise toujours les mêmes ISO/diaph/temps de pose, on peut aussi comparer d'autres boîtiers les uns par rapport aux autres. Ce n'est pas une précision de Lab., mais ça donne déjà une bonne idée

 

 

Je vais faire l'exercice avec mes boîtiers (

: 1000D d'origine, 1000D defiltré total, (et 1000D avec LPF1 si je le retrouve), et 500D d'origine.

Modifié 28 novembre 2014 par Fred_76

[charpy]

Le 50D est prêt avec la nouvelle vitre traitée anti-reflets sur les 2 faces .

 

cool

 

t'as pas une étoile artificielle pour tester ça indoor?

ou un laser vert sur une bille de stylo bic...

[Fred_76]

Bonsoir

 

Chose promise, chose due ! Voici la comparaison des sensibilités de 5 boitiers, 350D, 1000D et 500D d'origine, 1000D défiltré total, 1000D défiltré partiel, selon la procédure définie ci-dessus.

 

 

Les valeurs qui sont comparées sont des électrons/µm², en tenant compte du gain en électron/ADU de chacun des boitiers. Les mesures ont été faites à 800 ISO, sur une mire affichée de la même façon sur l'écran (luminosité, angle, température de couleur) de mon ordinateur, avec le même objectif, à la même distance, la même mise au point, le même diaph, la même vitesse.

 

La mire affichée sur l'écran était comme ça (la zone sur laquelle j'ai fait les mesures est au centre et est indiquée en pointillés) :

 

 

Les courbes sont normalisées par rapport à celle (en gris qui est le rendu de la zone blanche de la mire) du 350D.

 

Sur les boitiers d'origine, on se rend compte que le 1000D est très légèrement en retrait par rapport au 350D, mais ce n'est que de quelques %. Le 500D est par contre bien meilleur de près de 10% alors que les photosites sont 1,4 fois plus petits.

 

Sur le 1000D, on voit très bien l'influence du filtre LPF1 qui laisse très bien passer le rouge. On gagne un peu donc en sensibilité dans toutes les couleurs, mais surtout dans le rouge. Le défiltrage total permet un gain assez substantiel sur l'ensemble des couleurs.

 

Sur la courbe ci-dessous, je montre la sensibilité pour des pixels entiers. Evidemment, avec ses photosites plus gros, le 350D prend la tête et le 500D est bien en dessous. C'est au détriment de la résolution mais comme on le voit sur la courbe précédente, le 500D est plus sensible, à surface équivalente.

 

 

Je compléterai ce tableau avec les autres boitiers qui me passeront sous la main, et qui sait, peut être un boitier débayérisé ?

Modifié 29 novembre 2014 par Fred_76

[Invité anonyme65454]

Bonjour,

 

Je me posais une question, est-ce qu'il est possible de défiltrer total ainsi que le filtre anti-moiré collé au capteur, debayeriser, ne pas mettre de filtre clair devant le capteur, et installer un EOS clip Halpha sur le boitier, ce qui donnerait donc un boitier 100% halpha, et le capteur serait seulement protégé des poussière par l'EOS clip, et pas de problème de MAP (enfin je pense) dans l'IR, ni de reflet sur le capteur à cause de la bande étroite.

[Fred_76]

Il n'y a rien d'impossible.

 

Antimoiré

 

Jusqu'à présent je n'ai jamais vu aucune étude sérieuse capable de quantifier la perte de résolution causée par le traitement antimoiré des divers filtres qui équipent les boitiers, surtout quand on n'en retire qu'un seul (le filtre de phase) dans le cas d'un défiltrage partiel.

 

Sur cette page : http://www.canonwatch.com/eos-5d-mark-iii-hacked-anti-aliasing-filter-removed-more-sharpness/

les photos sont trompeuses car l'analyse avec/sans est faite sur des images qui ont été prises dans des conditions différentes (luminosité visiblement différente) et des focales différentes. Donc il est impossible de juger correctement de l'effet. De surcroît l'étude est faite sur des images JPEG...

 

C'est d'autant plus compliqué à quantifier que Canon disperse le traitement antoimoiré sur 3 zones différentes (voir ici en page 21) :

- le filtre LPF1 étale l'image par polarisation linéaire horizontale (il réfléchit aussi les IR et UV mais pas les Ha)

- le filtre de phase (2) : converti la polarisation linéaire en une polarisation circulaire (il absorbe les IR et les UV et ajuste la bdb)

- le filtre LPF2 (qui est en fait le verre de protection du capteur) : étale l'image par polarisation linéaire verticale

Nikon fait pareil.

 

 

On voit donc que si l'on supprime le deuxième filtre (dit "de phase"), le traitement antimoiré ne fonctionne plus !

 

Pour ce qui est de la débayérisation, Astroghost remplace le verre d'origine du capteur par un verre clair traité antireflet, ainsi qu'il l'a expliqué dans un message précédent. Donc plus de soucis de traitement anti-moiré.

 

Halpha

 

En ce qui concerne le Halpha. Pourquoi ne vouloir qu'un boitier Halpha alors qu'il pourrait aussi servir pour toutes les autres longueurs d'ondes ?

 

Poussières

 

A mon avis le mieux est de faire un défiltrage total, de mettre un EOS Clip MC Clearglass pour protéger le boitier des poussières et ensuite de mettre des filtres 2" pour faire du Ha, Oiii, Sii... Je vois deux avantages :

- les poussières reviendront tôt ou tard sur le capteur, le Clip EOS donnera toujours un moyen d'y accéder pour le nettoyer (alors qu'en remplacant le LPF1 par un verre clair, il faudrait tout démonter)

- si un jour tu passes à une CCD, tu pourras conserver les filtres 2" alors que les filtres Clips te resteront sur les bras... en plus un 2" coûte aussi cher, voir moins (en occasion) qu'un Clip (rare en occasion).

 

MAP

 

Astroghost dira si je me trompe, mais la MAP n'est pas un problème car sur les boitiers récents (depuis le 450D), le capteur peut être déplacé pour que la MAP soit conservée même si on a retiré les filtres.

 

J'ai plutôt l'impression que tu parles de la défocalisation due au chromatisme. Cela ne se fait que derrière un réfracteur (en général les lunettes). La bande étroite supprime en effet ce soucis.

Modifié 15 décembre 2014 par Fred_76

[Invité anonyme65454]

Merci Fred pour la réponse complète.

 

-Halpha: J'ai déjà un reflex, mais que je ne veux pas debayeriser. Mais je voudrais faire du haRVB, d'où un 2ème boitier, étant donné que la résolution est 4 fois (ou un peu moins, ça dépend des algos) meilleure que le RVB, surtout vu les prix des boitiers en occas. Après pour le SHO, ça en fait des heures de pauses, au regard du peu de gain en sensibilité. Par contre c'est intéressant en résolution.

 

-Poussière: d'où l'idée de mettre l'EOS clip halpha, mais ce que tu écris aussi est vrai, après c'est une histoire de compromis.

 

-MAP: Oui je parlais du chromatisme en IR. La MAP (pas celle du chromatisme) à l'infini change comme tu dis, quand on défiltre total. Il me semble avoir lu que c'était problématique pour les focales courtes (en objectif photo), en dessous de 50mm, il n'est alors plus possible de faire la MAP même en dépassant le symbole infini. Mais pour les focales plus longues, c'est ok. Confirmation?

[Christophe.noel]

....

Bizarre j'ai voulu répondre a une réponse qui a disparu ?

 

Merci pour toute ces infos super intéressante !

Modifié 15 décembre 2014 par Christophe.noel

[Astroghost-Francois]

Fredouner ,

 

La résolution est bien 4 fois supérieure sur un capteur débayérisé en mode RAW ,les contrastes et surtout le bruit sont également supérieurs

 

Le plus intéressant est l'utilisation d'un boitier pour le RVB et un autre débayérisé pour la luminance avec un gain en sensibilité et en résolution.

 

Sur un de mes derniers boîtiers débayérisé , je suis allé un peu moins en profondeur au niveau polissage et il semble que le gain en sensibilité soit

bien supérieur au premières mesures que j'avais effectué , environ 20 %.

 

Quelqu'un de plus compétant que moi sur ces mesures vous livrera surement ses premiers résultats.

 

Concernant la MAP , pour pouvoir la maintenir possible il faut modifier la position originale du capteur , 44 mm de tirage.

Ensuite il faut reprogrammer l'autofocus de l'appareil pour que celui ci prenne en compte une position différente.

 

Il peut être également possible de rajouter un filtre clair sur le support à l'avant du filtre pour récupérer le tirage manquant des 2 filtres précédents

 

Sur certain modèle cela se fait avec des cales , sur les modèles à partir du 500d le capteur est monté sur ressort et le réglage se fait sur un banc à 4 lasers.

 

Tous les boîtiers que j'ai défiltré/refiltré jusqu'ici peuvent faire la mise au point à l'infini en manuel ou en automatique .

 

François

[Invité anonyme65454]

Bonsoir Francois,

 

comment fais-tu pour ne pas aller trop en profondeur sur un 350D en gratouillant?

 

Sur ce site: http://www.jtwastronomy.com/tutorials/debayer.html

 

Il parle d'une couche en dessous de BAYER, qu’apparemment il faudrait laisser mais qui est aussi fragile.

 

You will notice as it is removed there is a definite clear-ish layer underneath it. We suspect this is a coating on the sensor, but cannot be sure. What we do know is that although it is probably preferable to keep it, it is extremely difficult to do as it is much easier to remove than the bayer. By removing it you will get more uniform flats but a slight decrease in sensitivity (much less than if you go too deep into the sensor)

[Astroghost-Francois]

Aprés avoir supprimer les microlentilles et la matrice de Bayer , j'effectue également un polissage de la surface du capteur avec différents produits , j'ai pu voir que d'autres utilisent également cette technique.

 

Comme semble l'expliquer le lien que tu as mis , en polissant trop on risque de perdre en sensibilité mais on obtient une surface beaucoup plus homogène.

 

Voici par exemple les différentes couches que tu peux retrouver sur un de mes derniers capteurs

La surface couleur cuivre correspond à la structure des photosites , plus profondément on altère ceux-ci.

 

 

C'est ce que je viens de constater mes derniers capteurs , je semble avoir trouvé le bon compromis entre un bon état de surface et un gain maximum en sensibité.

Modifié 15 décembre 2014 par Astroghost-Francois