Signal, diamètre, f/d, taille de pixels et échantillonnage

[Schorieder]

Bonjour à tous,

 

Je suis en train actuellement de mettre sur pied un set-up photo CP, et il y a un point qui me parait bizarre, mais que je n’arrive pas à éclaircir (ça m’a occupé pendant toute ma semaine de vacances:p. Pour mieux expliquer la chose, je vais prendre un exemple sur la base de deux set-up. Je m’intéresse ici au principe, je laisse volontairement de côté toutes les questions de prix, d’encombrement, de mise en œuvre et d’existence sur le marché de ce que je prends comme exemple. Je laisse aussi la question du champ de côté.

 

Set-up A

Imageur: diamètre 100mm / focale 500mm -> f/d = 5

Taille des pixels : 5μm -> échantillonnage = 2.05 arcsec/px

 

Set-up B

Imageur: diamètre 200mm / focale 1000mm -> f/d = 5

Taille des pixels : 10μm (ou 5μm en binning 2x2) -> échantillonnage = 2.05 arcsec/px

 

Raisonnement

Nous avons donc deux f/d identiques, donc le flux lumineux sur le capteur par unité de surface est le même. Nous avons également deux échantillonnages identiques. Donc, je m’attends à avoir deux images rigoureusement identiques (sur le principe).

 

Or, comme les pixels du set-up B sont deux fois plus gros, leur surface est 4 fois plus grande, et donc le signal est aussi 4 fois plus grand (car le flux lumineux par unité de surface est le même). Donc, on pourrait poser 4 fois moins longtemps pour la même image finale. Donc, il vaudrait en principe mieux opter pour la solution B. J’ai toujours lu (et pensé) que le diamètre ne jouait pas de rôle (à f/d et échantillonnage identiques).

 

Ma question est donc : me suis-je planté dans mon raisonnement, ou est-ce vraiment exacte ? Parce que si c’est exact, autant prendre plus gros et shooter en binning 2x2.

 

Merci pour votre aide ! Bon ciel à tous.

[Coch]

Si la taille des pixels est 4x plus grande, la taille du miroir est également 4x plus grande... Donc, me semble-t-il, le flux de photons vers les photosites est identique. Le signal également.

[olivdeso]

avec un miroir 2x plus grand, 4 fois plus de surface collectrice, rapport signal à bruit 2x meilleur.

 

Donc même temps de pose unitaire, mais 4x moins de poses unitaires à faire avec le diamètre 2x plus gros: temps de pose total réduit d'un facteur 4 pour 2x plus de diamètre pour arriver au même rapport signal à bruit sur l'image finale.

 

En ciel profond, comme en planétaire, il faut du diamètre.

Modifié 12 octobre 2015 par olivdeso

[oli14]

avec un miroir 2x plus grand, 4 fois plus de surface collectrice, rapport signal à bruit 2x meilleur.

 

Donc même temps de pose unitaire, mais 4x moins de poses unitaires à faire avec le diamètre 2x plus gros: temps de pose total réduit d'un facteur 4 pour 2x plus de diamètre pour arriver au même rapport signal à bruit sur l'image finale.

 

En ciel profond, comme en planétaire, il faut du diamètre.

 

Bonjour,

 

Merci Olivier pour ton explication. Ce rapport signal/bruit qui augmente avec le diamètre n'a pas été évoqué dans cet ancien post :

 

http://www.webastro.net/forum/showthread.php?t=15505

 

Je cite l'auteur du post :

Un diamètre plus grand ne sert pas à faire de meilleures photos.

Modifié 12 octobre 2015 par oli14

[Edramos]

Il ne sert pas à faire de meilleurs photos, seulement à les faire plus vite.

[Schorieder]

Merci beaucoup pour vos retours. Alors, c'est bien ce que je pensais.

 

En fait la phrase "en photo CP, seul le rapport f/d compte, le diamètre ne change rien", déjà lue 10000 fois ici et ailleurs (et que j'avoue avoir écrite quelques fois aussi:p) est fondamentalement FAUSSE.

 

A f/d ET échantillonnage égal, le diamètre permet de gagner énormément en temps de pose! Je vais peut-être reprendre ma réflexion au début pour mes choix, das ce cas!

[banjo]

Un diamètre plus grand ne sert pas à faire de meilleures photos.

 

C'est vrai , au Chili les pro n'ont pas les moyens de mettre un 30m , au vu de leur turbulence moyenne ils vont le remplacer par une Taka fsq 130 :be:

 

C'est vrai que c'est le ciel qui commande le diamètre et la focale , j'en ai fait les frais sur mon site , mais je pense aussi que la technique de traitement de certains astams explique aussi le nivellement entre un tube de petit diamètre et une buse comme moi avec un big tube.

 

Paul

[Schorieder]

C'est vrai que c'est le ciel qui commande le diamètre et la focale

 

Je dirais plutôt que le ciel commande l'échantillonnage.

 

Et ensuite, étant donné celui-ci, on peut faire varier le diamètre, la focale et la taille des pixels pour tomber juste. Mais cela aura une influence sur le rapport signal sur bruit, et donc sur le temps de pose nécessaire. C'est ce dernier point que j'avais un peu ignoré jusqu'à présent, en pensant à tort que seul le raport f/d comptait.

[Fred_76]

Le rapport F/D compte pour les objets diffus, avec une luminosité surfacique.

 

Le diamètre compte pour les étoiles (source ponctuelle de lumière) et la résolution.

 

La résolution effective est directement limitée par la taille des cellules de convection atmosphériques (diamètre de Fried). En général ce diamètre est de l'ordre de 10 à 30 cm, aussi on note peu d'amélioration du piqué de l'image avec des diamètres supérieurs à 40 cm sans mettre en œuvre des moyens supplémentaires (optique adaptative, imagerie à grande vitesse...).

[Schorieder]

Le rapport F/D compte pour les objets diffus, avec une luminosité surfacique.

 

Le diamètre compte pour les étoiles (source ponctuelle de lumière) et la résolution.

 

Le rapport f/d compte, c'est bien clair pour moi, il détermine le flux lumineux (le nombre de photons qui arrivent par unité de surface durant un temps donné).

 

Mais est-ce que le diamètre compte aussi pour les objets diffus? J'aurais tendance à penser que oui, puisque comme je l'ai écrit dans mon premier message, à échantillonnage égal, la surface collectrice est plus grande (plus gros pixels), et donc, on récupère plus de photons par pixel, donc on augmente le Signal.

 

La résolution effective est directement limitée par la taille des cellules de convection atmosphériques (diamètre de Fried). En général ce diamètre est de l'ordre de 10 à 30 cm, aussi on note peu d'amélioration du piqué de l'image avec des diamètres supérieurs à 40 cm sans mettre en œuvre des moyens supplémentaires (optique adaptative, imagerie à grande vitesse...).

 

Oui, je suis bien d'accord avec ça, augmenter le diamètre ne sert pas à aumenter la résolution si le ciel ne le permet pas. Mais le but premier, dans ma perspective, c'est surtout de diminuer les temps de pose (pour les objets diffus en particulier).

Modifié 13 octobre 2015 par Schorieder

[olivdeso]

Ici un calculateur en ligne pas mal fait. Bien pratique pour faire des expérimentations.

 

Par exemple, tu peux vérifier que doubler le diamètre, la focale et la taille de pixel, et le SNR doublera aussi.

 

 

http://www.mirametrics.com/sn_calculator_mvn.htm

 

 

Concernant la définition sur les gros diamètres, pour gagner même avec de la turbulence, il faut faire du dithering à la prise de vue (comme d'hab) et surtout du drizzle au prétraitement : ça reste efficace même avec une FWHM de 4 ou 5 pixels.

[Schorieder]

Ici un calculateur en ligne pas mal fait. Bien pratique pour faire des expérimentations.

 

Par exemple, tu peux vérifier que doubler le diamètre, la focale et la taille de pixel, et le SNR doublera aussi.

 

http://www.mirametrics.com/sn_calculator_mvn.htm

 

 

Merci beaucoup pour le lien, il est super instructif!

 

J'ai un peu joué avec les paramètres, ça permet de bien cerner ce qui joue un rôle (ou pas). Quelques exemples (j'ai pris un 200/800 comme base, un KAF8300 avec des pixels de 5.4um, et des poses de 300 secondes), Sous réserve que la simulation soit juste et que je n'aies pas fait d'erreur.... y'a quand même des trucs qui me semblent bizzares...

 

- Le readout noise: le faire passser de 5 e- à 50 e- (!) fait baisser le SNR de 1.6%, soit à peu prêt rien; ça a bien sûr plus d'influence si on réduit les temps de pose unitaires.

 

- Doubler le dark current à 60°C ne change rien au SNR avec un capteur à 0°C.

 

- Le température du capteur ne joue presque plus de rôle sur le SNR à partir d'un certain point. Par exemple, pour un KAF8300 (Dark current 200e- @ 60°C, doubling 5.8°C), passer de 0°C à -20°C ne change rien au SNR... ça, ça me semble bizzare, y a-t-il une explication? Sinon, pourquoi est-ce qu'on se casse la tête avec des refroidissements double-étage à -50°C?

 

- L' influences du diamètre et de la taille de pixels, c'est comme discutté ci-dessus, ça joue un rôle prépondérent.

 

- Et surtout, SURTOUT, faire passer le fond du ciel de 18 mag/arcsec2 à 20 mag/arcsec2 permet de gagner un facteur 1.5!

 

Ce que j'en retiens, c'est que ça ne sert strictement à rien de se torturer l'esprit avec les caractéristiques du capteur (hormis la taille des pixels) et de pleurer pour 2 électrons de plus ou de moins ici ou là si on a un ciel pourri!

Modifié 14 octobre 2015 par Schorieder

[oli14]

Il ne sert pas à faire de meilleurs photos, seulement à les faire plus vite.

 

Si on fait les photos plus vite, d'une part on diminue les risques de décalage du suivi et d'autre part en un temps imparti, on va faire plus d'images brutes. Ce qui indirectement revient à une meilleure image.

 

Par contre dans l'exemple donné par Schorieder, on est au même F/D. Quand il y a une différence de F/D, on peut calculer la différence de temps de pose (multiplié par 2 quand F/D augmente de racine carrée de 2) mais ici ce n'est pas le cas.

 

Donc je pense qu'il y a bien un temps de pose diminué et Schorieder a donné l'explication dans son premier message : surface du photosite 4 fois plus grande, à rapport F/D identique, même flux lumineux par unité de surface, donc 4 fois plus de flux lumineux, on peut donc poser 4 fois moins longtemps.

[Fred_76]

Ou poser le même temps, mais augmenter d'un facteur 4 le signal alors que le bruit n'a pas augmenté dans le même rapport.

[Colmic]

Il y a un point que Fred a mentionné. C'est le R0.

En France, on descend très très rarement sous la seconde d'arc en terme de résolution en ciel profond.

1" d'arc, c'est la résolution d'un instrument de 120mm.

Maintenant cette résolution est essentiellement liée à la focale utilisée (pour une taille de pixels donnée).

 

Avec un 400 tu ne vas pas gagner en résolution par rapport à un 150mm, dès l'instant où la focale te donne l'échantillonnage idéal pour une résolution de 1" d'arc (ou plus, en fonction de ton site).

 

Avec un 400 tu feras plus d'images unitaires qu'avec un 150, comme mentionné plus haut, mais bonjour les emmerdes en plus avec un tel diamètre.

 

Donc en terme de résolution, à focale égale on ne gagnera rien à augmenter le diamètre, sauf à faire des poses très courtes comme Albéric et d'autres commencent à le faire avec des caméras planétaires rapides.

[zeubeu]

Toujours le même débat et on en revient toujours à la même conclusion, le diamètre est inutile, une FS60 est suffisante... :-)

 

Non, pour en revenir à tes deux setup :

 

Set-up A

Imageur: diamètre 100mm / focale 500mm -> f/d = 5

Taille des pixels : 5μm -> échantillonnage = 2.05 arcsec/px

 

Set-up B

Imageur: diamètre 200mm / focale 1000mm -> f/d = 5

Taille des pixels : 10μm (ou 5μm en binning 2x2) -> échantillonnage = 2.05 arcsec/px

 

 

Plus le diamètre du télescope augmente, plus la tache d'Airy diminue, donc en théorie (et avec le seeing qui va bien) tu aura quand même une image plus fine dans l'instrument le plus gros, même s'ils ont le même échantillonnage.

 

Autrement comme je le disais en rigolant, une FS60 suffirait :-)

Modifié 15 octobre 2015 par zeubeu

[Edramos]

Ce qui fait une image plus belle ou moins belle, c'est l'échantillonnage.

On parle plus haut des télescope de 30 mètres qui se construises au Chili. L'intérêt d'un tel engin, c'est de pouvoir atteindre une résolution de 0,003 secondes d'arc; grâce à ses optiques adaptatives et au site d'exception sélectionné par l'ESO.

 

A échantillonnage égale, image égale.

Plus haut, on parle également des caméra planétaire. Ce n'est pas pour rien qu'ils visés un échantillonnage de 0,5", essayez de faire une image planétaire à 2", pas sur que ça rende bien!

Après, je ne parle pas de la résolution permise par le ciel, nous somme d'accord...

 

Le diamètre est donc à adapté à une focale, elle même adapté à un échantillonnage recherché .

Il vaut mieux un télescope à 500mm d'ouverture et 1000mm de focale, qu'une lunette de 100mm pour la même focale...

Comme pour un objectif photo! Ce n'est pas pour rien que tout le monde cherche à avoir des objectifs à F/D 2,8!

 

Après, un 500 à F/D 2......... Voilà quoi!

[christiand]

Bonjour

 

 

Fred :

 

Taille des pixels : 10μm (ou 5μm en binning 2x2) -> échantillonnage = 2.05 arcsec/px

 

Y aurait il une erreur ? : si je lis bien : taille pixel : 10µm en bin1 et 5µm en bin2 ?? n'est ce pas l'inverse ? ( bin2 = 10µm et bin1 = 5µm)

 

Dans l'affirmative : attention, shooter en bin2 donne en acquisition native une image et un objet 2 fois plus petit (le champ ne change pas mais l'image est divisée par 2, pas de miracle..).

 

 

Christian

[zeubeu]

Je pense qu'il veut dire qu'il utilise une cam qui a des pixels de 5 micron en binning pour avoir l'équivalent d'une ccd qui a des pixels de 10 microns.

[christiand]

Le diamètre est donc à adapté à une focale, elle même adapté à un échantillonnage recherché .

Il vaut mieux un télescope à 500mm d'ouverture et 1000mm de focale, qu'une lunette de 100mm pour la même focale...

Comme pour un objectif photo! Ce n'est pas pour rien que tout le monde cherche à avoir des objectifs à F/D 2,8!

 

Oui, il faut savoir également que la taille de la tache de diffraction est fonction du rapport FD, plus il est court et plus la tache sera petite. Cela compte aussi.

Donc on a tout intérêt à réduire le FD en augmentant le diametre tout en conservant le même échantillonnage.

 

Quand je bosse à F10 au C11 mes étoiles sont trop grosses et c'est un handicap...

Bref j'aimerais bien conserver mes 2.8 metres de focale et mon échantillonnage de 0.5"/pix mais avec un FD de 3 ou 4, donc un diametre de 1200mm minimum

On peut rêver... hein..

 

Ensuite c'est la qualité du ciel qui fera que...

[christiand]

Je pense qu'il veut dire qu'il utilise une cam qui a des pixels de 5 micron en binning pour avoir l'équivalent d'une ccd qui a des pixels de 10 microns.

 

?

 

Comprends pas vraiment.

 

L'auteur pourra apporter des précisions.

[Edramos]

Ensuite c'est la qualité du ciel qui fera que...

 

C'est la qualité du ciel qui fera qu'on choisira un échantillonnage, et donc une focale en fonction des pixels. Mais qui ne guidera pas le diamètre, et donc le F/D.

Mais oui, c'est le ciel la limite... Le ciel et l'argent!

[Schorieder]

Y aurait il une erreur ? : si je lis bien : taille pixel : 10µm en bin1 et 5µm en bin2 ?? n'est ce pas l'inverse ? ( bin2 = 10µm et bin1 = 5µm)

 

 

Je pense qu'il veut dire qu'il utilise une cam qui a des pixels de 5 micron en binning pour avoir l'équivalent d'une ccd qui a des pixels de 10 microns.

 

Comprends pas vraiment.

 

L'auteur pourra apporter des précisions.

 

Comme Zeubeu l'a justement interprété (j'admets bien volontiers que ma formulation prête à confusion), je considérais une caméra avec des Pixels de 10um, ou alors (alternative) une caméra avec des pixels de 5um utilisée en binning 2x2 de façon à avoir l'équivalent de 10um.

 

Les considérations sur la résolution et la taille des étoiles sont très intéressantes aussi, mais dans un premier temps, je voyais surtout l'augmentation de diamètre comme un moyen de réduire les temps de pose. Un gain de temps de facteur 2 pour un même rapport S/B, ce n'est pas rien! Est-ce que le résonnement est aussi valable pour les objets diffus, ou seulement pour les étoiles (ponctuelles)? Autrement formulé: est-ce que pour les objets diffus, le diamètre compte aussi, ou seulement le rapport f/d?

[zeubeu]

Ah ben ton primaire capte les photons de tout le monde, il n'y a pas d'exclusion, alors ça vaut pour les nébulosité, les étoiles et tout ce qui rentre dans le champ. :-)

 

Fred

Modifié 15 octobre 2015 par zeubeu

[Edramos]

Pour ton raisonnement du premier message: tes deux images sont loin d'être identique! Ton échantillonnage l'est, donc la finesse des détails, mais sur la configuration à 1000mm de focale, ton champ est moins important, pour une taille de capteur identique...

A savoir, un capteur de 10x10mm, avec des photosite de 5um te fait donc 2000x2000 pixels, et 500mm de focale te donnera un champ de 4120 arc secondes avec une résolution de 2,06 arc secondes par pixels.

 

Une même CCD, de 10x10mm utilisé en Binning x2, donc avec des photosites de 10um ne te donne plus que 1000x1000 pixels (4 x moins grand donc). Le tout monté derrière 1000mm de focale te donnera un échantillonnage identique à la première configuration, soit 2,06 arc seconde par pixel.

Mais, tu n'as plus que 2060x2060 arc seconde de champ, donc 4 fois moins...

 

Au final, pour recréé le même champ, tu dois faire un panorama de 4 panneaux; et donc 4x le même temps de pose, pour un résultat identique sur tout les points: champ, et résolution.... Pas sûr que ça soit très intéressant vu comme ça hein?

 

Ici, le seul paramètres changer est la focale, vous l'aurez compris. Comme dit précédemment, si on change le rapport F/D, ça change encore toute la donne.