Caméra CMOS Moravian Instruments C1-3000A avec capteur Sony IMX265

Les caméras de la série C1 dotées de capteurs CMOS à obturateur global ont été conçues pour être des imageurs petits et légers pour la Lune et les planètes et pour le guidage automatique des télescopes. Avec un calibrage d'image approprié, les caméras C1 fournissent des résultats étonnamment bons également dans l'imagerie du ciel profond d'entrée de gamme. La réponse des capteurs CMOS utilisés à la lumière est linéaire jusqu'à un point très proche de la saturation, de sorte que les caméras C1 peuvent également être utilisées pour des applications scientifiques telles que la recherche sur les étoiles variables.

Les modèles de caméras C1 sont équipés de détecteurs CMOS à obturateur global Sony IMX avec des pixels carrés de 3,45 × 3,45 μm. Les modèles individuels diffèrent uniquement par la résolution.

Tous les capteurs utilisés utilisent un obturateur électronique global. Cela signifie que chaque pixel de l'image est exposé en même temps, contrairement aux capteurs à obturateur roulant, qui exposent des lignes individuelles les unes après les autres. Il n'y a aucune différence pour les expositions longues d'objets statiques, mais l'imagerie d'objets en mouvement avec un temps d'exposition court à l'aide d'un obturateur roulant entraîne des distorsions de la forme de l'image.

Deux gammes de caméras C1 sont disponibles en fonction de la plage dynamique disponible (profondeur de bits des pixels numérisés) :

Caméras C1 avec capteurs Sony IMX prenant en charge la numérisation 8 et 12 bits. Étant donné que chaque pixel de 12 bits occupe deux octets lorsqu'il est transféré vers le PC hôte, le temps de téléchargement d'une image de 12 bits est plus long que celui d'une image de 8 bits. Le FPS maximal en mode 8 bits est alors nettement plus élevé.
Caméras C1 avec capteurs Sony IMX prenant en charge la numérisation 12 bits uniquement. Comme le mode de lecture 12 bits est toujours utilisé pour les applications à longue exposition (photographie astronomique, recherche scientifique), le temps de téléchargement théorique inférieur en mode 8 bits n'apporte aucune limitation pour les scénarios du monde réel. Tous les autres paramètres étant identiques (taille du capteur, résolution, taille des pixels, bruit,…), le prix inférieur de ces caméras peut alors être très attractif.

Modèles de caméras C1 avec numérisation 8 et 12 bits :

Modèle	Capteur CMOS	Résolution	Taille des pixels	Zone d'image
C1-1500	IMX273	1456 × 1088 pixels	3,45 × 3,45 µm	5,02 × 3,75 mm
C1-3000	IMX252	2064 × 1544 pixels	3,45 × 3,45 µm	7,12 × 5,33 mm
C1-5000	IMX250	2464 × 2056 pixels	3,45 × 3,45 µm	8,50 × 7,09 mm
C1-12000	IMX253	4112 × 3008 pixels	3,45 × 3,45 µm	14,19 × 10,38 mm

Modèles de caméras C1 avec numérisation 12 bits uniquement :

Modèle	Capteur CMOS	Résolution	Taille des pixels	Zone d'image
C1-3000A	IMX265	2064 × 1544 pixels	3,45 × 3,45 µm	7,12 × 5,33 mm
C1-5000A	IMX264	2464 × 2056 pixels	3,45 × 3,45 µm	8,50 × 7,09 mm
C1-12000A	IMX304	4112 × 3008 pixels	3,45 × 3,45 µm	14,19 × 10,38 mm

Appareil photo électronique

Le rôle principal de l'électronique de la caméra CMOS, outre l'initialisation du capteur et certaines fonctions auxiliaires, est de transférer les données du détecteur CMOS vers le PC hôte pour le stockage et le traitement. Ainsi, contrairement aux caméras CCD, la conception des caméras CMOS ne peut pas influencer un certain nombre de fonctionnalités importantes de la caméra, comme la plage dynamique (profondeur de bits des pixels numérisés).

Linéarité du capteur

Les capteurs utilisés dans les caméras C1 présentent une très bonne linéarité en réponse à la lumière. Cela signifie que la caméra peut également être utilisée pour des projets de recherche d'entrée de gamme, comme par exemple la photométrie ou les étoiles variables plus brillantes, etc.

Réponse C1-3000 (IMX252) à la lumière

Vitesse de téléchargement

Comme déjà indiqué, il existe deux gammes de caméras de la série C1, qui diffèrent par le capteur utilisé. La première série propose quatre modes de lecture différents :

Mode lent 8 bits avec une vitesse de numérisation d'environ 132 MPx/s
Mode lent 12 bits avec une vitesse de numérisation d'environ 72 MPx/s
Mode rapide 8 bits avec une vitesse de numérisation d'environ 263 MPx/s
Mode rapide 12 bits avec une vitesse de numérisation d'environ 132 MPx/s

Remarque:

La variante lente des deux modes de lecture peut être utilisée pour réduire légèrement la quantité de chaleur générée par le capteur, car l'interface de communication fonctionne à moitié vitesse par rapport au mode rapide. De plus, lorsque l'appareil photo est connecté via l'interface USB 2.0, le mode de lecture rapide fournit des données à une vitesse supérieure à celle que l'USB 2.0 peut gérer et provoque ainsi davantage d'interruptions du processus de numérisation de l'image.

La version « A » des caméras C1 n'offre qu'un seul mode de lecture :

Mode rapide 12 bits avec une vitesse de numérisation d'environ 132 MPx/s

Les vitesses de numérisation mentionnées ci-dessus sont valables pour une connexion USB 3.0. Veuillez également noter que les vitesses de numérisation ne conduisent pas nécessairement aux FPS correspondants, car chaque image téléchargée doit être traitée et affichée, ce qui prend également du temps. Ce temps est négligeable si la caméra à balayage lent a besoin de plusieurs secondes pour le téléchargement de l'image, mais dans le cas des caméras CMOS rapides, le temps de traitement de l'image sur le PC (par exemple, calcul de l'écart type de l'image, etc.) peut être plus long que le téléchargement de l'image lui-même. .

Remarque:

Bien qu'un octet par pixel soit transféré de la caméra au PC en mode de lecture 8 bits, de nombreux logiciels de traitement astronomique fonctionnent uniquement avec des images 16 bits ou 32 bits (par exemple SIPS). Ainsi, les images occupent le même espace dans la mémoire de l’ordinateur quel que soit le mode de lecture.

De plus, le format standard pour le stockage d’images en astronomie est FITS. Bien que ce format prenne en charge 8 bits par pixel, cette variante est plutôt inhabituelle et des pixels entiers de 16 ou 32 bits ou des pixels à virgule flottante de 32 bits sont généralement stockés dans des fichiers disque pour obtenir une compatibilité aussi large que possible.

Gain de la caméra

Les capteurs utilisés dans les caméras C1 offrent un gain programmable de 0 à 24 dB, ce qui se traduit par une multiplication du signal de sortie de 1× à 15,9×. Le gain peut être réglé par pas de 0,1 dB.

Remarque:

Notez que le micrologiciel de la caméra C1 ne prend en charge que le gain analogique, ce qui signifie une véritable amplification du signal avant sa numérisation. Les capteurs utilisés prennent également en charge le contrôle numérique du gain, qui n'est qu'une opération numérique, n'apportant aucun réel avantage à la caméra astronomique. Une telle opération peut être effectuée ultérieurement pendant le traitement de l'image, si cela est souhaité.

Facteurs de conversion et bruit de lecture

Généralement, de nombreuses caractéristiques des capteurs dépendent du gain utilisé. Par conséquent, nous proposons deux listes de paramètres pour le gain minimal et maximal.

Résolution de numérisation	12 bits	12 bits	8 bits	8 bits
Gain du capteur	0 dB	24 dB	0 dB	24 dB
Pleine capacité du puits	11000 e ^-	1100 e ^-	2600 e ^-	1100 e ^-
Facteur de conversion	2.8 ^e- /ADU	0,3 e ^- /ADU	10.0 e ^- /ADU	4.4 ^e- /ADU
Lire le bruit	^2.2e- RMS	2.0e ^- RMS	^4.2e- RMS	9,7e ^- RMS

Remarque:

Veuillez noter que les valeurs indiquées ci-dessus ne sont pas publiées par le fabricant du capteur, mais déterminées à partir des images acquises à l'aide du progiciel SIPS. Les résultats peuvent légèrement varier en fonction du test, du capteur particulier et d'autres facteurs (par exemple température du capteur, conditions d'éclairage du capteur, etc.), mais également du logiciel utilisé pour déterminer ces valeurs, car la méthode est basée sur une analyse statistique du capteur. réponse à la lumière.

Contrôle de l'exposition

Les appareils photo C1 sont capables de réaliser des expositions très courtes. Le temps d'exposition le plus court est de 125 μs (1/8000 de seconde). C'est également l'étape par laquelle le temps d'exposition est exprimé. Ainsi, la deuxième exposition la plus courte est de 250 μs, etc.

La durée d'exposition longue est contrôlée par le PC hôte et il n'y a pas de limite supérieure sur la durée d'exposition. En réalité les poses les plus longues sont limitées par la saturation du capteur soit par la lumière entrante, soit par le courant d'obscurité (voir le sous-chapitre suivant).

Refroidissement du capteur

Le courant d’obscurité est une caractéristique inhérente à tous les circuits en silicone. On l'appelle « sombre », car il est généré indépendamment du fait que le capteur soit exposé ou non à la lumière. Le courant sombre, injecté dans des pixels individuels, apparaît dans l'image sous forme de bruit. Plus l'exposition est longue, plus la quantité de bruit présente dans chaque image est grande. Comme il est généré par le mouvement aléatoire des particules, il dépend de la température de façon exponentielle (c'est pourquoi le bruit généré par le courant d'obscurité est également appelé « bruit thermique »). Généralement, une diminution de la température du capteur de 6 ou 7 °C réduit de moitié le courant d'obscurité.

Bien que les caméras C1 ne soient pas équipées d'un refroidissement thermoélectrique actif (Peltier), elles sont néanmoins équipées d'un petit ventilateur qui échange l'air à l'intérieur du boîtier de la caméra. De plus, un petit dissipateur thermique est situé directement sur le capteur (à l'exception du modèle C1-1500, dont le capteur est trop petit pour un dissipateur thermique) afin d'évacuer un maximum de chaleur. Ainsi, le capteur C1 ne peut pas être refroidi en dessous de la température ambiante, mais sa température est maintenue aussi proche que possible de l'environnement. Par rapport aux modèles fermés, la température du capteur dans la caméra C1 peut être inférieure de 10 °C et le courant d'obscurité qui en résulte peut être inférieur de moitié.

Dans la boite

Les composants du système de caméra C1 comprennent :

Tête de caméra C1 avec adaptateur de monture CS
Tête de caméra C1 avec filetage en T combiné (M42 × 0,75) et adaptateur de monture CS
Adaptateur de montage C/CS vers canon de 1,25 pouces
Variante courte (10 mm) de l'adaptateur à monture C/CS vers un canon de 1,25", destinée à être utilisée avec OAG
Adaptateur de guidage hors axe (OAG) pour grande caméra refroidie (C2/C3/C4 ou G2/G3/G4)
Tube d'extension avec filetage M48 × 0,75 et distance focale arrière de 55 mm
Tube d'extension avec filetage M42 × 0,75 et distance focale arrière de 55 mm (adaptateur à filetage en T standard)
Adaptateur pour objectif à baïonnette Canon EOS
Adaptateur pour objectif à baïonnette Nikon

Adaptateurs télescope/objectif

Les caméras C1 sont fournies avec deux types d'adaptateurs télescope/objectif :

Adaptateur avec filetage 1/32 UN et distance focale arrière de 12,5 mm (monture CS).
Adaptateur avec filetage M42 × 0,75 (filetage en T) et distance focale arrière de 18,5 mm. Cet adaptateur contient également un filetage intérieur 1/32 UN avec BFD 12,5 mm (montage CS).

Un adaptateur cylindrique C vers 1,25", compatible avec les oculaires standard de 1,25", est inclus dans l'emballage de l'appareil photo. Ainsi, la caméra C1 peut être facilement montée dans pratiquement tous les télescopes astronomiques au lieu d'un oculaire.

L'interface à monture en T (également connue sous le nom d'adaptateur à filetage en T) est définie par les dimensions du filetage M42 × 0,75 ainsi que par la distance focale arrière de 55 mm. L'adaptateur à filetage en T pour caméras C1 ne respecte pas le deuxième paramètre, son BFD n'est que de 18,5 mm. Le BFD de 55 mm n'est pas requis dans toutes les applications et conserver un BFD relativement grand rendrait l'adaptateur assez encombrant.

Néanmoins, un tube d'extension avec filetage mâle M42 × 0,75 est disponible. Ce tube d'extension convertit la caméra C1 BFD en 55 mm, requis par de nombreux réducteurs de focale, aplatisseurs de champ, correcteurs de coma et autres éléments optiques.

Il existe deux variantes de tubes d'extension BFD de 55 mm disponibles :