Calibración de imágenes con cámaras CMOS refrigeradas

[Eduardo]

Hola, compañeros,
Poseo una cámara refrigerada con sensor CMOS, la QHY163C, similar a la ZWO ASI1600 y la ATIK Horizon (mismo sensor las tres), y he estado investigando un poco acerca de como hacer la mejor calibración con darks, flats, bias y dark flats con este tipo de cámaras. Dado que lo que he ido leyendo resulta nuevo para mi, lo comparto aquí por si puede ser de ayuda para estas o similares cámaras.

Lo primero en lo que parece haber consenso es que los darks no deben ser reescalados para calibrar los lights. Esto significa en particular que en Pixinsight no debemos utilizar la opción OPTIMIZE, y que los darks deben coincidir exactamente en temperatura, gain, offset y tiempo de exposición. Al parecer esto se debe al "amp glow" o brillo de amplificación, al que son propensas estas cámaras, y que no escala bien. Generar un master dark con darks que se ajusten bien a los parámetros de nuestras exposiciones y aplicarlo a los ligts.

Y respecto del brillo de amplificación, la manera de eliminarlo de los lights es precisamente restarle un master dark obtenido con darks no reescalados, que coincidan exactamente con los datos de los light.

Al actuar de esta forma resulta innecesario el uso de bias para calibrar ligts o darks. No utilizar bias para calibrar Darks o Lights. Preparar un master dark sin bias y aplicarlo en la calibración de los lights sin emplear bias. la razón es que los darks ya contienen el bias.

Utilizar los bias solo para calibrar los flats (o como alternativa utilizar dark flats, pero parece más cómodo utilizar bias). Preparar un master superbias en Pixinsight y asignarlo en el calibrado de los flats. Calibrar los flats solo con el master superbias y apilarlos para generar un master flat, sin utilizar en tal caso dark flats. Los bias deben estar obtenidos con el mismo gain y offset que los flats, y parece que la influencia de la temperatura es pequeña, pero no irrelevante.

Otro punto interesante, es que al obtener los bias no debemos utilizar las exposiciones mas cortas que dé la cámara (lo que correspondería a poner el tiempo de exposición a cero). En el caso de los modelos de cámaras que comento, no debemos utilizar exposiciones por debajo de 0.2s. Al parecer, la falta de obturador mecánico de estas cámaras genera inconsistencia en las exposiciones muy cortas. De hecho el manual de la QHY163 habla de bandas negras que pueden aparecer con exposiciones con tiempos inferiores incluso a 0.3s.

Como referencia podéis consultar este enlace: [https://www.cloudynights.com/topic/603239-pixinsight-and-dark-flats-with-qhy163m/] entre otros similares.

Y finalmente, tened en cuenta que estas recomendaciones son específicas para estas nuevas cámaras CMOS refrigeradas que van apareciendo en el mercado, y no aplicarían tal cual a sensores CCD.

Espero que estas notas puedan ser de alguna utilidad.

Buenos cielos!

[Alcarreño]

Gracias por la info Eduardo¡¡¡

[Ferran_Bosch]

Yo creo que los bias son necesarios para contrarrestar el ruido de lectura

[Leopeiro]

Buena explicación Eduardo... y en mi caso muy oportuna.
Yo siempre pensé como Ferran y de hecho, llevo días trabajando con la CMOS refrigerada QHY 168c y no entendia nada, porque cuando calibraba las imágenes me quedaban peor que antes de calibrar y al final sólo apilaba los ligth.
Ahora, siguiendo lo que tu comentas los resultados son 1000 veces mejor... AHORA SI
Estas nuevas cámaras son raras de co... entre otras cosas, a más ganancia menos ruido ¿como es eso?

GRACIAS EDUARDO

[Eduardo]

Gracias, Leo, gracias a todos por vuestros comentarios.

Y, eso que comentas de por que a mas ganancia menos ruido, en realidad es solo una aparente paradoja, porque hay que plantearse de que ruido estamos hablando. De los (al menos) tres tipos principales de ruido de los que podemos hablar: ruido de disparo, ruido de corriente oscura, y ruido de lectura, el que disminuye con la ganancia es este último. A mayor ganancia, menor ruido de lectura. Trataré de justificarlo a continuación:

En primer lugar, ¿como expresamos matemáticamente la ganancia G?: en términos generales es un cociente entre el valor de una señal de salida y la señal de entrada. Aplicado a las cámaras digitales, si por ejemplo 18 electrones se convierten en 36 unidades digitales (ADUs) diremos que G = 2. Como inciso, y para evitar confusión, aclaremos que los fabricantes de cámaras suelen expresar la ganancia como electrones/ADU, es decir, cuantos electrones cuesta producir un ADU. En nuestro ejemplo este valor sería 0.5 e-/ADU. Dicho de otra forma, la ganancia expresada en e-/ADU es técnicamente una ganancia inversa.

Y, volviendo al ruido de lectura R, este tiene dos componentes: por un lado un ruido R0 de electrones generados por la electrónica situada antes del amplificador de la señal, y que por tanto, al transformarse en ADUs se verá afectado por la ganancia G, y por otro lado un ruido R1, generado después de la amplificación, el cual será independiente de la ganancia, ya que su valor ya se cuenta como ADUs. Si medimos el ruido de lectura R en unidades digitales (ADU), este ruido será la suma de ambas componentes. Matemáticamente los ruidos se suman cuadráticamente (no me extiendo en este punto), es decir, tomando la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados (igualico que el teorema de Pitágoras), por lo que:

R en ADU = Raíz[ (G* R0)² + R1²]

Sin embargo, el ruido nos conviene expresarlo en electrones por unidad de tiempo en el sensor, para poderlo comparar con los otros tipos de ruido, y utilizarlo en el cálculo de la relación señal ruido. Para pasar de ADUs a electrones debemos dividir por G (en nuestro ejemplo, 18 = 36 / 2):

R en electrones = 1/G * Raíz[ (G* R0)² + R1²] = Raiz[ R0² + (R1/G)²]

Y, claramente se ve que, al estar G en el divisor, cuanto mayor es el valor de G, el ruido, expresado en electrones generados por unidad de tiempo, que es el que cuenta para introducirlo en el cómputo de la relación señal/ruido, será menor.

Bueno, igual me he marcado un rollo excesivo. Pero no tengo otra forma de explicarlo.

Buenos cielos!

[Ferran_Bosch]

Bueno, igual me he marcado un rollo excesivo. Pero no tengo otra forma de explicarlo.

Buenos cielos!

Siempre se agradecen este tipo de explicaciones tan graficas, creo que a todos los aficionados a este tema nos apasionan.

Gracias!!