ADC för CMOS kontra CCD

Astronomiska CCD-kameror (ej webkameror)
Användarvisningsbild
Datarolf
Inlägg: 173
Blev medlem: 2015-05-03 11:45:11
spamtest: JA
Ort: Huddinge

ADC för CMOS kontra CCD

Inläggav Datarolf » 2020-01-08 22:27:18

Hej!

I den möjligen eviga diskussionen om valet mellan CCD-kamera och CMOS så noterar jag att CMOS-kameror vanligen har en analog-digitalomvandlare (ADC) för 12 bitar medan CCD har 16 bitar. Min fråga är om någon i forumet har någon uppfattning ifall dessa extra bitar spelar någon praktisk roll när det gäller att få fram detaljer (mer kontrast) i bilderna? Är det för dessa bitar man möjligen betalar en del av CCD-kamerans högre pris?

Vänligen
Rolf J
hahied
Inlägg: 36
Blev medlem: 2017-01-26 13:28:55
spamtest: JA
Ort: Malmö

Re: ADC för CMOS kontra CCD

Inläggav hahied » 2020-01-09 11:24:12

Hej Rolf,

Visst spelar det roll men i praktiken oftast inte. Sensorns dynamiska omfång bestäms oftast inte av bitdjupet på ADC utan av sensorns inneboende egenskaper i form av FWC (full well capacity) och RN (read noice). Exempelvis FWC på 25000e och RN på 9e ger ett DR (dynamic range) på 25000/9 = 2777 eller uttryckt annorlunda 2^11,5. Således räcker 12 bitars ADC i detta fall.
Sedan är det så att DR ökar med stackning av flera bilder. Stackningsprogramen använder oftast 32-bit eller 64-bit flytande representation och begränsar därför inte förbättringen man får.

Viktigare är andra faktorer som t ex amp-glow, FPN (fixed pattern noice) för hur svaga signaler som kan urskiljas. CMOS har i detta avseende enligt min mening till viss del fram tills nu varit svårare att kalibrera med bias/darks/flats på grund av viss inneboende instabilitet.

Utvecklingen går framåt, nu finns bra CMOS på gång med både 14 och 16 bitars ADC. T ex ser Sonys sensorer IMX533 samt IMX455 lovande ut. Det är ju dessutom så att flera tillverkare lagt ner utveckling/tillverkning av CCD så CMOS verkar vara det som gäller framöver även för oss astrofotografer.

//Hans
Användarvisningsbild
Datarolf
Inlägg: 173
Blev medlem: 2015-05-03 11:45:11
spamtest: JA
Ort: Huddinge

Re: ADC för CMOS kontra CCD

Inläggav Datarolf » 2020-01-09 20:58:58

Hej Hans,

Tack för klargörande svar! CMOS-kameran jag tittar på (Atik Horizon II) har FWC på 20 000e och RN på 1e vilket motsvarar ungefär 2^14,3, och en ADC på 12 bit, så där verkar faktiskt ADC:n vara en begränsande faktor om jag förstår dig rätt. Men, som du skriver går det att öka dynamiken med stackning, så att de två saknade bitarnas upplösning kanske är försumbar.

Jag kör min nuvarande CCD-kamera (Atik 360EX) utan darks och bias-kalibrering helt utan problem. När jag istället fotograferar med min DSLR (CMOS) måste jag använda både darks och en superbias-kalibrering för att få det rätt. Samma behov kan alltså finnas med en dedicerad CMOS-kamera för astrofoto, och kan då möjligen ställa till det.

Givet utvecklingen verkar vi ju vara hänvisade till CMOS framgent. Frågan är om det finns någon anledning att köpa en större CCD-kamera nu innan de helt försvunnit från marknaden. Dock är priserna avskräckande.

Vänliga hälsningar
Rolf J
hbar
Inlägg: 518
Blev medlem: 2010-05-14 18:22:47
spamtest: JA
Ort: Lund

Re: ADC för CMOS kontra CCD

Inläggav hbar » 2020-01-09 21:29:18

Hej Rolf

Den verkliga anledningen till prisskillnaden är tillverkningsvolymen. Den vanligaste ccd för amatörer (KAF-8300) designades 2008 och även om många astrokameror är tillverkade med denna så är det en liten bråkdel av den volym kommersiella cmos sensorer tillverkas i.

Det som är den stora fördelen för cmos är att tillverkningsprocessen är lik cmos-minnen medan ccd chippet måste gå i en helt annan tillverkningslina. Det går också att integrera logik och ad-omvandlare på samma chipp vilket i de senaste designerna ger ett mycket lågt utläsningsbrus kombinerat med hög utläsningshastighet (många parallellkopplade ad-omvandlare).

För proffsen som har stor plånbok så kan man få vissa fördelar med ccd men även i dessa sammanhang så börjar cmos ta över. En känslig del i ccd är att eftersom laddningen (bildinformationen) klockas rad för rad, kolumn för kolumn så kan en enda trasig pixel slå ut en hel kolumn eller mer.

De senaste generationerna från sony så har de dessutom börjat med bakbelysta chipp som då får ett qe (känslighet) som är nästan det dubbla mot tex 8300. Jag har själv en sådan (ASI294Pro) och trots att det är en färgsensor så slår den min gamla Atik314 på nästan alla objekt. Den har 14bits omvandlare med en känslighet och signal brusförhållandet (dynamiken) som är ungefär samma som Atik314 trots att denna är en mono. Utläsningsbruset i atiken gör att den inte får någon fördel av att omvandlaren är 16 bitar då de extra bitarna bara består av brus.

De stora volymerna av cmos sensorer är till färgkameror men IMX455 kommer faktiskt i en mono version. Jag planerar att köpa en sådan från zwo när den släpps om någon månad. Du kan se en jämförelse mot KAI11002 på QHY som också kommer ut med en sådan
https://www.qhyccd.com/index.php?m=cont ... =23&id=262

Lite många pixlar men binnar jag den 2x2 så blir det lagom för lång brännvidd och på en bra refraktor med lite kortare brännvidd så skulle man kunna klämma ut en fantastisk upplösning. Dock lite tung att bearbeta, en stack om 100st LRGB blir 50G byte rådata...

/Håkan
RCX400-12, C8, WO158, WO98
Daystar Quantum 0.5Å, CGE, CGEPro
hahied
Inlägg: 36
Blev medlem: 2017-01-26 13:28:55
spamtest: JA
Ort: Malmö

Re: ADC för CMOS kontra CCD

Inläggav hahied » 2020-01-09 21:44:03

Rolf,
Vad gäller Atik Horizon II har den väl bara RN på 1e vid gain x30 där FWC endast är 650e, detta enligt deras manual. FWC på 20 000e har du vid lägsta gain och jag förmodar att RN ligger högre där, troligen runt 3e.

//Hans
Användarvisningsbild
Datarolf
Inlägg: 173
Blev medlem: 2015-05-03 11:45:11
spamtest: JA
Ort: Huddinge

Re: ADC för CMOS kontra CCD

Inläggav Datarolf » 2020-01-10 20:10:13

Tack Håkan och Hans för ytterligare klargöranden och bra länkar. Det förefaller uppenbarligen värt att vänta på att kameror med de nya sensorerna från Sony blir tillgängliga.

Vänliga hälsningar
Rolf J

Återgå till "CCD-kameror"

Vilka är online

Användare som besöker denna kategori: 0 och 0 gäster