Тема: Самодельная охлаждаемая ПЗС камера от grim (Прочитано 557188 раз)

grim

Цитата: faddy від 05 Жовтня 2016, 15:49:52

Рим, у меня возник вопрос по оценке шума в эл.вольтах.
После сборки камеры(АЦП и операционник от farnell) в корпус, с охлаждением до -5С, получил следующие результаты:
- gain 0 stdDev = 11,4
- gain 14(maxVal=65520 при осв. сенсоре) stdDev = 14,1

Правильно ли я считаю, берем stdDev = 14,1 при gain 14,
14,1/SQR(2)=9,97 эв
9,97/(7:64*14)= 6,512 эв при усилении=1 (шкала gain от 0-64 усиление при gain64=7)

То есть мы получаем уровень шума равный 6,5 эв?
или правильнее брать значение полученное при усилении =1 т.е. gain 0 stdDev = 11,4 11,4/SQR(2)=8,06 эв ?

Во-первых, нужно установить такое усиление, при котором MaxVal будет равен около 38000 - глубина ямы сенсора. Это значение должно быть при достаточном освещении и экспозиции. При таком, что дальнейшее увеличение экспозиции или освещенности не приводит к увеличению этого значения, т.е. происходит насыщение.
Это значение (38000) чаще фигурирует в интернете для сенсора ICX453. Официально этот параметр Sony нигде не объявляла.
При этом получится, что 1 ед АЦП будет равна 1 эв.

Далее нужно затемнить сенсор и установить выдержку, равную 0. Среднее квадратичное значение шума по строке и будет значением шума считывания в эв.
Когда вычитается 2 биаса, потом делится на 1.42 - это если значение считается по всему кадру. Я пробовал оба варианта - у меня отличия получились незначительными.
И еще значение зависит от экземпляра сенсора.

При расчете еще следует учесть, что коэффициент усиления при gain=0 равен 1, а при gain=63 равен только 6. Причем зависимость нелинейная - посмотрите формулу в даташите AD9826.
Естественно, для уменьшения шума считывания лучше задирать усиление по-максимуму, чтобы минимизировать вклад АЦП.
При этом уменьшится динамический диапазон сверху - максимальный сигнал с сенсора в 1 вольт уже не влезет в 65535 ед АЦП.
Какой gain устанавливать решается исходя из объекта и условий съемки.

grim

Добавлю, в CAM86 даже при gain равным 0 насыщение будет выше 38000.
В вашем случае
gain 14(maxVal=65520 при осв. сенсоре) stdDev = 14,1
шум чтения будет равен 14.1*38000/65520 =8.17 эв.

faddy

Цитата: grim від 05 Жовтня 2016, 17:38:35

Добавлю, в CAM86 даже при gain равным 0 насыщение будет выше 38000.
В вашем случае
gain 14(maxVal=65520 при осв. сенсоре) stdDev = 14,1
шум чтения будет равен 14.1*38000/65520 =8.17 эв.

Спасибо за ответ!
gain=14 будет рабочим усилением для данной камеры, шум 8,17 эв. является очень хорошим результатом.
Как соберу камеру на АЦП и операционнике с али, выложу сравнительный тест.

Кстати в качестве осушителя, впервые применил сульфат магния безводный, в отличии от силикагеля, при нагреве компонентов платы и внутреннего объема камеры соответственно, он продолжает работать. Нагрев стабилизаторов на 3,3 и 5В начинал выпаривать влагу из силикагеля, что приводило к запотеванию сенсора, с сульфатом магния этого нет.
Камеру запитал от 8,5В, что соответствует напряжению элемента пельтье, что в свою очередь существенно уменьшило нагрев стабилизаторов.

grim

Цитата: faddy від 05 Жовтня 2016, 18:39:57

Цитата: grim від 05 Жовтня 2016, 17:38:35
Добавлю, в CAM86 даже при gain равным 0 насыщение будет выше 38000.
В вашем случае
gain 14(maxVal=65520 при осв. сенсоре) stdDev = 14,1
шум чтения будет равен 14.1*38000/65520 =8.17 эв.

Спасибо за ответ!
gain=14 будет рабочим усилением для данной камеры, шум 8,17 эв. является очень хорошим результатом.
Как соберу камеру на АЦП и операционнике с али, выложу сравнительный тест.

Кстати в качестве осушителя, впервые применил сульфат магния безводный, в отличии от силикагеля, при нагреве компонентов платы и внутреннего объема камеры соответственно, он продолжает работать. Нагрев стабилизаторов на 3,3 и 5В начинал выпаривать влагу из силикагеля, что приводило к запотеванию сенсора, с сульфатом магния этого нет.
Камеру запитал от 8,5В, что соответствует напряжению элемента пельтье, что в свою очередь существенно уменьшило нагрев стабилизаторов.

Сульфат магния не вытечет на плату при избытке влаги?

faddy

Цитата: grim від 05 Жовтня 2016, 20:04:22

Сульфат магния не вытечет на плату при избытке влаги?

В жидкую кашу превращается сульфат натрия, а этот останется порошком..
Кстати сульфат магния безводный, так-же как и силикагель, регенерируется(сушится) но при температуре 300гр. необходим медленный нагрев до этой температуры, а то закипит..

grim

понятно..

faddy

Потестировал охлаждение, погонял камеру в диапазоне от +26 до -20, падение уровня шума останавливается при температуре +5 достигая уровня 8эв.
Думаю охлаждать ниже 0гр. лишено всякого смысла, даже 0гр. избыточно, так, для ровной цифры..

bigol

Цитувати

падение уровня шума останавливается при температуре +5

Но ведь это имеется в виду шум считывания, а как же темновой ток?

faddy

Цитата: bigol від 06 Жовтня 2016, 09:14:51

Цитувати
падение уровня шума останавливается при температуре +5
Но ведь это имеется в виду шум считывания, а как же темновой ток?

Замерил уровень шума, при температуре матрицы 0гр.,на выдержках 30с., 60с., 200с. результат конечно впечатлил...

Шум на всех приведенных экспозициях составил 8эв.

п.с.; попробую выдержку 600с....

Ветер

Цитата: faddy від 06 Жовтня 2016, 10:20:34

Цитата: bigol від 06 Жовтня 2016, 09:14:51
Цитувати
падение уровня шума останавливается при температуре +5
Но ведь это имеется в виду шум считывания, а как же темновой ток?

Замерил уровень шума, при температуре матрицы 0гр.,на выдержках 30с., 60с., 200с. результат конечно впечатлил...
Шум на всех приведенных экспозициях составил 8эв.

п.с.; попробую выдержку 600с....

У сенсора действительно небольшой темновой ток. На моей Cam85 при -10С на биасе шум составляет 20.5 единиц АЦП (усиление 34), а на получасовом дарке - всего 22 единицы. Единственное - это горячие пиксели. Чем сильнее охлаждать, тем их меньше. С другой стороны - они убираются во время калибровки.

faddy

Снял дарк при температуре сенсора 0гр. и выдержке 600с. уровень шума - 10эв. количество горячих пикселей можете оценить по скриншоту дарка..
На мой взгляд, отличный результат..

faddy

Ошибочка вышла, в область замера шума попал горячий пиксель, передвинул его на "чистую" область, уровень шума на выдержке 600с. составил 8,7эв. !!!

faddy

Думаю для получения более правильного результата, нужна количественная оценка уровня шума.
Скажем сделать по 10-20 экспозиций на разных выдержках, результаты усреднить..
Займусь этим вечером..
Причина в том, что повторные экспозиции по 600с. дали результаты в 8,2 и 8эв. Нужно повторить эксперимент при хорошо затемненном сенсоре, наверное ночью..

Ниже скрин дарка на 600с. при настроенном gain (насыщение 65520) т.е. 14,231:65520*38000=8,2эв.

grim

Цитата: faddy від 06 Жовтня 2016, 10:20:34

Цитата: bigol від 06 Жовтня 2016, 09:14:51
Цитувати
падение уровня шума останавливается при температуре +5
Но ведь это имеется в виду шум считывания, а как же темновой ток?

Замерил уровень шума, при температуре матрицы 0гр.,на выдержках 30с., 60с., 200с. результат конечно впечатлил...
Шум на всех приведенных экспозициях составил 8эв.

п.с.; попробую выдержку 600с....

Шум накопления конечно будет увеличиваться с ростом выдержки. Для его уменьшения и требуется глубокое охлаждение, которое мало влияет на шум чтения. Но спасает то, что величина этого шума накопления у матриц Sony весьма и весьма невелика. Для адекватности значения шума накопления нужно брать всю область матрицы, включая и горячие пиксели.

faddy

Цитата: grim від 06 Жовтня 2016, 12:44:02

Цитата: faddy від 06 Жовтня 2016, 10:20:34
Цитата: bigol від 06 Жовтня 2016, 09:14:51
Цитувати
падение уровня шума останавливается при температуре +5
Но ведь это имеется в виду шум считывания, а как же темновой ток?

Замерил уровень шума, при температуре матрицы 0гр.,на выдержках 30с., 60с., 200с. результат конечно впечатлил...
Шум на всех приведенных экспозициях составил 8эв.

п.с.; попробую выдержку 600с....
Шум накопления конечно будет увеличиваться с ростом выдержки. Для его уменьшения и требуется глубокое охлаждение, которое мало влияет на шум чтения. Но спасает то, что величина этого шума накопления у матриц Sony весьма и весьма невелика. Для адекватности значения шума накопления нужно брать всю область матрицы, включая и горячие пиксели.

Вопрос лишь в том, какое охлаждение достаточно, для того чтобы нивелировать и без того низкий шум накопления сенсора, пока думаю что 0гр. но нужна полноценная проверка предварительно полученного результата.
По какой причине нужно захватывать горячие пиксели? Ведь они убираются калибровкой, да и количество битых пикселей(колонок) зависит от экземпляра сенсора и вносят очень большую погрешность измерений?

Еще вопрос, во многих(большинстве) мануалах по настройке gain и offset, найденных в интернете, выставлять нижнюю границу offset, рекомендуют на значение 500, с чем это связано? Чем грозит уменьшение этого показателя, скажем до 300?

vakula

Не рекомендовал бы ставить температуру холодильника в 0 градусов, лучше небольшой минус (-5, -10) - чтобы возможная влага наверняка замерзла на холодном пальце и не доставляла неудобств.

В сети видел рекомендации не уводить bias ниже 800-1000 отсчетов. Причина проста - нелинейность АЦП при граничных значениях сигнала.

M_M

Цитата: vakula від 06 Жовтня 2016, 14:52:47

Не рекомендовал бы ставить температуру холодильника в 0 градусов, лучше небольшой минус (-5, -10) - чтобы возможная влага наверняка замерзла на холодном пальце и не доставляла неудобств.

Для водяного пара, в отличие от воды, ноль градусов по Цельсию не имеет никаких особых свойств.
В приложенной картинке графики точки росы от текущей температуры для разной влажности воздуха.

Пример: При температуре воздуха +2° и влажности 40% точка росы примерно -10° (т.е. на охлажденном до -5° "пальце" ничего конденсироваться не будет).

vakula

да, с той же картинки, чтобы влага сконденсировалась на охлажденном до -5С холодном пальце при влажности 40% нужно чтобы температура воздуха внутри камеры была больше 8С.

faddy

Итак, работа по анализу шумов моего экземпляра камеры с АЦП и операционником с farnell завершена.
Что было сделано:
- отсняты серии кадров с затемненным сенсором при t-сенсора 0°С на экспозициях 0с., 60с., 300с, 600с.
- отсняты серии кадров с затемненным сенсором при t-сенсора -10°С на экспозициях 0с., 60с., 300с, 600с.
- получены усредненные данные, полученные из этих экспозиций в эв.
- данные переведены в графический вид

Рекомендация использовать область выделения всего кадра, привела к 10 кратному увеличению показателя шума, после удаления горячих пикселей(в MaximDL) данные полученные из области 50х50пикселей совпадали с данными, полученными со всего кадра. Принято решение брать данные с области 50х50.

На полученных графиках, наглядно видно, что для данного экземпляра камеры охлаждение ниже 0гр. избыточно.

п.с.: gain и offset настроены (maxVal=65520 при осв. сенсоре)

opifexonis

Всем привет!
Закончил и я с платой cam86. Сенсор не устанавливал, есть сомнения, и вопросы к автору.
Несколько фото платы, первый раз паял такую мелочь паяльником, за три дня справился.

Новини:

Автор Тема: Самодельная охлаждаемая ПЗС камера от grim (Прочитано 557188 раз)