Offset

[Pering]

Direttamente da "A proposito di flat" promuovo questo argomento sull'Offset.

Per capirci "il CCD in astronomia" di Franchini, Pasi e Nicolini, acquistato nel lontano 2002 è stato per me il libro di riferimento.

sono cosciente che è un pò datato, e che sono uscite nel frattempo tante novità, però attualmente resta il più esaustivo testo in italiano sull'argomento.

La "Guida pratica all'astrofotografia digitale" molto attesa e infatti subito presa, è incentrata più sul cmos che sul ccd, quindi non entra molto nel dettaglio.

A questo punto per chiarire aspetti oscuri del funzionamento del ccd non mi resta che domandare in giro.

Sul testo sacro si parla di Bias e Bias frame mettendo subito in evidenza che il frame ripreso a tempo 0 non potrà mai coincidere con il bias nudo e crudo per l'aggiunta del rumore di lettura, di un piccolo segnale termico, e influenze elettromagnetiche.

Da un pò che sento parlare di Offset e il topic aperto da Paolo mi ha fatto pensare che è qualcosa che vale la pena di conoscere.

Ma allora che cos'è l'offset e come mai nel 2002 non è stato citato nella pubblicazione "il CCD in astronomia"?

[Paolo]

Non so dirti perche' nel libro da te citato l'offset non e' stato considerato. Tieni anche conto che per offset e bias, come senso base del termine, si intende la stessa cosa (che poi i valori misurati nel bias frame possano essere un po' diversi da un offset uniforme lo sappiamo). In ogni caso quando si sottrae il dark si sottrae anche l'offset con le sue alterazioni, quindi i vari frames risultanti sono normalizzati e pronti per effettuare una corretta operazione di divisione. In quest'ottica ignorare l'offset puo' essere ininfluente. Diverso invece se si cominciano a percorrere strade, diciamo fuori standard, come quella di cui abbiamo parlato qui:

viewtopic.php?f=16&t=1949

che prevede l'applicazione del flat senza l'impiego di alcun dark (sempre per immagini dalla sola valenza estetica).

Un esempio di bias frame e' questo, media di 50 frames con la camera ad una temperatura ambiente abbastanza elevata:

Il "gradino" generato dall'amplificatore prima della digitalizzazione immagino sia previsto essere abbastanza uniforme sui vari pixel (nei limiti del rumore casuale) ma e' evidente che i valori effettivi misurati sui pixel sono alterati per il gradiente e per altri effetti che producono rumore a pattern.

L'utilizzo piu' comune del bias frame e' quello che permette di ricavare il cosiddetto thermal frame, la sola parte che cambia per la corrente di buio in maniera direttamente proporzionale al tempo di esposizione (e alla temperatura del sensore). Ad esempio se nella libreria dei dark hai a disposizione solo 5 minuti di esposizione ma hai ripreso con 7, puoi scalare il thermal frame da 5 a 7 moltiplicando per 7/5. Lo stesso non si puo' fare operando direttamente sul dark per via del piedistallo (offset), la parte che rimane costante al variare del tempo di esposizione.

Ciao ciao
Paolo

[Pering]

1 -Dai dati che si evincono dalla foto allegata risulta che il pixel minimo vale 1292 ADU e il massimo vale 1635 ADU, e il background 1330 ADU, ora non dici con che ccd l'hai ottenuta ma penso sia il 314L, lo stesso che ho io.

Ti allego una mediana ottenuta da 15 frames a .6 secondi temperatura esterna 15°.
Come puoi notare il minimo è 212 ADU, il massimo 450 ADU e il background 247 ADU 16 bit chiaramente.

Come puoi notare c'è una differenza notevole, in effetti nel tuo frame sembra ci sia veramente un offset. Tipo 1000 ADU.
Ora siccome in Astroart c'è la possibilità di aggiungere un offset, (io l'ho settato a 0) non vorrei che tu al contrario l'abbia settato a 1000.

2- La seconda foto allegata mostra un master dark composto dalla mediana di 9 frames a 18° esterni e tempi 300 secondi, come puoi notare il minimo vale 198 ADU, il massimo 13767 e il background 242 ADU.

A parte il massimo che è veramente alto 13767, che però corrisponderà senz'altro a qualche pixel caldo, notiamo che il background è addirittura più basso del bias.
Ora se vado a sottrarre il bias al dark ottengo un thermal frame con background negativo!!!

Ora capirai perchè sono sempre così scettico, perchè dico sempre la teoria è una cosa la pratica un'altra.

3- La terza foto allegata mostra un light 59x300s, come potrai notare non ho allineato, ma mediato, il minimo vale 242 ADU, il massimo 65535 ADU (saturato) il background 440.
Se vedi il grafico c'è un picco verso i 240 ADU e un'altro verso i 440 adu, ciò è strano.
Attendo le tue valutazioni
ciao
edoardo

[Paolo]

Edo, ti rispondo per punti.

1) La mia e' la Starlight Xpress SXV-H9 per la quale il costruttore ha impostato un offset di circa 1350 ADU (non ricordo il valore esatto).

2) Come esistono i pixel caldi, esistono quelli freddi, ovvero meno sensibili della media. Quindi i valori del range letti in basso a sinistra nella foto non sono rappresentativi del frame (in senso generale) ma dei pochissimi pixel anomali presenti anzi, due soli: il piu' caldo per il massimo e il piu' freddo per il minimo.

Riguardo il background del dark che dici e' piu' basso di quello del bias fai attenzione perche' da quanto scrivi si intende che stai lavorando con frame presi a temperatura diversa. I risultati dei miei test svolti nella stessa sessione danno un delta dark-bias di circa 20/30 ADU, sempre positivo. Occhio che la dipendenza con la temperatura puo' ingannare. Ho misurato questi valori per le tre temperature ambiente (media di 20 dark frames):

T=5° background=1406 ADU
T=14° background=1381 ADU
T=20° background=1327 ADU

Ovvero all'aumentare della temperatura il valore di background diminuisce. Non mi chiedere il perche'! Se qualcuno lo sa si faccia avanti... Naturalmente parliamo solo del valore del fondo, qualsiasi pixel caldo aumenta il suo valore con l'aumentare della temperatura (infatti diventano piu' numerosi nel frame).

In ogni caso, anziche' usare il background, puoi controllare il risultato graficamente. Quando sottrai il bias al dark ottieni una situazione del genere (comando profilo), ovvero i valori dei pixel oscillano attorno allo zero, positivi e negativi:

Astroart, per gestire questa nuova situazione che tratta numeri anche negativi, cambia il formato dell'immagine da 16 a 32 bit (al salvataggio). Lavorando alla stessa temperatura (nei limiti del possibile per camere come le nostre che non sono termostatate, dovresti avere la media locale prossima o poco piu' alta dello zero, con i valori dei pixel "ribelli" (quelli che pero' non saturano) dipendenti dalla sola corrente di buio e quindi scalabili per il tempo di esposizione. Il sensore ICX285 e' fantastico proprio perche' mostra l'effetto della corrente di buio su un numero molto limitato di pixel. In un dark frame, media e deviazione standard di una area circoscritta dove non sono presenti vistosi pixel caldi, cambiano quasi nulla all'aumentare del tempo di esposizione. Questo pero' e' un altro argomento, magari ne possiamo parlare in dettaglio, ho moltissimi frames presi appositamente per questo test.

3) Il background e' centrato sulla sommita' della campana piu' alta a sinistra (numero di pixel con valore basso piu' numerosi, quindi attribuibili alla media del fondo). Nel tuo caso pero' c'e' anche una certa quantita' di pixel con valore ancora piu' basso e similare che potrebbe essere causato da una colonna o riga anomala della matrice del sensore.

Tipicamente l'istogramma si presenta cosi' dopo lo stacking con allineamento dei frame sulle stelle, perche' laddove le regioni non si sovrappongono, si formano una o piu' righe/colonne scure (ai bordi dell'immagine). Siccome non hai fatto alcun allineamento ti consiglio di fare un tentativo di verifica su un singolo frame. Se nell'istogramma si vede ancora prova a controllare i pixel cominciando dai quattro bordi del frame ingrandendo molto l'immagine. Una riga o colonna anomala potrebbe anche trovarsi lontano dagli spigoli ma credo sia piu' raro. Ho letto che in alcune camere e' la prima riga. In ogni caso non mi sembra una cosa che compromette il buon funzionamento della camera. Ho provato sui frames prodotti dalla mia SXV-H9 ma non accade se non allineando sulle stelle.

Facci sapere.
Ciao
Paolo

[Pering]

Il primo picco, quello scuro, è dovuto alla prima colonna, una volta eliminata il picco scompare.

Ho provato a sottrarre a un light un bias e poi ho tolto la prima colonna.

Ti invito a notare dal grafico le prime 70 colonne dove ci sono due picchi che causano due bande verticali fastidiose se lo streching è forte, la prima centrata sulla colonna 20 e la seconda sulla colonna 55.

Ti allego anche il grafico del dark-bias

Dammi ulteriori istruzioni
grazie edoardo