Quanto è lineare la camera CCD che utilizziamo ?

La risposta a questa domanda è fondamentale ai fini della fotometria. Per lineare si intende che il numero di ADU registrati dalla camera CCD sia proporzionale al tempo di esposizione ... fino al livello di saturazione oltre il quale anche se si continua ad esporre il numero di conteggi (ADU) resta costante (max 65535).

Per ottenere delle buone misure fotometriche è necessario esporre a sufficienza per ottenere un buon rapporto segnale/rumore, mantenendosi comunque entro i limiti di linearità della propria camera CCD. Nella forometria è consigliabile l'uso di camere CCD non antibloming poichè mostrano un range di linearità maggiore rispetto alle camere che invece usano il dispositivo anti-blooming. Per evitare in ogni caso di ottenere delle misure fotometriche falsate è cosigliabile mantenersi sempre nel range di linearità della propria camera CCD.

Facciamo adesso un piccolo e divertente test di linearità per scoprire quele è questo limite. Dobbiamo ottenere una sequenza di immagini utilizzando ad esempio una flat-box montata sul proprio telescopio ed un tempo di integrazione via via crescente (es: 0.1, 0.2, 0.5, ... 3.7, 4.0, 4.2 sec) fino ad arrivare al livello massimo di 65000 ADU. I tempi di esposizione da utilizzarsi sono funzione della sensibilità della camera CCD e della intensità della sorgente luminosa che dovrà mantenere tassativamente lo stesso livello di intensità durante tutta la sequenza di immagini. Una volta ottenuta la sequenza si dovrà misurare la media degli ADU all'interno di un quadrato di 50-100 pixel di lato. Ad esempio con Astroart [Edit]-[Select]-[Rectangle] e poi [View]-[Statistics] da cui prendere nota della media (average). Con un minimo di pazienza ripetere la misura su tutti i frame mantenendo sempre lo stesso rettangolo e riportando su un foglio di calcolo le due colonne: tempo di esposizione e MediaADU.

Il grafico con la relazione tra questi due insiemi di dati ci mostrerà un andamento lineare fino ad un certo punto per poi incurvarsi progressivamente fino al livello di saturazione. L'esempio della figura riguarda la mia camera CCD StarLight SXVF-M7 che utilizzo per la spettroscopia con Alpy 600. Praticamente la camera risponde linearmente fino a poco più di 30.000 ADU oltre i quali si discosta dalla linearità fino al livello di saturazione. Si tratta di una camera CCD dotata di dispositivo anti-blooming (sensore Sony ICX429AL).

Vi consiglio di fare questo semplice test così finalmente saprete quanto è lineare la vostra camera CCD.

Saluti
Lorenzo Franco

Lorenzo, leggi nel pensiero...

Dovrebbe essere la prima operazione da fare prima di avventurarsi nelle misure (di qualunque tipo, fotometriche, spettroscopiche,..)

Devo ritrovare i test che ho svolto anni fa sulle mie due camere (SXV-H9 e SXVR-H694). Ricordo che la H9 teneva moltissimo (ben oltre i 32K) mentre la 694 un po' meno. Appena possibile ricontrollo di nuovo la 694 prendendo dei flat con lo spettroscopio. Non e' un campo realmente "flat" (ho anche un po' di ripple) ma dovrei essere in grado di selezionare un'area di riferimento valida per le misure.

Consiglio questo test anche a tutti gli astrofotografi. Se non altro per apprezzare l'estrema precisione delle camere digitali (risultera' utile anche per conoscere quale e' la giusta intensita' che devono avere i flat).

Paolo

...è interessante notare come la non perfetta linearità del CCD di Lorenzo inizi relativamente presto nel grafico. L'esposizione dei flat (almeno nella DSLR) deve infatti essere regolata in modo da far ricadere il picco dell'istogramma tra un terzo e metà della curva...
Concordo circa l'utilità del test anche per noi appassionati di astrofotografia.
Saluti a tutti,
Alessandro

Ciao Alessandro, se riesci a fare la prova, dovresti poter controllare in modo preciso le intensita' con il software che usi per combinare le immagini. Con la DSLR conviene lavorare in formato RAW. Se dovessi avere problemi per la lettura puoi farti supportare da Umberto che sul suo PC ha installato Astroart 5 (molto comodo per interrogare le statistiche).

Lo scopo e' proprio verificare i valori che riporti (1/3-1/2 degli ADU max). Credo che la situazione non sia tanto diversa dai sensori CCD, nel senso che e' molto variegata (ogni tipo, anche della stessa marca, ha caratteristiche proprie).

Occhio a garantire l'illuminazione costante durante le prove!

Paolo

...ho comprato tutto il materiale per costruirmi una flat box.
Appena terminata faccio la prova.
Con Iris non dovrebbero esserci problemi per fare le misurarazioni.

Ottimo post, mi hai preceduto e quindi evito di ripetermi. Sto mettendo insieme una serie di test per valutare il proprio apparato CCD, studiando il materiale messo a disposizione dagli osservatori di La Sulla alla fine degli anni '90. Partiremo con un'attenta analisi del bias che già ci fornisce informazioni importanti sulla CCD. Chiaramente in fotometria a meno di CCD nabg è fondamentale conoscere i limiti di linearità. Tra le altre cose questo è il motivo della mia scelta (Atik 314L+) per la fotometria. Appena avrò un po'di tempo vi posterò i sorprendenti (confermati da altri test in giro per il mondo) risultati in quanto a linearità, praticamente quasi sino a "fondo scala". La cosa sembra derivare da un'ottima progetto della CCD unito alle caratteristiche del sensore.
Complimenti per la bella discussione

Ottimo Paolo, grazie per il tuo intervento. Siamo fortunati ad avere te e Lorenzo come maestri!

La mia H694 ha il noioso problema di avere un livello di bias fortemente dipendente dalla temperatura dell'elettronica (la camera é un ottimo termometro!). Se non ne tengo conto sono guai. Per fortuna il flat spettroscopico ha in alto e in basso nel frame una zona di "buio" che può fungere da riferimento. Altrimenti sopperisce l'ottima tecnica del compianto Martino Nicolini che fa uso anche di dark/bias intermedi. Ricordo che non era semplice fare il test dì linearità della H694 ma mi piacerebbe nuovamente ripeterlo. Altra cosa, sotto il secondo di esposizione le intensità sono completamente sballate.

A presto
Paolo

Grazie per questo post !

Proprio la settimana scorsa ho realizzato il test di linearità così come suggerito dal compianto Martino Nicolini. Il ccd è l'Atik 314 L+ monocromatica. Il test l'ho realizzato sul banco di lavoro, al chiuso nello studio, quindi con il ccd scollegato dal telescopio e portato alla temperatura di circa 10°C. Il flat box era posizionato con la parte illuminata rivolta verso l'alto ed il ccd capovolto ed appoggiato sopra. Per i darks mi sono limitato a chiudere il naso del raccordo con un tappo nero. E' importante che il binning sia impostato alla massima risoluzione (1x1). Ho ottenuto i risultati riportati nel file excel allegato:
Ho preferito allegare il file perchè così potete vedere i dettagli e magari chi vuole può utilizzarlo per il proprio sensore. Il file è comunque anche scaricabile dal blog di Martino.

Il test che ho realizzato è descritto chiaramente nel Blog di Martino Nicolini:

http://astronomiadigitale.blogspot.it/2 ... narla.html

Ciao,
Marco Leonardi