Cómo medir el "Ruido de lectura" del CCD

[Linx]

He estado viendo el hilo que inició JMAT, http://www.asociacionhubble.org/modules ... ic&t=12002 hace ya bastante tiempo (por lo que me permito iniciarlo nuevamente) y una de las respuestas que se daban decía lo siguinete:

...
Preguntaréis que cómo se puede saber el ruído de lectura. Lo más acertado que conozco es esto: haced una toma bias con vuestra cámara (incluso réflex, lo que sea), la exposición más corta que os permita (0,000 segundos es lo ideal). Mirad en un programa como Astroart (en Statistics) o Maxim DL cuánto os da la imagen de StD (Desviación estándar). Sólo una toma única, no la suma de varias (eso es hacer trampa, pues mejora la relación señal/ruído). Al valor que os salga dividirlo entre la raíz cuadrada de 2 (1,41). Ese es vuestro ruído de lectura, que irá variando un poco arriba o abajo aleatoriamente según la toma.

Ejemplo: En mi Atik16 un bias me da una StD de 12,30 / 13 lo cual al dividirlo entre la raíz cuadrada de 2 me da 8,72 / 9,2e.

Estos valores están muy bien. En la Canon EOS350D de Gab9555 daba 25 o 30e, no recuerdo bien... ....

Bien, pues me ha dado por mirar en la QHY6 con la refrigeración puesta y me da esto:



entiendo que hay que tomar la (desviación estándar) / sqrt(2) lo que me da si no me equivoco 74,455/sqrt(2) = 52,65e-

Si eso es cierto, me parece un pelín ruidosa, muy apartada de esos 6 a 7e- que se publicita.

Seguro que algo he hecho mal.

A ver si alguien me lo puede aclarar y lo consigo hacer bien.

EDITO: La ganancia al 96% (casi a topa) y bias a 101 (que es donde comienza a aparecer algún pixel a valor 0).

[Verio]

Creo que la fórmula que estás utilizando te da el ruido de lectura en ADU's no en electrones. Necesitarías aplicar el factor de conversión de ADU's a e- de tu cámara.

En esta prueba de una cámara de QSI hay un análisis muy detallado de cómo calcular distintos parámetros de la cámara:
http://www.qsimaging.com/downloads/Berry-Review-QSI-532ws.pdf

En concreto dice:

In the test camera, there were an additional 400 columns on the right-hand side of the image. These columns have lower pixel values and less noise than the area of the bias frame read from the image area of CCD. The random variation in the overscan is actually the “true” readout noise; it measured 8.1 electrons r.m.s. in the test camera (versus 10.5 electrons r.m.s. in the image area).

No se si es de aplicación en tu cámara.

[Linx]

Creo que la fórmula que estás utilizando te da el ruido de lectura en ADU's no en electrones. Necesitarías aplicar el factor de conversión de ADU's a e- de tu cámara. ...

Efectivamente, error trivial pero que varía totalmente el resultado. Verio, me has dado todo un pescozón... y con razón.

El fabricante dice: Ganancia de 0.5e-/ADU a 0.1e-/ADU , así que como la tengo prácticamente a tope, por cada 0,1e- hay un incremento de 1 ADU, o lo que es lo mismo, 1e- = incremento de 10 ADUs, con lo que

74,455 / [sqrt(2) * 10] = 5,265e-

Jo, que susto, esto ya es otra cosa y si no estoy Herrado (con H de "herradura":evil: ), creo que podría decir que con una aleatoriedad en la lectura tan baja, no parece ser una mala cámara, eso si, a falta de mediciones de ruido térmico y eficacia cuántica.

Supongo que conociendo ya el valor real del ruido de lectura ...

R/Térmico = (R/Dark - R/lectura) ?.

... claro, solo para una temperatura específica del sensor y un tiempo de exposición.

En cualquier caso el ruido térmico tiene que ser muy bajo, porque he tirado darks de 30' y apenas hay diferencia con los de 1'.

Si lo anterior es cierto, ahora falta conocer el valor real de la eficacia cuántica del sensor ICX259AL del que Sony no dice nada, solo que para unos 650nm del rojo Ha viene a estar a un 83% de la máxima sensibilidad (570nm del verde).

Quizás se pueda hacer una aproximación por comparación y extrapolación desde una cámara-objeto-superficie_de_apertura-focal-tiempo_de_exposición que sirva como patrón ya calibrado con los mismos obtenidos por la cámara a estudiar.

[Linx]

Revisando esta información http://www.astrosurf.com/afernandez/equ ... 00_web.htm en el apartado "Ruido de Lectura" veo que simplemente hay que:

Ruido_Lectura = Desviación_Estándar_BIAS * Ganancia_Ampli

... la desviación estandar en un BIAS viene dado en ADU y la ganancia en e-/ADU, asi que [ADU]*[(e-)/ADU]=(e-) con lo que esa sqrt(2) que decía Mack en http://www.asociacionhubble.org/modules ... sc&start=0 y que estaba empleando anteriormente no se de donde sale ni le veo fundamento, con lo cual no quiero decir que esté necesariamente mal, sino simplemente que no entiendo de donde sale esa sqrt(2).

Si alguien puede aportar mas luz sobre el tema para clarificarlo totalmente, se agradecerá.

Visto lo anterior,
Desviación estandar = 74,455 ADU
Ganancia cámara QHY6 = 0,1 e-

74,455_ADU * 0,1_e- = 7,455 e- de ruido de lectura (RO) para mi QHY6, lo que entra en las proximidades de lo que dice el fabricante, 6..7 e- de RO.

[mack]

Pues yo también hace tiempo que me di cuenta de mi error. Ciertamente lo leí en un libro de la Editorial Omega titulado "Astronomía con CCD" si no recuerdo mal editado en 1996 o así... Dicen que es el libro más completo de los escritos en español en CCD o sea que o yo no entendí bien lo que quería decir o el que sea se ha equivocado.

Pero que sí, está claro: es la mediana de la desviación estándar de varios bias multiplicada por la ganancia de la cámara.

P.D.: Ahora bien, cómo se calcula la ganancia de la cámara es algo ya más difícil.... ¿Alguien sabe cómo se hace?. He leído por ahí que la cámara Atik16 que yo tenía tenía una ganancia de 0,85. No sé si será verdad, pero de ser así en realidad su ganancia es de 10,50e, justo a la par con los 11e que publicitan (o sea que no se han quedado muy lejos y mi cámara no era tan mágica como yo pensaba.... ). Ahora que la Atik 314L creo que me va a enganchar otra vez.... sólo 4e de ruído...

[Linx]

...Pero que sí, está claro: es la mediana de la desviación estándar de varios bias multiplicada por la ganancia de la cámara.

P.D.: Ahora bien, cómo se calcula la ganancia de la cámara es algo ya más difícil.... ¿Alguien sabe cómo se hace?. He leído por ahí que la cámara Atik16 que yo tenía tenía una ganancia de 0,85. No sé si será verdad, pero de ser así en realidad su ganancia es de 10,50e, justo a la par con los 11e que publicitan (o sea que no se han quedado muy lejos y mi cámara no era tan mágica como yo pensaba.... ). Ahora que la Atik 314L creo que me va a enganchar otra vez.... sólo 4e de ruído...

No creo que la mediana de las desviaciones estandar de varios BIAS sea el valor mas correcto, en todo caso la media de las DS de varios BIAS, para tener una DS mas uniforme, pero en poco va a diferir del valor de la DS en un BIAS.

En cuanto a la ganancia, Atik no lo dice, pero he leido y lo he estado buscando esta mañana que la ganancia del ampli en la Atik-16 es de 1,3 e-/ADU, pero no he sido capaz de volverlo a encontrar para referenciarlo, y por propio interés porque estaba barajando la posibilidad de hacerme con una 16, pero ahora mismo no lo tengo tan claro, porque lo que voy a ganar con los pixeles de 8,3 * 8,3 frente a los de 6,50 * 6,25 me parece que lo voy a perder en la precisión del conversor, y por eficacia cuántica frente al sensor de la QHY6 tampoco creo que haya tanta diferencia.

Lo único que me fastidia es la facilidad con la que se empaña la QHY6 cuando voy a la playa lo que me obliga a apagar la refrigeración. A la Atik16 le ocurre algo parecido en ambientes muy húmedos?

[mack]

Bueno, la mediana..... la media, eso... que si sale en tres imágenes 11-12-10, pues la media es 11e. ¿No es lo mismo mediana que media...?. Yo es que doy de letras puras...

Lo de ganancia 1,3e/ADU, ¿no lo habrás leído aquí en los foros...?. Si es así lo puse yo como contestación a la pregunta que le formulé a Steve Chambers al respecto (el creador y diseñador de las Artemis y por lo tanto de las Atik), pero a día de hoy no estoy yo muy convencido... Más bien creo que para que case con el valor del ruído de lectura proporcionado por el fabricante y teniendo en cuenta la desviación estándar de los bias, la ganancia debe de ser unos 0,85-0,90e/ADU.

Respecto al tema de la condesación lo he leído en muchos sitios, pero yo te confirmo que nunca he tenido problema durante el tiempo que la tuve. Respecto al tema del tamaño de pixel, no todo es la resolución ya que, como bien sabrás, has de adecuar tu focal a la del tamaño del chip para obtener una escala óptima de sampleado.
De entrada, para una focal media de 1000mm o así la Atik16 es mejor cámara que la Atik16HR, de hecho es ideal si no fuera por lo pequeño de su sensor (aunque para mi era suficiente para el tipo de objetos que capturaba). Veras, la Atik16 tiene una Full Well de 55.000e, lo cual dividido entre su ruído de lectura obtenemos que el rango dinámico es de 5000 niveles de grises (no está mal). La Atik16HR tiene una Full Well de 32.000e y 8e de ruído de lectura con lo que tenemos una profundidad de sólo 4000 niveles (vaya, que se podría decir que la Atik16HR es una cámara de 12-bits....). La STL-11000 por ejemplo te quedarás sorprendido de saber que tiene sólo 3846 niveles (otra cámara de 12-bits....). El pelotazo es la STL-1001 con nada menos que 13.500 gradaciones distintas.....
El rango dinámico es la segunda característica más importante de una CCD junto con el ruído de lectura y éste se puede aumentar bien subiendo el Full Well (la capacidad de acumular fotones del chip) o bien bajando el ruído de lectura (con una electrónica más precisa) o con ambos. Me quedo asombrado y la apunto como posible futura cámara a la Atik 314L que ha sacado un sensor como el de la Atik16HR, pero con sólo 4e de ruído, por lo que sus niveles de grises ascienden a 8000, a la par con cámaras como la ST-10 nada menos. O sea que punto para Atik.
No sólo eso, sino que ese ruído de lectura tan bajo hará que basten exposiciones mucho más cortas para machacar el ruído de fondo provocado por la lectura antes de la descarga de la imagen y que tan bien vendrá a los que tenemos que trabajar desde zonas polucionadas lumínicamente. Súmale que te descarga las imágenes en 1,8 segundos y tienes un cocktail impresionante....

Saludos

[mack]

Confirmado, pese a lo que yo pensaba tiene una ganancia 1,3e/ADU frente a los 0,45e/ADU de la Atik16HR o la 314L. Lo que no sé que es más bueno o más malo. Imagino que es mejor una ganancia más baja, aunque eso implique más tiempo de exposición.