Ma...i livelli di Iris??

andreaconsole

Ecco un link sull'argomento:
http://www.andor.com/learning/digital_c ... ?docid=321

in pratica dimostra che dei 16 bit di ogni pixel quelli che davvero portano informazione sono nella maggior parte solo i 12-15 più significativi, perché o il numero di elettroni della FWC è minore di 65536 o comunque il rumore di lettura rende non validi i bit meno significativi.
A sentimento, immagino che mediando molte immagini si potrebbero recuperare le informazioni nascoste dal rumore di lettura in maniera statistica (ma dovrei approfondirlo), ma sicuramente nulla si può fare con la FWC: se nel sensore entrano 1024 elettroni, al massimo potrò apprezzare 1024 livelli.

In definitiva, in quasi tutti i casi posso dividere i frame che ricevo per 2, 4, 8 senza perdere alcuna informzione
E' tutto giusto?

Stefano Campani

Più o meno quel che dici è corretto.

In realtà il problema è un pò più complesso di così: ti segnalo i punti non del tutto esatti del discorso, ma ripeto concettualmente ci siamo.
-I bit che portano informazione in effetti sono i più significativi, gli ultimi sono "coperti" dal rumore, tuttavia non sono inutili, ma tipicamente migliorano la linearità della conversione AD
-mediando molte immagini non si può recuperare il rumore di lettura ma si riduce deisamente il rumore fotonico (che tipicamente è nettamente il contributo di rumore dominante nelle immagini) e quindi si migliora il rapporto S/N complessivo dell'immagine
-non è del tutto vero che con una Full Well di 1024 elettroni si possano avere "solo" 1024 livelli o meno (anche se in pratica è quasi così).. ma qui il discorso è un pò complicato e anche un pò al di là delle mie conoscenze.
In linea di massima comunque avere una FullWell più grande consente di avere una maggior dinamica sul sensore, quindi è un ottimo vantaggio

Non ho voluto fare una lunga disussione su questi aspetti che sono un pò delicati e non vorrei diventare noioso, ma se interessa possiamo provare ad approfondirli di più, magari anche con l'aiuto di qualun'altro del forum :wink:

andreaconsole

secondo me è un argomento interessantissimo che vale assolutamente la pena di approfondire, così si evita di dire spropositi!
Anzi mi stupisco che non intervengano altri esperti, in fondo non mi pare si stiano dicendo banalità

Comunque, tornando a noi:
- hai qualche link ad articoli tecnici dove posso approfondire?
- perché dici che il rumore di lettura non si recupera mentre il fotonico sì? non hanno forse lo stesso tipo di distribuzione?
- "tipicamente migliorano la linearità della conversione AD": perché?
- com'è possibile avere più livelli della FWC?

Io non riesco a rimanere con i dubbi, se ti stanchi di rispondere mi accontento dei link

GHISO983

1(se ho capito bene) il rumore di lettura si media utilizzando la calibrazione delle immagini, mentre se per lui rumore di lettura vuol dire ciò che viene considerato 0 dal lettore, allora bè ovviamente sotto a quel livello non ci si può andare se non aumentando il tempo di integraione (me lo avevi spiegato tu poi!!)
2 Bè andrea se misuri con uno strumento più preciso hai sempre un risultato migliore, anche se poi non ti serve veramente tutta la precisione no? :wink:

3 non so ma temo che la risposta non sia banalissima (credo dipenda anche dalla risposta 2 ovvero te usi una precisione meggiore per campionare rispetto a quella massima teorica, hai che ogni pixel ha una fluttuazione sul valore medio, facendo la media di N immagini otterrai un valore medio, ed in questo caso avere una dinamica maggiore rispetto a quella massima ti da una mano perchè il valore medio dipende dal flusso di fotoni medio (e non dalla capacità massima del sensore) quindipuoi avere un valore medio di 7,534 elettroni per fare un esempio il fatto di avere una dinamica magiore di quella teorica ti permette di tenere conto anche di questi numeri dopo la virgola che non avresti potuto avere con la dinamica teorica massima, e quindi sei più peciso) e direi che è anche una ottima risposta alla 2....
ovviamente imho eh..... sono solo opinioni di sta roba non so tantissimo!

andreaconsole

Grazie della partecipazione Ghisòn!
dal mio punto di vista:
- il rumore di lettura non viene considerato 0 a meno che non sia minore del primo "scalino"; altrimenti è rumore e basta e in quanto incorrelato dovrebbe ridursi sommando, a meno che il problema sia che non è gaussiano... ma a questo punto vale per tutto il rumore "in basso" (e quindi ecco spiegato perché non si riesce a recuperare il segnale più debole anche sommando)
- 2 e 3: se si parla di mediare più immagini la penso esattamente come te, anzi è proprio per questo che mediando centinaia di immagini raggiungo con la webcam una dinamica molto maggiore di quella del singolo scatto, ma mi sembrava che Stefano si riferisse ad una sola immagine (ma magari ho capito male io). Ti dirò di più: meno male che c'è il rumore che genera queste fluttuazioni, altrimenti sommerei n immagini perfettamente uguali e non otterrei nessun incremento di dinamica.

Stefano Campani

No no, tranquillo, non mi sono stufato di rispondere... è che mi manca il tempo di farlo

Provo a partire da uno dei punti elencati sopra:

Il rumore di lettura.
Il rumore di lettura o va generalmente pensato come la combinazione di varie fonti di rumore (elenco le più evidenti): le differenze tra fotorecettori, i difetti del silicio usato per il sensore e la circuiteria ADC.
Il rumore di lettura varia nel dominio temporale, ed è composto da rumore del "pixel reset", dalle fonti di rumore termico (alla cui modellizzazione hanno partecipato Johnson e Nyquist) e altri contributi minori, come il rumore Flicker detto anche rumore rosa (dipendenza dalla frequenza -> 1/f)

Il rumore di reset nel CCD è un tipo specifico di rumore termico derivante dalle fluttuazioni di KTC durante il ripristino della carica di polarizzazione del condensatore di lettura ad una tensione di riferimento (Sul sito della IEEE c'è un buon articolo a riguardo: Hynecek J 1990 Spectral analysis of reset noise observed in CCD charge-detection circuits
IEEE Trans. on Electron Devices 37 640-7).
Anche questo
http://www.ltpaobserverproject.com/uploads/3/0/2/0/3020041/rumore_nei_sistemi_ccd.pdf

Un metodo di uso comune per minimizzare questo problema è chiamato CDS (Correlated Double Sampling), utilizzato proprio per ridurre gli effetti del rumore reset.
In linea di massima lo si può pensare come una lettura differenziale del pixel (solo carica di polarizzazione e carica del pixel più carica di polarizzazione) in modo da abbassare di molto l'errore dovuto alla non costanza della carica di reset (C'era un ottimo articolo della allora Burr Brown su questi argomenti: Baier S CCD Imaging Systems. Burr-Brown Corp)

Il rumore termico nasce da fluttuazioni di equilibrio di una corrente elettrica all'interno di un conduttore dovuto al moto casuale termica dei portatori di carica. Si tratta di rumore indipendente dall'illuminazione e si verifica indipendentemente da qualsiasi tensione applicata.

Importanti fonti di rumore 1 / f in un sensore di immagine sono dovuti al "rumore rosa" generato nei foto-diodi e il funzionamento analogico a bassa larghezza di banda di transistor MOS.
Il livello di rumore 1 / f in un sensore CCD è dipendente dalla frequenza di campionamento dei pixel.

Una cosa che spesso si pensa in maniera sbagliata è il fatto che i frames di calibrazione servano a ridurre il rumore in maniera generica.

I frames di calibrazione riducono si un contributo di rumore, ma solo quello dovuto al fixed pattern (ossia disuniformità sempre presenti), non il rumore casuale (anzi tendono ad aumentare quest'ultimo, ma se fatti bene lo aumentanon in maniera trascurabile).
Tipicamente sono utili quando il fixed pattern è piuttosto evidente (ad esempio in un CCD a 10°C il fixed pattern della corrente di buio è molto più alto del rumore della corrente di buio, ed è comparabile con il photon noise, ma a -100°C i due sono trascurabili e quindi è inutile applicare delle correzioni con dei "master Dark")

Il fatto che mediare le immagini aumenti notevolmente la qualità di immagine dipende dal fatto che si può ridurre di molto il photon noise (ossia il rumore ,ben rappresentabile con un processo di Poisson) che solitamente è molto molto più alto degli altri (il seondo è tipicamente la corrente di buio).
Il rumore casuale di lettura non è ridotto dalla media di frames, per poterlo fare bisognerrebbe rileggere più volte la stessa immagine, ma ciò non è possibile perchè il processo di lettura è distruttivo.

Un ottimo sistema per diminuire il contributo di rumore di lettura ai bassi lisveeli di illuminazione è dato dai sensori EMCCD (electron multiplying CCD)
http://www.emccd.com/
Purtroppo costano ancora follie!

Spero di non aver fatto una gran confusione

andreaconsole

beh, per la serie "hai voluto la bicicletta e mo pedala"

grazie, molto interessante e con un po' di impegno anche abbordabile il pdf che mi hai linkato, ne terrò conto!
Solo una domanda, visto che non ho capito bene la tua posizione sull'argomento (mi è sembrata sinceramente un po' contraddittoria in alcuni punti): ma eliminare i bit meno significativi, cioè dividere per 2, 4 etc, è o non è un approccio valido per poter continuare ad usare con profitto iris? (anche se, potendo preferirei ovviamente tagliare quelli in alto)

Stefano Campani

Ah, ma adesso poi ti dò anche il resto della bici :lol:

(cerco di farla arrivare a rate)

Hai ragione, probabilmente la mia posizione in merito all'uso di IRIS non è chiara.
Secondo me puoi tranquillamente utilizzare IRIS con LOADSX, a meno che tu non abbia CCD particolarmente performanti tipo 16803, KAF9000, KAF3200, KAF4320, KAF1001... insomma quelli ad altissima dinamica dove anche un bit in più sulla media di tante immagini può far comodo.... ma in quel caso visto il costo del CCD si può anche spendere qualcosa in software...

Dico però anche che se ti è possibile usare un software più performante è più semplice e ti evita qualche complicazione inutile (insomma se usi IRIS a sproposito rovini le immagini, quindi bisogna sapere quel che si sta facendo)

Io uso sempre IRIS, ma non faccio testo, in quanto uso una reflex... prima di arrivare a saturarne le capacità hai voglia...
Però ripeto questa è una mia opinione

Forse con queste informazioni (e le successive che cercherò di dare con calma) andiamo un pò fuori argomento.
Dici che valga la pena di aprire una discussione nuova ad hoc?

La prossima puntata provo a chiarire il discorso dei bit del convertitore (cerco un pò di documentazione in rete per fare qualche esempio)

Ciao

P.S. spero che qualcun altro intervenga per arricchire la discussione!

andreaconsole

aggiornamento: guardando l'ultima documentazione IRIS online ho trovato la seguente:

CONVERTSX3 [IN] [OUT] [NUMBER]

Convert a sequence of unsigned 16-bits images into a series of signed 16-bits images compatible with Iris. Value 32767 is subtracted from all the pixels. The final level lies between -32768 and 32767.

che in teoria risolve il problema. In pratica, per una questione che pare essere inerente agli header dei fit, con i file che ho non funge (tronca in alto).

Se qualcuno ha modo di provarla...

GHISO983

Guarda che anche il rumore elettronico diminuisce all'aumentare delle pose (se applichi la sottrazione del rumore elettronico) o meglio in realtà aumenta, ma la tua quantitàm di segnale aumenta più velocemente......
In realtà difatti aumenta il tuo rapporto segnale rumore (dove come rumore considero solo quello elettronico!)

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