Analisi bias

[Marco Paolilli]

Ciao, un saluto a tutti !

E' un po' che sto lavorando ad una nuova versione della camera col KAI4021 e spero di essere arrivato quasi in fondo.

Uno dei primi obiettivi è verificare che l'elettronica della camera sia "esente" da rumore o, comunque, che il rumore aggiunto alle immagini sia il più basso possibile.

Per verificarlo ho confrontato il prototipo con una SXV-H9, adottando la procedura seguente.

Dopo aver raffreddato la camera ( circa -15C ), ho preso due bias e li ho sottratti tra di loro.

Della differenza ho misurato con IRIS il valore RMS noise ( un parente prossimo della deviazione standard.Mi devo andare a rileggere nel manuale di IRIS cosa rappresenta esattamente ).

L'RMS noise ( in ADU ) e' il primo valore che si legge nella finestrella "output" delle schermate allegate al messaggio.

Ho poi fatto l'FFT . L'immagine risultante è quella che compare nelle schermate, con i livelli di visualizzazione ottimizzati per evidenziare i dettagli.

Anche dell'FFT ho misurato l'RMS noise ( è il secondo valore che compare nella finestrella output ) e ne ho poi fatto l'istogramma.

Da quel poco che posso capire, la SXV-H9 risulta leggermente meno rumorosa, ma il suo FFT sembrerebbe peggiore.

Mi aiutate ad interpretare questi dati ?

La cosa migliore sarebbe confrontare le due camere su riprese di oggetti celesti, ma qui la nebbia non dà tregua da giorni.

Analisi KAI4021

Analisi SXV-H9

Grazie !

Marco

[Pering]

potesti mettere a disposizione i file fit?
pering@infinito.it
grazie
ciao

[Marco Paolilli]

Questi sono i bias del kai4021 che ho utilizzato:

Bias1

Bias2

I singoli bias dell'SXV-H9 non li ho perchè non li ho ripresi io. Ho comunque il file differenza che è questo :

DifferenzaBias

Ciao !

[Paolo]

Marco, hai usato un ottimo metodo per l'analisi dei bias, anche se non e' di facile ed immediata interpretazione anche per me. Il passaggio nel dominio delle frequenze se non ricordo male e' utile per la verifica di variazioni periodiche, ad esempio pattern di intensita' piu' o meno uniformi. Un pattern nel dominio spaziale puo' essere rappresentato da un solo pixel con valore alto nel dominio delle frequenze. Pattern piu' complessi, magari non uniformi, possono generare colonne di pixel come quelle che si vedono nelle tue immagini. Facendo qualche prova ho visto che piu' i pixel o le colonne si avvicinano all'origine (centro frame FFT in IRIS, Astroart invece mette l'origine in basso al centro del frame), piu' il pattern e' a bassa frequenza. Quindi va cercato, nel frame FFT, ogni pixel con valore superiore alla media, soprattutto non lontano dall'origine (ipotizzo i pattern tipici dovuti a letture "frettolose" o problemi di interferenze elettromagnetiche che generano pattern a bassa frequenza).

E' favoloso come, azzerando un pixel (o una colonna) positivo nella FFT e tornando nel dominio dello spazio, scompaia il pattern presente nel frame originale.

Per l'analisi quantitativa dei dati sulla FFT (RMS o sigma) non so dirti ma immagino che la presenza di uno o piu' pixel luminosi (ovvero di un pattern sul frame originale) alzino il valore. Siccome pero' e' anche la posizione nel frame FFT (in particolare la distanza dall'origine) a cambiare di molto la tipologia di pattern (piu' o meno visibile ad occhio), non so quanto l'indicazione generale del frame possa essere significativa. Inoltre credo (ma posso sbagliare) che un pattern in un sensore grande possa dare valori di deviazione standard superiori nella FFT rispetto allo stesso tipo di pattern in un sensore con meno pixel. Comunque la differenza che vedo nei tuoi esempi e' davvero enorme...

Per fare le cose piu' semplici ci sarebbe da considerare che l'occhio umano (non so perche', forse per questioni legate alla sopravvivenza della specie) e' un favoloso cacciatore di pattern! In altre parole la bonta' del bias per quanto riguarda la presenza di pattern generati in fase di lettura, e' rilevabile con estrema facilita' guardando il frame con opportuno stretch. Considerando che i pattern possono anche cambiare tra un frame e l'altro, non e' conveniente combinare i frames ma questi andrebbero osservati singolarmente. Per i pattern "fissi", come quelli legati ad esempio alla lavorazione del sensore, e altri difetti di lettura (gradienti per accumulo di cariche, ecc), e' invece molto utile la combinazione mediana o sigma di un certo numero di frames per evidenziarli al meglio.

Vedi se trovi qualche documento sulla corretta interpretazione dei numeri della FFT. Altrimenti al tuo posto io farei una analisi numerica solo nel dominio dello spazio con RMS o STD DEV (sulla differenza tra due bias) per stimare il rumore di lettura, una analisi visiva della mediana/sigma di molti bias frames (per osservare "zozzerie" di vario tipo) ed una valutazione sempre visiva dei singoli bias frames per una verifica di eventuali pattern temporanei.

Facci sapere
Ciao
Paolo

[Marco Paolilli]

Paolo, grazie per l'analisi e i suggerimenti. Provo a cercare un po' di bibliografia in merito all'analisi dei dati forniti dall'FFT. Ho usato spesso in passato la tecnica della cancellazione dei pattern sulla trasformata e devo dire che se il pattern è semplice ( è cioè rappresentato da un'area limitata nel dominio delle frequenze ), funziona molto bene. Se è più esteso si creano spesso degli artefatti che è poi difficile rimuovere.
Ad ogni modo un'ispezione visiva dei bias non rileva pattern riconoscibili, anche cambiando la scala dell'immagine e credo che questo lasci ben sperare.
Appena possibile faccio qualche ripresa e vediamo come va !
A presto !
Marco

[Pering]

Dopo aver dato un'occhiata ai dati forniti posso dire che a vista il bias della tua camera somiglia a quello dell'stl 11000M, (tutte e due Kai KodaK) dal basso verso l'alto l'immagine si schiarisce di molto, poi ci sono delle colonne molto più luminose. Facendo la differenza questi difetti scompaiono del tutto e l'immagine è molto uniforme.
Parlando del background invece vedo che è molto alto ed è anche molto variabile 4328 e 4351. Parlando della sigma 99.81 e 98.26, i valori sebbene non uguali differiscono di poco. La sigma della differenza vale 26.24. Ora non sapendo la temperatura interna e quella esterna è difficile dare una valutazione precisa.
Comunque i valori mi sembrano un pò alti e quello che mi lascia più perplesso è la differenza del valore background, che tutti i ccd che ho avuto per le mani può variare al massimo di un paio di ADU.
Per farti un esempio la mia stl a -25° ha un background di 794, un sigma di 48 e un sigma della differenza di 15.
Considera però che sono valori presi a -25° a dicembre tenendo il ccd fuori quindi non ricordo esattamente ma sicuramente sui 10, massimo 15°C esterni.
Volendo fare un confronto con la starlight express con sigma 22.19 a -12°C, quest'ultima sembrerebbe migliore, però bisognerebbe conoscere anche la temperatura esterna.

[Marco Paolilli]

Per farti un esempio la mia stl a -25° ha un background di 794, un sigma di 48 e un sigma della differenza di 15.

Grazie per queste preziose informazioni : mi servono molto i dati di confronto con le camere commerciali che sono fatte (ovviamente) molto meglio delle mie .

Il livello alto del background è dovuto al settaggio dell'ADC. E' una delle cose che devo sistemare, ma non dovrebbe influenzare più di tanto l'acquisizione.

Per i valori relativi al sigma, devo provare conoscendo esattamente la temperatura del sensore. Sto sistemando il raffreddamento e la sonda per la temperatura e al prossimo giro spero di poterti dare dati più completi.

Ciao !
Marco