Sensibilité caméras CMOS pour CP : comparaison quantitative couleur vs mono ?

[Yin_Zhen]

Bonjour

 

Les nouvelles caméras CMOS pour le ciel profond (ASI 533 MC, etc...) sont prometteuses, mais majoritairement à capteur couleur.

Du coup, pour choisir une première caméra CMOS pour le ciel profond, on est amené à comparer des caméras monochromes et des caméras couleurs de générations différentes. Par exemple ASI 1600 MM VS ASI 533 MC.

En ne considérant QUE les performances, sans tenir compte des ratios résultat/galères, j'aimerais pouvoir comparer quantitativement une caméra monochrome (uniquement en LRVB) et une caméra couleur sur le plan de la sensibilité et du SNR.

 

Il faut bien-sûr tenir compte  de divers critères :

- taille de photosites

- rendement quantique

- CDA

- impact de la matrice de Bayer

- bruit de lecture

- courant de dark

 

Pour simplifier, il s'agirait de mettre de côté les critères de la dynamique et du FOV.

 

Quelqu'un sait comment faire ça ?

 

Merci d'avance 

[xs_man]

"Sensibilité"  : on considère souvent qu'un capteur couleur est de deux à trois fois moins sensible qu'un capteur monochrome.

 

 

Albéric

[freddom38]

En approximant à caméra identique :

 

La couche L : 3x plus de photons par surface de pixel (on prend tout le spectre). on réduit donc le bruit par trois. 

   - remarques : c'est une aproximation car les couches dans la matrice de bayer sur recouvre un peu mais illumination dégradé par une courbe en cloche au lieu d'un creneau.

Ensuite pour les couleurs :

Le R et le B 4X plus de photons (tout les pixels sont utilisés au lieu d'un sur 4)

Le V 2X plus de photons (tout les pixels utilisées au lieu de 2 sur 4)

 

Par contre l'ensemble se fait en une seule passe pour la cam couleur :

La luminance étant la somme de toutes les couleurs pour une cam couleur, on peu dire que pour avoir le même signal il faut le temps de la couche L de la monochrome x 3 (même nombre de photons collectés à la fin)

ensuite  pour la monochrome il faut rajouter les passes pour la couleur (même si le monochrome est très beau sans la couleur)

Pour le R et le B, il suffit de pose 1/4 du temps par couleur

Pour le vert, if suffirai de poser 1/2 du temps mais dans les fait le même temps de pose que les autres couches peu etre conservés

Ensuite si on bin x2 on peu rédure par 4 les temps de pose des couches couleurs

 

Pour 3 heures de pose avec une cam couleur on doit avoir un résultat équivalent avec

1h de luminance

45min par couleurs pouvant etre réduit à env de 15min en bin 2 (l'intérêt etant que l'on peut dissocié le traitement des couleurs et de la luminance voir récupérer d'anciennes pose couleurs)

Total : 2h45 pour la monochrome

 

Remarques :

Gain de temps pas énorme mais :

l'intérêt de la monochrome c'a va etre plustôt d'exploiter à fond les 3 heures pour la couche L un jour de bon seeing et faire la couleur (ou récupérer une ancienne couleur) un jour moins favorable et plus rapidement

le résultat sera plus net (si l'optique suit) pour la monochrome car il n'y a pas d'interpolation de pixels lié à la matice de bayer 

 

bon c'est juste ma réflexion personnelle qui m'a fait choisir une monochrome (en plus de la capacité de faire de la photo en bande étroite en milieu pollué). Les expert remettrons peu être en cause mon analyse.

 

Modifié 13 décembre 2019 par freddom38

[Yin_Zhen]

Merci pour cet avis détaillé 

J'avais déjà entendu des conclusions similaires, mais pas aussi argumentées.

 

Cela dit, mon interrogation porte sur des comparaisons plus "complexes". Il ne s'agit pas de comparer un capteur monochrome et son homologue couleur (cad le même sur lequel on a collé une matrice de Bayer), genre ASI1600MM vs ASI1600MC, mais des capteurs radicalement différents (taille de photosites, rendement quantique...), genre ASI1600MM vs ASI294MM.

 

 

[Yin_Zhen]

L'obligation d'avoir recours à des interpolations avec un capteur couleur dégrade la résolution par rapport au monochrome. Mais les algorithmes d'interpolation ont dû faire des progrès ces dernières années. Non ? Parvient-on à compenser ce défaut ?

Existe-t-il des méthodes d'interpolation spécifiques à l'astrophoto ? Spécifiques à des types particuliers d'objet CP ?

 

S'il reste une marge d'erreur irréductible des méthodes de débayerisation, la question est réglée, les caméras couleur sont intrinsèquement moins performantes que les caméras monochromes et doivent être choisies avant tout pour leur facilité d'utilisation... Mais j'ai entendu d'autres sons de cloche, en tout cas concernant un proche avenir.

 

Des avis ?

 

 

[clouzot]

il y a 28 minutes, Yin_Zhen a dit :

Existe-t-il des méthodes d'interpolation spécifiques à l'astrophoto ?

Oui, le Bayer drizzle, spécifique aux caméras OSC (il est dans APP, PI et consorts)

[olivdeso]

Il y a 7 heures, Yin_Zhen a dit :

S'il reste une marge d'erreur irréductible des méthodes de débayerisation, la question est réglée, les caméras couleur sont intrinsèquement moins performantes que les caméras monochromes et doivent être choisies avant tout pour leur facilité d'utilisation...

 

ben oui : en Halpha qui nous intéresse quand même un peu, la caméra monochrome récupère 4 fois plus de photo électrons qu'une couleur qui n'utilise qu'un.pixel sur 4.

Même si la ZWO1600 a un rendement de 60% et une caméra couleur plus récente un rendement de 80% bruit de lecture similaire), il n'y a pas photo au final : la 1600 est encore 3 fois plus performante en Halpha et SII.

Donc pour les nébuleuses à émission la différence est énorme.

Pour les objets à spectre continu elle sera un peu plus faible mais il y aura quand même un facteur 2.

Bref il y a un rapport x2 à x3 

[archange34]

Sans compter qu'on peut encore faire de l'imagerie avec un bon filtre HA sous la Lune, avec une couleur cela reste compliqué.

Exit aussi le SHO.

Mais je conçois que ces caméras couleurs permettent de sortir des images rapidement avec moins de prises de tête. 

Pour le moment les capteurs mono écrasent les capteurs couleurs et si on doit choisir entre les 2 on doit surtout le faire par rapport à sa manière d'imager et au temps que l'on veut y passer.  

Les vendeurs de cam mettent en avant les capteurs couleurs car aujourd'hui la nouvelle prod va essentiellement vers cela car de toute manière l'industrie du capteur est corrélée à celle des APN et smartphone et qu'il n'y a que çà à se mettre sous la dent. Donc on entend souvent des discours de "facilité".  

La question qui se pose plutôt pour nous c'est à quand un nouveau CMOS mono avec un rapport qualité prix comme celui de la 1600. 

Modifié 14 décembre 2019 par archange34

[olivdeso]

En attendant je continue d'utiliser ma QHY163 (même capteur que la 1600) qui a quand même une sensibilité de ouf.

 

Car la sensibilité est (quasiment)  inversement proportionnelle au bruit de lecture* et le bruit de lecture est extrêmement bas sur cette caméra, donc grosse sensibilité.

 

*en fait le bruit total, qui contient le bruit de lecture, le bruit thermique et le bruit photonique du signal. En.poses courtes c'est le bruit de lecture qui domine. En SHO, c'est aussi le bruit de lecture le plus important.

 

Pour le bruit thermique, on refroidit aux max (ça diminue de racine de 6 tous les 10 degrés en gros) et pour le bruit photonique, on pose un max de temps jusqu'à arriver au rapport signal à bruit qu'on veut.

 

Le bruit photonique est la racine carrée du signal tout simplement, donc plus on pose longtemps plus ça s'améliore proportionnellement à la racine carrée du temps de pose.

 

Pour avoir 2 fois mieux, faut poser 4 fois plus.

Pour avoir 4 fois mieux il faut poser 16 fois plus.

Et si on veut une amélioration d'un rapport 10 il faut poser 100x plus...

[Yin_Zhen]

il y a 50 minutes, olivdeso a dit :

En attendant je continue d'utiliser ma QHY163 (même capteur que la 1600) qui a quand même une sensibilité de ouf.

Car la sensibilité est inversement proportionnelle au bruit de lecture et le bruit de lecture est extrêmement bas sur cette caméra, donc grosse sensibilité.

 

Y a-t-il des différences notables avec l'ASI 1600 MM ?

[olivdeso]

Difficile à dire. Je l'ai pris à un moment ou QHY maîtrisait mieux le refroidissement et la gestion de la buée que ZWO. QHY a beaucoup plus d'expérience là desdus que ZWO. (un peu grâce à moi d'ailleurs, j'en ai béta tester quelques unes dans le temps...,)

QHY a aussi un système qui diminue l'amp glow., ce que n'avait pas ZWO

Mais je crois que ZWO a intégré petit à petit ces modifications dans la 1600. Donc une 1600 neuve doit être assez équivalente maintenant à une QHY163. Mais pas eu l'occasion de vérifier sur les toutes dernières versions. Sur les anciennes, la QHY était mieux pour la gestion du bruit et de la buée.

 

Une particularité intéressante sur la 1600 : la très petite distance au capteur. Du coup un peu plus sensible à la buée, (mais il y a un chauffage maintenant) et gros intérêt, c'est qu'on peut utiliser des filtres 31mm non montés jusqu'à F/D4 qui sont quasiment au même prix que les 1,25" mais avec 3mm de plus d'ouverture qui suffisent ici.

 

p.s. j'ai fait un petit edit ci dessus

[Yin_Zhen]

Merci pour toutes ces infos !!! 

[antoinebba]

Le 13/12/2019 à 21:12, Yin_Zhen a dit :

Cela dit, mon interrogation porte sur des comparaisons plus "complexes". Il ne s'agit pas de comparer un capteur monochrome et son homologue couleur (cad le même sur lequel on a collé une matrice de Bayer), genre ASI1600MM vs ASI1600MC, mais des capteurs radicalement différents (taille de photosites, rendement quantique...), genre ASI1600MM vs ASI294MM.

 

 

J'e tente de répondre à ce genre de question avec  avec cette application (calculateur de setup astrophoto ) que je viens de développer grace ou malgré le confinement.

Maintenant je mets en place d'autres caméras comme ASI294MM cela permettra la comparaison sur le SNR et autres critères. Il me reste quelques points a affiner et quelques tests à faire.

Modifié 28 mai 2020 par antoinebba

[Yin_Zhen]

Le 29/05/2020 à 01:16, antoinebba a dit :

J'e tente de répondre à ce genre de question avec  avec cette application (calculateur de setup astrophoto ) que je viens de développer grace ou malgré le confinement.

Maintenant je mets en place d'autres caméras comme ASI294MM cela permettra la comparaison sur le SNR et autres critères. Il me reste quelques points a affiner et quelques tests à faire.

 

Pas mal du tout !!!

 

[Colmic]

Le 14/12/2019 à 13:00, archange34 a dit :

Sans compter qu'on peut encore faire de l'imagerie avec un bon filtre HA sous la Lune, avec une couleur cela reste compliqué.

Exit aussi le SHO.

 

Regarde les images de ce topic et regarde la toute dernière...

Et pour vous en exclusivité, faite avant-hier soir depuis la Drôme, avec un mix L-Extreme + L-Pro (pour récupérer la couleur des étoiles), toujours sur l'ASI2600MC :

 

[Colmic]

Le 14/12/2019 à 05:01, olivdeso a dit :

Donc pour les nébuleuses à émission la différence est énorme.

 

Le 14/12/2019 à 13:00, archange34 a dit :

Pour le moment les capteurs mono écrasent les capteurs couleurs

 

Je serais un peu plus mitigé que vous 2

Et j'ai aussi une ASI183 + roue à filtres pour bien comparer.

 

Pour @Yin_Zhen depuis que j'ai la 2600MC, la 183 n'est pas ressortie du sac

[olivdeso]

normal, les pixels de la 2600 on 2,5 fois plus de surface que ceux de la 183. ça compense en gros la perte due à la matrice de bayer sur la couleur. la matrice de bayer absorbe toujours autant qu'avant

 

Donc effectivement la couleur marche bien, si tu prends des pixels un peu plus gros pour ne pas exploser le temps de pose total.

 

La nouveauté c'est effectivement ces filtres avec des bandes très étroites multiples. on arrive à faire du narrow band avec des capteurs couleurs en une seule passe grâce aussi au faible bruit de lecture des capteurs modernes. c'était inenvisageable il y a quelques années.

[Yin_Zhen]

Il y a 3 heures, Colmic a dit :

 

Regarde les images de ce topic et regarde la toute dernière...

Et pour vous en exclusivité, faite avant-hier soir depuis la Drôme, avec un mix L-Extreme + L-Pro (pour récupérer la couleur des étoiles), toujours sur l'ASI2600MC :

 

 

Bien, ce topic ! Et les photos sont vraiment très belles !

Bon, depuis, j'ai investi dans une QHY163M et des filtres LRVB... 

N.B. : avec les grands capteurs APS-C ou Full Frame, si on opte pour le monochrome, la taille des filtres et roues à filtres commence à être imposante. Et question budget, bonjour !... Pour de grands capteurs, c'est un avantage supplémentaire de la couleur.

 

[olivdeso]

oui. de plus les "gros" pixels de la 2600 ne font finalement que 3,75u. ça reste petit dans l'absolu. la perte de résolution reste contenue

[archange34]

C'est pas mal en effet, de toute manière je vois surtout dans ces cam leur facilité d usage, pour sortir une image en SHO avec le 03 sans lune sous cette météo faut à présent plus que du courage. A mon sens c'est l'avenir en nomade.