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A proposito del rumore nelle immagini digitali

La nuova frontiera. Parliamo di questi sofisticati strumenti e di come hanno cambiato il mondo dell'astrofotografia.

Messaggioda Paolo » 11 apr 2012, 0:52

Edo, la formula e' un punto di arrivo. Anticipato solo per tenere a mente un obiettivo di carattere pratico visto che stavamo divagando molto sul bias. Si deve parlare del rumore termico, di quello del fondo cielo e di sorgente ed altre considerazioni. Hai ragione nel dire che cosi' non e' di facile interpretazione. Ne avrei anche un'altra che, con alcune trasformazioni algebriche, considera il numero di subpose a parita' di integrazione totale. Molto interessante per il discorso pose corte.

Ribadisco comunque che la formula si "appoggia" a grandi semplificazioni ed ipotesi non integralmente condivise da tutti. Quindi potra' essere oggetto di grandi dispute anche quando tutti gli elementi saranno approfonditi... 8-}

Chi vuole anticipare i tempi puo' leggere qualcosa qui:
http://www.starrywonders.com/snr.html

Ciao ciao
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Messaggioda Marco Paolilli » 11 apr 2012, 8:57

Ciao, si vede che il tempo ultimamente non è stato dei migliori e che , in ogni caso, la luna è piena .... :D :D

Un salutone !

Marco
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Messaggioda Pering » 11 apr 2012, 11:31

Paolo il link è molto interessante anche se la lettura è tutt'altro che immediata.
Mpao, Si attraversiamo un periodo molto perturbato, anche gli esperti in riprese dei pianeti sono rimasti delusi, seeing scadente e poche serate a disposizione.
E quindi non ci resta che riflettere, vi propongo alcune domande sul tema:

Avere una FWC maggiore quali vantaggi porta? Di primo acchito direi che per oggetti deboli, quando non si raggiungono mai i valori di FWC, nessuno. Quindi sarei portato a dire che con G=1 sfrutto al massimo il range (di 16 bit) a mia disposizione, con G<1 amplifico il segnale (a 1 e- corrispondono più ADU) ma senza ottenere nessun beneficio, con G>1 comprimo il segnale perdendo di risoluzione.
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Messaggioda Paolo » 11 apr 2012, 13:25

Ciao, si vede che il tempo ultimamente non è stato dei migliori e che , in ogni caso, la luna è piena ....

E inoltre e' previsto brutto tempo per altri 10 giorni almeno! La corrente di Tafazzi segue, con proporzione inversa, l'andamento della pressione atmosferica! Poveri noi! :((

Di primo acchito direi che per oggetti deboli, quando non si raggiungono mai i valori di FWC, nessuno

Concordo. Per gli astrofotografi di "deep-sky disperato" il beneficio direi che e' limitato alle stelle di campo (risultano sature di frequente nelle mie foto) e a quei pochissimi soggetti ad alta luminosita' superficiale (M42 e affini). Ovviamente una grande FWC e' di aiuto anche nei casi di altissimo inquinameno luminoso. Nelle camere senza anti-blooming significa poter allungare la sub-esposizione senza avere le "colate". Ben diverso per chi fa fotometria, potendo disporre di una gamma dinamica maggiore.

con G<1 amplifico il segnale (a 1 e- corrispondono più ADU) ma senza ottenere nessun beneficio

Qualcosina per il gain basso che non so quantificarti, ma non stravolge l'immagine.

G>1 comprimo il segnale perdendo di risoluzione.

Non ancora. Il gradino di risoluzione dinamica non puo' essere l'elettrone ma al minimo il rumore di lettura (RMS). Una camera con FWC 60000 e- e read noise di 10 e- ha una dinamica di 6000 livelli. Comunque 6000 livelli sono tantissimi, pensa che il monitor ne ha solo 255...

Questa l'ho detta solo per litigare un po'... :D

Ciao ciao
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Messaggioda Pering » 12 apr 2012, 9:44

Paolo ha scritto:
G>1 comprimo il segnale perdendo di risoluzione.

Non ancora. Il gradino di risoluzione dinamica non puo' essere l'elettrone ma al minimo il rumore di lettura (RMS). Una camera con FWC 60000 e- e read noise di 10 e- ha una dinamica di 6000 livelli. Comunque 6000 livelli sono tantissimi, pensa che il monitor ne ha solo 255...

Tutto ciò porta a pensare che 65000 livelli siano sprecati in questo caso, ne basterebbero 6000 al massimo 12000.
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Messaggioda Paolo » 12 apr 2012, 16:20

Tutto ciò porta a pensare che 65000 livelli siano sprecati in questo caso

Si. Parlando in senso generale, il top sarebbe avere una camera con FWC alta e read noise basso. Catalano docet ;) Potrebbe pero' servire un convertitore a piu' di 16 bit...

con G<1 amplifico il segnale (a 1 e- corrispondono più ADU) ma senza ottenere nessun beneficio
R/
Qualcosina per il gain basso che non so quantificarti, ma non stravolge l'immagine.

Visto il maltempo, approfitto per esplicitare con numeri il calcolo del rapporto s/r esprimendo i dati sia in elettroni che in ADU.

Ipotesi (x pixel):

- segnale 100 e-
- read noise 7 e-
- dark noise trascurabile (molto piccolo se confrontato con le altre fonti di rumore).
- sky noise assente (siamo sulla Luna!)
- camera gain 0.4 e-/ADU



> Segnale in e- = 100 e-
> Segnale in ADU = 100/0,4=250 ADU

> Componente di rumore fotonico in e- = radq(100) = 10 e-
> Componente di rumore fotonico in ADU = 10/0.4 = 25 ADU (mai venisse in mente di fare radq(250)!)

> Componente di readnoise in e- = 7 e-
> Componente di readnoise in ADU = 7/0.4 = 17.5 ADU

> Combinazione dei due rumori in e-: radq(fotonico^2 + readnoise^2) = radq(10^2+7^2) = 12.2 e-
> Combinazione dei due rumori in ADU: radq(fotonico^2 + readnoise^2) = radq(25^2+17.5^2) = 30.5 ADU.

> Rapporto s/r con dati in e-= segnale/rumore totale = 100/12.2 = 8.2
> Rapporto s/r con dati in ADU= segnale/rumore totale = 250/30.5 = 8.2

Se cambi gain (sostituisci 0.4 con il valore che ti pare) il rapporto s/r resta sempre 8.2.
Al gain sono comunque legate variazioni fini di rumore che, come ti dicevo, non so calcolare. Un esempio e' il rumore di quantizzazione che tende ad essere maggiore per gain (in e-/ADU) alti (qui non considerato).

Rasserenera', non subito ma rasserenera'... abbiate pazienza!

Ciao ciao
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Messaggioda Pering » 12 apr 2012, 18:17

Paolo ha scritto:Componente di rumore fotonico in ADU = 10/0.4 = 25 ADU (mai venisse in mente di fare radq(250)!)

Non ci viene in mente ma non è così immediato capire il perchè,
e comunque se operiamo l'equivalenza proposta la dimostrazione perde significato, infatti sicuramente porterà agli identici valori

Proviamo invece con il metodo di A. Forcina, premetto che io finora non ci ho capito niente.
La formula è questa: SNR=L/SQRT(R(D)^2+G(L-B(D))
dove L = segnale
R(D)=rumore del dark
G= ADU/e-
B(D)=Background del dark
La formula mi ha incuriosito perchè è simile nella forma a quella proposta da Paolo.
Comunque non avendo a disposizione tutti i dati poniamo: (non so se sia lecito chiederò)
B(D)=0
R(D)=readnoise = 17.5 ADU
L = 250 ADU
G=1/0.4=2.5 ADU/e-
Stranamente SNR= 8.19
Secondo voi ho fatto un pasticcio o ci si può lavorare sopra?
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Messaggioda Paolo » 13 apr 2012, 0:01

A me sembra che va bene. E' simile a quella vista nel bitmap di qualche topic fa ma esprime tutto in ADU mediante delle trasformazioni algebriche. I risultati sono analoghi e si evidenzia anche qui che il gain non influenza il rapporto s/r. Motivo per cui, perche' metterlo in ballo in un calcolo previsionale del SNR?

Non ci viene in mente ma non è così immediato capire il perchè,

Con un po' di senso pratico almeno perche' altrimenti, per discernere meglio la nostra nebulosetta evanescente, basterebbe semplicemente moltiplicare i valori di tutti i pixel del nostro fit per 2 o per 3 e, piu' e alto il fattore, meglio e'! ;)

Ciao,
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