Migrando de DSLR para astrocameras dedicadas

Posted by jsmoraes on Abr 07, 2018; 2:16pm
URL: http://jsmastronomy.245.s1.nabble.com/Migrando-de-DSLR-para-astrocameras-dedicadas-tp1709.html

Este texto é baseado no documento de Alessio Beltrane , www.alessiobeltrame.com , abordando um review da câmera QHY163M.

É um texto amplo, com muita informação sobre diversas características da câmera. Mas possui algumas dicas interessantes para quem está saindo do ambiente DSLR e iniciando no mundo das astrocameras.

Fiz um resumo livre, com observações e notas pessoais, somente dos parágrafos e assuntos que fazem uma comparação entre as DSLRs e as câmeras astronômicas dedicadas. Pois considero que isto ajudaria na nova ambientalização.

UMA PERSPECTIVA DIFERENTE

Se você iniciou astrofotografia com um DSLR, você fica tentado a mover-se para uma câmera dedicada à astronomia para melhorar a sensibilidade nas bandas estreitas (Halfa, SII, OIII e etc). Mas quando você deixa sua DSLR para uma nova câmera dedicada, você também está deixando uma zona confortável.
 
Como você lidará com as proezas das coisas nomeadas como ganho e offset ? Como elas se relacionam com o que você usava como ISO, tempo de exposição ?

O ganho de uma câmera CMOS e ISO de uma DSLR são expressões para  a amplificação do sinal elétrico do sensor. Entretanto Ganho e ISO afetam a amplificação de forma diferente.

Quando você usa uma DSLR, você sabe que pode dobrar o tempo de exposição se reduzir a ISO pela metade e vice versa. Portanto 10 segundo em ISSO 800 é a mesma coisa do que 5 segundos em ISSO 1600. Modifica somente a quantidade final dos ruídos e a Dynamic Range, que descrevo mais abaixo.
Mas o ganho com uma câmera dedicada trabalha de forma diferente e para dobrar o tempo de exposição você tem que diminuir o ganho em 60.

TABELA COMPARATIVA ENTRE ISSO E GANHO PARA CAMERA QHY163M

ISO	Ganho
200	60
400	120
800	180
1600	240
3200	300
6400	360
etc	etc

Controles e ajustes básico de um astro-camera:

• GANHO:  amplifica o sinal elétrico do sensor, ou podemos dizer razão entre elétrons e ADUs (Analógico Digital Unit).
nota:  Uniidade Analógica Digtal se refere a conversão de um sinal analógico proveniente do sensor da câmera em informação binária digital. É a transformação da informação analógica em informação digital e pode ter a precisão de 8 bits, 10 bits, 12 bits, 16 bits e etc.
Assim quando a conversão é feita em 8 bits, o sinal analógico poderá corresponder em até 256 diferentes valores. Em 16 bits, a mesma conversão permite que o sinal analógico tenha 65.536 diferentes valores.

• Offset:  é um valor constante adicionado ao valor lido de cada pixel objetivando evitar o clipping (recorte) para o valor zero. Isto permite que ruídos não eliminem informações fracas por transforma-las em valor zero.
nota: ruídos são sinais aleatórios que podem se somar ou subtrair aos sinais verdadeiros. No caso de subtração, o sinal verdadeiro fraco, de pouca intensidade, poderia ser levado ao valor zero (preto absoluto).  
Por exemplo: se o sinal verdadeiro tem valor de 1 até 10, aplicando um offset de 6 teremos o sinal variando de 6 até 16. Havendo ruídos com valores de +2 e -2, com o offset aplicado nosso sinal estaria variando entre 8 até 18 ou entre 4 até 14.
Sem o offset: sinal real entre 1 e 10, o sinal estaria variando entre 3 até 13 e -1 até 8. Como -1 não é valor válido, o sinal estaria entre 0 e 8. Portanto o sinal verdadeiro com valor total de 9 (1 até 10) passaria a ter valor total de 8 (0 até 8), evidenciando perda de informações.

• USB traffic:  tráfico na interface USB. Ajuste da taxa de transmissão na interface USB. Permite que não haja congestionamento ou atropelamento de dados transferidos. Depende do hardware de cada computador e de como a performance dele está sendo afetada pelos processamentos internos.
nota: menor valor implica em uma redução no uso da interface e reduz a quantidade de dados transferidos, geralmente visto como redução de frames por segundo. Maior valor implica em aumento no uso da interface aumentando a quantidade de dados transferidos, geralmente visto com aumento de frames por segundo. Entretanto se estiver acima da capacidade de processamento do computador naquele momento, haverá perda de frames (dropped frames), ou sobreposição de dados de dois ou mais frames em um único frame, visto como imagem colcha de retalhos.

Dynamic Range : razão entre o máximo de sinal e ruído de fundo
DR é muito importante para que sinais fracos sejam vistos, e tanto em DSLR como em astrocameras têm maior valor quando em menor ganho ou ISO. Entretanto para que o sinal fraco seja evidenciado implica em maior tempo total de captura ou em tempo maior de exposição para que a informação (fótons) sensibilizem o sensor.
nota: Ruídos em câmeras são muito complexos e possuem várias origens: no ato da leitura do sensor, térmico, do amplificador e etc etc. Mas na prática é muito evidente que quanto maior ISO (ou ganho na astrocamera) maior será o nível de ruído geral. E este ruído acaba por aniquilar as áreas fracas de uma imagem, impedindo até uma boa recuperação com processamento gráfico.

Tabela ganho e DR para QHY163M

Ganho	Dynamic Range (stops)
0	12.5
120	11.6
174	11
300	9.1

Nota:  sugerem que a DR deve ter valor mínimo de 11 stops. Entretanto o autor do documento original diz que o valor 9 é muito bom DR.

Não há uma tabela confiável e eficiente para determinar qual o ganho e tempo de exposição ideal. Pois também depende da poluição luminosa, tipo de objeto, e condições atmosféricas.

Sobre Histogramas:

Tanto para DSLR quanto para astrocamera a melhor forma de sabermos se configuramos os melhores valores para ganho, offset e tempo de exposição está na análise do histograma.

O eixo de y representa a quantidade de pixeis com um determinado valor expresso pelo eixo de x.

O gráfico não corresponde ao que é visto na imagem, mas sim à informação técnica da quantidade e seus valores dos pixeis em geral.

Portanto, ajuste de offset serve para que o gráfico não fique colado na esquerda, onde os valores de intensidade é igual a 0. Sugerem que este início de gráfico esteja distante da margem esquerda por volta de 5% à 10% da total área do gráfico.

Ganho e exposição devem ser ajustados para que não haja muitos pixeis colado na margem direita do gráfico, onde o valor é referente ao máximo de intensidade. Certamente que sempre haverá pixeis com este valor, mas observe no eixo y a quantidade destes pixeis.

Em fotos de DSO o gráfico mostrará uma quantidade muito grande na parte esquerda, justamente referente à área negra da foto (fundo do céu). E a inclinação incial deve ser abrupta, indicando que na foto há pouco brilho de fundo.

Quanto menor ganho, melhor será o Dynamic Range.  Maior tempo de exposição também reduz alguns tipos de ruídos.

E o objetivo é preencher toda a área do gráfico da esquerda até a direita, atentando para não haver colagem na esquerda e na direita.

A conhecida saturação de áreas da imagem, sejam estrelas ou nebulosas, estarão representadas pela quantidade de pixeis quando valor maximo em eixo x. Sempre haverá alguns pixeis aqui, mas devem ser o menor possível.

Muitas vezes para realçar áreas muito tênues de uma nebulosa é impossível ter esta pequena quantidade de pixeis. A nebulosa de Orion M42 é um grande exemplo: para a vermos em toda sua extensão, seu centro sempre estará saturado.

Nota: quanto maior tempo total de exposição, melhor será a qualidade da foto após seu empilhamento. Quanto maior a quantidade de frames maior será a quantidade de alguns tipos de ruídos. Portanto para uma regra geral de intenção, mas não verdade absoluta,  podemos dizer que frames de longa exposição seriam melhor que muitos frames de pouca exposição para uma astrocamera com refrigeração.

Exemplo de Histogramas de área de superfície (não DSO):

Histograma com bom ganho e exposição e com pouco offset. Feito com ASI120MC e APT Tools.


Note que temos pouca quantidade de pixeis com valor 100% em eixo X. Há uma boa distribuição dos pixeis ao longo do eixo X. O que faz a imagem ter uma aparência equilibrada no seu brilho e contraste.Mas não há presença de offset, o que favorece ruídos de fundo e perda de detalhes com fraca informação.

Histograma com alto ganho e/ou exposição, excessivo ajuste de gama (escurecimento da imagem) e bom offset. Feito com câmera ASI120MC e Sharpcap 2.9


Note que temos muitos pixeis com valor 100% em eixo X, algumas áreas estariam saturadas. A maioria dos pixeis estão com niveis baixos em eixo X. Em geral a maioria dos pixeis estão com menos de 50% de intensidade. O que faz a imagem um pouco escura e perda de detalhes. O  offset está menor que 5%, mas eu diria que está satisfatório.