1° Forum di Astronomia Amatoriale Italiano

Vorrei capire di più sul rumore digitale nei sensori tpo ccd o cmos, ad esempio cosa cambia a cambiare degli iso o gain ad esempio non riesco a capire, come mai alcuni ti dicano di usare 800 altri 400 iso, il rumore di tipo termico alla fine è lo stesso, il segnale raccolto è lo stesso, l'unica cosa che cambia è il rumore di lettura o sbaglio?
Quindi se dico giusto nn è conveniete usare sempre la modalità con il rumore di lettura più basso possibile?
il tutto indipendentemente dalla temperatura? (il bias è indipendente dalla temperatura se non sbaglio)
Quindi insomma se fuori ci sono -20 gradi o 50 gradi, bisogna usare sempre gli stessi iso oppure mi son perso qualcosa?
Qualcuno mi sa consigliare un bel libro (altamente tecnico non divulgativo) sul rumore di questo tipo di sensori?
Grazie

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Davide Ghiso
Meade Schmidt-Newton 6" (763mm F/5) - William Optics Zenithstar 66 ED - Eq6 skyscan Barlow 2x e 4x apo coma - Oculari meade superploss 26mm
Kellner 20 e 4 mm Ploss 10mm - Hiperion 8mm - Atik 383l+ monocromatic
filtri baader 36mm R,G,B,L,H-alpha - magzero mz_5 bn
Gruppo Astrofili Volontari Ingauni Albenga SV

Davide Ghiso
ma chi sarà mai questo Dario Fo!?

Che intendi per "rumore di lettura"?
In generale se aumenti gli ISO aumenti l'amplificazione del sensore, cioè esso media su un tempo più breve ma il conseguentemente piccolo segnale che gli arriva viene amplificato di più. L'amplificazione, ovviamente, aumenta l'oscillazione del rumore termico. Se gli ISO sono più bassi medi su un intervallo di tempi più lungo, quindi ammazzi il rumore termico e devi amplificare di meno.

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Tutto ciò che dà fastidio al potere e alle buone coscienze, questo è Marcos. E, per questo, tutti noi che lottiamo per un mondo diverso, per la libertà e l'emancipazione dell'umanità, tutti noi siamo Marcos.

no la moltiplicazione amplifica tutto rumore termico compreso, essendo il rumore termico lineare (nn per pose lunghe) si ha che anche lui viene moltiplicato, al che 400 iso ed 800 nn cambia nulla....
Questo perchè il segnale del rumore termico è insito nel sensore, prima dell'amplificazione, quindi quando avviene l'amplificazione sia il segnale che il rumore (termico) vengono moltiplicati senza distinzione
ma nello stadio di amplificazione e lettura del segnale viene aggiunto rumore che è appunto il rumore di lettura!

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Davide Ghiso
Meade Schmidt-Newton 6" (763mm F/5) - William Optics Zenithstar 66 ED - Eq6 skyscan Barlow 2x e 4x apo coma - Oculari meade superploss 26mm
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Davide Ghiso
ma chi sarà mai questo Dario Fo!?

Aspetta, non è esatto, Davide.
Tu collezioni, con tempi di posa più brevi (quindi ISO più bassi) meno fotoni, quindi meno segnale. Però il rumore è sempre quello e la sua potenza dipende unicamente (in prima approssimazione) dalla temperatura, non dal tempo di posa come invece il segnale. Quindi:

1) 400 ISO, potenza di segnale A, rumore N
2) 800 ISO potenza di segnale B (<A) e rumore N

Ora il SNR ovviamente non cambia tra primo (sensore) e secondo (amplificatore) stadio (sempre in prima approssimazione, in realtà il rumore di amplificazione aumenta all'aumentare del guadagno, ed è il rumore di lettura di cui parli) ma è quello in ingresso che è più basso. Cioè, se tu amplifichi un segnale con SNR basso, il risultato sarà un segnale che avrà ancora SNR basso.

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no il sensore è unico il segnale ma anche il rumore termico dipende dal tempo (infatti si definisce una corrente di buio!!)
400 iso
Quantità di segnale gain(400 iso)xS(t) rumore termico gain(400 iso)xR(t)
800 iso
Quantità di segnale gain(800 iso)xS(t) rumore termico gain(800 iso)xR(t)


Il gain(800 iso) è il doppio del gain(400 iso) S(t) è lineare nel tempo ovvero S(2t)=2xS(t) (anche R(t))

Il rapporto segnale rumore è lo stesso (il gain si semplifica).

dopodichè si aggiunge il rumore di lettura bias (che è funzione dei soli Iso ma nn di T)
E di questo ne sono sicuro, poi potrebbero esserci altri tipi di rumore...

Se nn ci fosse il rumore di lettura una foto a 400 iso moltiplicata x 2 ed una ad 800 sarebbero identiche.
per quello che ne so, ma forse esiste un altro rumore! (a parte quello del segnale stesso)

Edit con R(t) intendo solo ed esclusivamente il rumore termico, escludo il rumore di lettura ed il rumore statistico (nn so come si chiama!)

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Davide Ghiso
Meade Schmidt-Newton 6" (763mm F/5) - William Optics Zenithstar 66 ED - Eq6 skyscan Barlow 2x e 4x apo coma - Oculari meade superploss 26mm
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Davide Ghiso
ma chi sarà mai questo Dario Fo!?

Il rumore è sempre statistico, altrimenti non sarebbe rumore, no?
In ogni caso oltre al rumore termico c'è sicuramente quello di amplificazione, che dipende dal tipo di amplificatore.

Toh, studiamocelo

http://learn.hamamatsu.com/articles/ccdsnr.html

La storia del rumore che dipende dal tempo non l'ho ben capita, a dire il vero. Ho usato dei comuni concetti di signal processing, probabilmente con i CCD la situazione è un po' diversa...?

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Cambiare gli iso signica andare ad agire sul gain e quindi amplificare di più o di meno il contenuto della matrice ccd o cmos.
Variando il gain si amplica sia il segnale sia il rumore, però non dimentichiamoci che rimangono validi i presupposti di correlazione nel tempo del segnale e di scorrelazione del rumore: quindi amplificando di più si riesce a acquisire un segnale più debole ma il valore medio del rumore salirà avendo così a disposizione una dinamica più ridotta per il segnale.

Il rumore termico ovviamente è funzione della temperatura e del tempo, quindi aumentando i tempi di esposizione aumenterà di conseguenza anche lui: è per questo che i ccd per astronomia sono raffreddati!

Alla fine - ma dipende molto dalla bontà dell'elettronica - converrebbe secondo me acquisire a bassi iso per molto tempo e a alti iso per tempi ancora più lunghi e mediare molto per diminuire la varianza di rumore.
Le due immagini conseguenti dovrebbero essere correlate utilizzando per esempio una processazione a layers in photoshop in modo da avere un'immagine gradevole (originata da quella a bassi iso) con l'aggiunta di dettagli più minuti (originati da quelli a alti iso).


Continuo però a dire che per lavori profondi un ccd raffreddato è ineguagliabile.

ISO ISO...
fa piu' "casino" questa trasposizione dall'analogico che altro..

Gli ISO nei CMOS/CCD non esistono. Come dice Stefano e' solo un GAIN.


Quando facevo foto DSLR, stabilivo il tempo di posa in base alla temperatura , alla qualità del cielo e poi gli ISO venivano di conseguenza, come semplice parametro per far lavorare il sensore in zona lineare. (ne saturo ne troppo basso, dove i precedenti 12bit di conversione potevano introdurre rumore di quantizzazione)

Grazie per la precisazione. Potresti spiegarmi meglio perché la correlazione/decorrelazione (che è un parametro dipendente dal tempo e sul quale ovviamente ci siamo) inficia l'ampiezza del rumore?

Cioè, l'SNR in ingresso è uguale, per tempi di posa uguali, per qualsiasi ISO. Come cambia l'SNR se il tempo di posa cambia? Secondo quanto dice Ghiso il rumore è di meno se il tempo di esposizione è breve e in maniera lineare. In base a questa assunzione effettivamente l'SNR in ingresso è sempre lo stesso e la causa di rumore deve essere a valle (appunto, rumore di amplificazione). La correlazione e decorrelazione come entra in gioco e in che stadio?

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E' un semplice gioco di fasi.

Il rumore è u processo statistico che per semplicità consideriamo con statistica gaussiana e bianco. Può essere descritto dal valore medio e dalla sua varianza, ma la sua caratteristica è che campioni di rumore sono scorrelati tra loro e che sommandoli si sommano "a caso" tendendo all'infinito a convergere sul valore medio più o meno la varianza.

Il segnale invece ha fasi correlate: più si somma più aumenta il suo valore rispetto a una soglia che è data dal valore medio del processo di rumore più una quota parte della varianza.

Ovviamente aumentando i tempi di esposizione il rumore tende a sommarsi intorno al proprio valore medio, mentre il segnale aumenta facendo così aumentare di conseguenza la differenza tra la potenza del segnale e quella del rumore (e quindi il snr).

A questa questione si somma il problema della ricombinazione tra elettroni libera e la struttura mos del sensore (sia esso di tipo p che n o meglio cmos): questo valore aumenta nel tempo e si somma al rumore di fondo in base alla temperatura che determina la velocità di ricombinazione nella struttura e quindi la generazione di cariche dovute al rumore.
E' questo il motivo per cui la temperatura nei sensori deve essere mantenuta costante e il più bassa possibile, così possiamo assicurare che all'aumentare del tempo di esposizione il rapporto snr aumenti sempre di conseguenza nei limiti della dinamica a disposizione. I sensori non raffreddati soffrono del fatto che questa regola non funziona più perchè il rumore termico aumenta con il passare del tempo.