CMOS vs CCD nelle immagini deep sky

Negli ultimi tempi sono usciti sensori CMOS piuttosto performanti rispetto a quelli di qualche anno fa.
L'applicazione principe è nelle riprese planetarie, dato che un sensore CMOS è nato soprattutto per fare pose brevi
e con velocità di scarico elevata, quindi adatti all'applicazione del lucky imaging.
Ultimamente però, c'è la tendenza ad applicare questa tecnica anche nel deep, e i CCD in questo caso sono nettamente
svantaggiati, perchè per loro costituzione richiedono tempi di scarico piuttosto lunghi, in ogni caso tali da impedire
l'applicazione di questa tecnica.
Mi Piacerebbe sentire il vostro parere su questo discorso, dato che sono molto ignorante per quanto riguarda questa tecnica.
Mauro Narduzzi ha pubblicato un articolo sull'ultimo numero di Coelum molto interessante che spiega bene le
caratteristiche e le differenze tra i due tipi di sensore, ma non ci sono dimostrazioni pratiche di lucky imaging
applicato al deep.

Il lucky imaging applicato al deep è lo stesso di quello applicato al planetario...solo che, piccolo particolare, per farlo occorrono dei diametri non proprio amatoriali...

Si Nick, anche se in Autostakkert sono state implementate delle funzioni di stacking proprio per il deep.
Per quanto riguarda i diametri, non sarei così sicuro.
Non so se si possono postare link ad altri forum, ho però trovato una discussione interessante proprio sull'argomento.
Il mio post nasce dal fatto che l'industria dei sensori sta puntando ormai sui CMOS, prova ne è che Sony ha dismesso
la produzione dei suoi CCD, per cui credo che sia necessario chiarirsi bene le idee perchè l'approccio nel deep è opposto
a quello che abbiamo oggi con i CCD.
La risoluzione ottenibile con i CMOS è senz'altro superiore, ma vorrei cercare di capire quali sono i pro e i contro delle due
tecniche di ripresa.
Questo ovviamente riferito ad LRGB, perchè (per ora), la QE nel NIR dei sensori CMOS è molto bassa, così come in Halfa.

La possibilità di fare il lucky imaging è fondamentalmente legata al rumore di lettura del sensore, e su questo punto i moderni CMOS sono e resterranno un bel passo avanti ai CCD (se non contiamo gli EMCCD che costano una fortuna). Oggi si trovano CMOS con 1e- di rumore, QE al 70% e pixel sopra i 6um, anche con una buona diagonale, e ovviamente con tempi di download dell'ordine delle decine di fps. Con un sensore del genere, fatti due conti, si scopre che, anche con un cielo di buona qualità o filtri a banda stretta, fare 600s di posa con un tipico CCD che utilizziamo nelle nostre camere o fare 300 pose da 2s o 600 da 1s con il CMOS di cui sopra, in termini di rapporto segnale rumore non fa grande differenza. Ovviamente con 1-2sec di posa spariscono tutti i problemi legati alla guida, alle flessioni e tutto il resto, mentre per il congelamento del seeing, anche con diametri sui 200mm, servono pose più brevi (ma a questo punto anche un campionamento adeguato)

Concordo pienamente Andrea, anche se per ora la vedo dura nel fare pose subsecondo sul deep.
In ogni caso, le premesse sono molto buone e sicuramente in breve tempo verrà rivoluzionato l'approccio all'imaging anche nel deep.
Ho visto i primi dati della QHY367C rilevati da Gianni Fardelli e sono impressionanti, addirittura il convertitore dovrebbe avere 16bit
per sfruttare appieno la dinamica reale del sensore.
Un sensore del genere, mono e con convertitore 16bit, già allo stato attuale sarebbe un CCD killer.

Devo dire la verità che non capisco tutta questa voglia di lucky imaging. Nel deep semplicemente non ha senso se non in casi particolari dove avete telescopi di almeno mezzo metro e state fotografando un soggetto luminoso. Ricordiamoci che il problema principale è la raccolta di fotoni, che per soggetti deepsky sono molto ma molto pochi al secondo. Anche avendo un sensore a rumore 0 dovreste comunque fare pose sufficienti per avere raccolto abbastanza fotoni. Gli amplificatori dei sensori poverini fanno il loro dovere, ma a scapito della dinamica della ripresa.
Insomma secondo me il lucky imaging sul deep, a livello amatoriale, è fallimentare in partenza.

Guarda Nicola, secondo me non è proprio così. Chiaro che l'approccio è completamente diverso rispetto all'imaging tradizionale con
camere CCD raffreddate, ma le potenzialità sono enormi.
A mio modestissimo parere, in un tempo non molto lungo i CMOS soppianteranno i CCD nell'imaging estetico, mentre i CCD la faranno
ancora da padrone nella fotografia scientifica.

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Questa è una ripresa fatta con un dobson 40cm f/5 e un CMOS nemmeno raffreddato. Il risultato è la somma di 3800 pose da 1 secondo.
Direi che il risultato è straordinario.

Piermario NGC7331 è luminosa ed è stata fatta con un 40cm che io non ritengo particolarmente amatoriale....

Beh, certo, è un esempio per dire che potenzialità ci sono, visto che la camera di ripresa ha un costo ridottissimo rispetto ad un CCD.
Ti posto un confronto della M57, ripresa con stessa strumentazione e stesso numero di pose (76x60") tra un CMOS e il Kaf8300.
La differenza di rumore è semplicemente impressionante, soprattutto tenendo conto che i CMOS per il deep sky sono in una fase iniziale, contrariamente ai sensori CCD che hanno ormai raggiunto una ottima maturità.

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il problema è che serve un pc bello spinto per elaborare 3000 e passa frame , il mio quad core si blocca

Si, chiaro Cristiano, dipende molto comunque dalle dimensioni del sensore.
La NGC7331 è stata ripresa con una Point Grey Blackfly con sensore Sony IMX249 da 2,3 Mpx.
Con questa, le problematiche sono più o meno quelle delle riprese planetarie.
Ovvio che con sensori da 16-20 Mpx i problemi ci sono senz'altro, ma a me interessa capire le potenzialità di queste nuove camere applicate al deep, visto che processori, MoBo e RAM hanno avuto sviluppi vertiginosi in tempi relativamente brevi e probabilmente nel giro
di un quinquennio potremmo avere computer in grado di trattare un numero così elevato di immagini senza problemi.

Nicola, tempo fa mi ero fatto i conti insieme ad un ricercatore dell'INAF con cui collaboro e che sta applicando da qualche tempo il lucky imaging per ricerca di esopianeti con telescopi molto grandi, in cui ci sono problemi diversi di ricostruzione dell'immagine pur congelando il seeing a 1000 frame al secondo.
Abbiamo fatto un foglio excel per vedere come si comporta un CMOS con pixel da 6.5um, 70% QE e 2e- di rumore, rispetto ad una delle nostre camere AST8300, che montano il KAF8300 e hanno 6.5e- di rumore. Ovviamente io penso all'amatoriale, quindi abbiamo considerato un telescopio da 200mm f/4, un seeing di 2", un fondo cielo di mag 21 e un oggetto debole di mag 19: il risultato sembra essere che il rapporto segnale rumore di una singola posa di 256s col KAF8300 è 12.2, mentre se fai 256 pose da 1s col CMOS hai 13.2. Nella stessa situazione, ovvero 256 pose da 1s, il KAF darebbe come rapporto segnale rumore un mediocre 2.9, il che rende chiaro perchè non si fa lucky imaging con i sensori CCD amatoriali. Ovviamente questo deriva anche dalla differenza di dimensione del pixel e di QE, però è indicativo credo del fatto che la tecnica è molto promettente, anche perchè in questo conto non consideriamo gli errori di guida, che spargono inevitabilmente il segnale su parecchi pixel, cosa che non succede con pose da 1s.
Detto tutto ciò, una bella prova sul campo, stesso oggetto stesso telescopio, chiarirebbe la questione una volta per tutte

Io credo vi stiate facendo fuorviare dal rapporto segnale/rumore. Perché banalmente, se di segnale ne ho poco ma ho tantissimi frame anche col CCD ho un elevato segnale/rumore, ma il segnale è inesistente con pose di pochi secondi.
Ripeto, i fotoni non si inventano, questa tecnica può andare bene solo per telescopi di grandi dimensioni: potete darmi anche un sensore con QE100% e 0 e- ma se faccio una posa di un secondo con un 80mm non è che ci posso ballare la mazurka

Ahahahahah, no certo, con una posa da 1 secondo non ce la balli la mazurka, ma con 0e- di rumore e un po' di pazienza, a suon di pose da 1 secondo ci balli anche il tango argentino!

Andrea Ricciardi ha scritto:Ahahahahah, no certo, con una posa da 1 secondo non ce la balli la mazurka, ma con 0e- di rumore e un po' di pazienza, a suon di pose da 1 secondo ci balli anche il tango argentino!

Ok, allora vuol dire che per ballare insieme dovremo aspettare un pò di tempo

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vediamo se ballo , a quale magnitudine sono arrivato?

Ciao, qualche dato in più? Se poi ci facessi anche la posa singola equivalente sarebbe perfetto per fare un bel confronto!

ecco un singolo scatto da 555 ms , ne ho sommati 500, sono meno di 5 minuti globali[Devi essere iscritto e connesso per vedere questa immagine]

la camera è una Altair Astro hypercam imx 174 , il telscopio è un ex dobson goto, ora dobson equatoriale

Il readout noise di questi CMOS dipende tantissimo dal gain, passi da 6e- a meno di 2 man mano che lo aumenti: a che gain l'hai fatte? Scusami, non mi sono spiegato bene, con posa equivalente intendevo una singola posa da 250 secondi, così si capisce quanto rapporto segnale rumore perdi spezzettando in pose cortissime rispetto a fare una posa singola della stessa lunghezza
Ciao

per ora non posso fare pose lunghe , ho messo il dobson in equatoriale ma sono senza guida, ci sto lvorando

Ok. Comunque bella l'immagine! La risoluzione sembra molto alta al centro

Grazie , ma per sapere la magnitudine delle stelle come faccio ? Non trovo una mappa che le riporta .