Noise, subbar och gain

[AstroFriend]

Vi har ju diskuterat detta om brus, subbar och gain. Känns motiverat att lägga ned lite tid på en illustration som jag gjort här.

Frågan är hur många subbar skall man ha och hur kommer gain in?

Här är en 1-dimensionell simulering om vad som händer. Denna simulering avser endast utläsningsbrus. Till de olika graferna har adderats en konstant så de inte hamnar på varandra. Du får skrolla åt vänster för att se den förklarande texten till höger i grafen.

noise and sub gain 1x.jpg (64.57 KiB) Viewed 1418 times

Här kan studeras hur bruset minskar med antalet subbar och så till slut kommer signal 2 som var drunknad i brus fram. Ungefär 25 subbar krävdes för denna nivå på signal. Den svagare signal 1 syns inte alls.
Signalerna har nivåerna 0.1, 1, och 5 enheter, bruset +/- 2.5 enheter. Vi fick alltså fram en signal som var svagare än bruset.

Nu skall 0.1 inte tolkas som att det finns tiondelselektroner, utan att signalen är så svag att endast var tionde bild registrerar en foton och ger en elektron.

noise and sub gain 4x.jpg (67.01 KiB) Viewed 1418 times

Här är samma signaler, men nu har de förstärkts innan den går till AD omvandlaren så att signalen kommer fram effektivare. Till och med så att den svaga signal 1 kan skönjas.
Signalerna har nivåerna 4x0.1, 4x1, och 4x5 enheter, bruset +/- 2.5 enheter.

Nu har ju tyvärr även förstärkaren ett brus som inte är medräknat här och man får inte full fördel av detta. Längre exponeringstid ger ju också starkare signal och får fram svaga signaler om inte kameran tillför abnormalt brus för extrema exponeringstider. På en DSLR är det kanske mörkerströmmen som sätter en gräns ganska tidigt. Bäst är det med kombinationer med olika gain och exponeringstider. Då kan man optimera dynamiken också så att man får både starka och svaga signaler korrekt. Hög gain och lång exponeringstid medför ju att utrymmet mellan golv och taket minskar där signalen skall rymmas.

Gjorde en ny graf med en stark signal som visar hur den klipper när gainen ökas.

Hundra subbar är mycket, men tänk på planetfoto, då kanske tusen bilder medelvärdes bildas ihop.

Här finns också en förklaring varför tidiga Nikon var problematiska i astronomisammahang. De klippte den negativa delen och då fungerar inte metoden med subbar att på svaga signaler få fram signaler ur bruset. Canon har lagt på en konstant så att de negativa delarna (bruset är ju slumpmässigt runt signalen) lyfts upp och ryms inom biasen. Nyare Nikon skall inte ha detta problem. Stoffe vet vilka Nikon modeller som är bra.

OBS gain =1 har inget med unity gain att göra, endast en relativ jämförelse.

Det här var bara en liten förklaring varför gainen är viktig vid låga signalnivåer, men åter inte lätt att praktisera på en DSLR med sin interna brusreducering.

Har man bilder med kraftigt bakgrundsbrus så dominerar det och utläsningsbruset kanske inte spelar någon roll.

/Lars