Różnica w Bin między ZWO a QHY oraz zasada programowego łączenia pikseli

W poprzednim artykule omówiłem praktyczne wykonanie programowego łączenia pikseli (Bin); ten wchodzi głębiej w zasady: dlaczego kamery dwóch producentów, ZWO i QHY, zachowują się przy Bin inaczej oraz dlaczego „robienie Bin na komputerze” rzadziej prowadzi do utraty danych niż „robienie Bin w kamerze”.

ZWO i QHY mają różne domyślne ustawienia Bin

Weźmy jako przykład kamery ZWO 6200mm i QHY600M: obie w rzeczywistości używają tej samej matrycy Sony IMX455 BSI, ale ich domyślne zachowanie przy Bin nie jest takie samo:

1. Łączenie pikseli w kamerach ZWO polega wyłącznie na „uśrednianiu pikseli”. Możesz sfotografować ten sam, równomiernie oświetlony panel do klatek flat i przekonasz się, że jasność przed Bin i po Bin jest mniej więcej taka sama — to właśnie znak rozpoznawczy uśredniania.
2. Łączenie pikseli w kamerach QHY jest natomiast domyślnie „sumowaniem pikseli” (podobnie jak w tradycyjnych matrycach CCD), choć oczywiście można je przełączyć na uśrednianie.

Warto zwrócić uwagę: jeśli w QHY ustawisz sumowanie, wartości mogą przekroczyć 16 bitów; wtedy trzeba dostosować polecenie odczytu i włączyć transmisję 32-bitową, żeby dało się wysłać kompletne dane. Poza tym podejście ZWO sprawdza się zarówno w kamerach monochromatycznych, jak i kolorowych, natomiast sumujący Bin w QHY działa tylko w kamerach monochromatycznych.

Dlaczego kwestia stosowania Bin w CMOS rządzi się inną logiką niż w CCD

W kamerach CMOS ustawianie Bin w programie lub w oprogramowaniu układowym (firmware) w momencie fotografowania ma głównie na celu zmniejszenie rozmiaru pliku albo podniesienie liczby klatek na sekundę. Trzeba jednak zwrócić uwagę na zachowanie szumu odczytu:

• CMOS: po Bin szum odczytu podwaja się;
• CCD: po Bin szum odczytu wręcz przeciwnie — spada.

To jest zasadnicza różnica między CMOS a CCD w kwestii Bin i zarazem powód, dla którego w erze CMOS zachęta do „robienia Bin po stronie kamery” nie jest tak silna jak przy CCD. Łączenie pikseli w CMOS w istocie lepiej nadaje się do wykonania później, podczas obróbki końcowej, w programie — z lepszym efektem.

Zalety i wady robienia Bin w programie na komputerze

Przeniesienie Bin do programu na komputerze ma kilka konkretnych zalet:

1. Tak samo poprawia stosunek sygnału do szumu, ale obliczenia są bardziej elastyczne

Programowy Bin również daje 2-krotną poprawę SNR, a wydajność obliczeniowa komputera jest lepsza i można wybierać spośród większej liczby algorytmów.

2. Nie odrzuca żadnych danych

To jest sedno sprawy. Tak zwane uśrednianie w zapisie binarnym wcale nie polega na „dodaniu i podzieleniu przez 4” (na przykładzie Bin 2). Dodanie czterech 16-bitowych liczb binarnych wymaga 18 bitów (powstaje przepełnienie, bo przekracza to 16 bitów), a binarne dzielenie przez 4 sprowadza się w istocie do dodania, a potem odrzucenia dwóch najniższych bitów (co odpowiada przesunięciu przecinka o dwie pozycje w lewo).

Dlatego jeśli użytkownik ZWO ustawi Bin bezpośrednio w kamerze, straci tę część danych; użytkownik QHY musi natomiast włączyć transmisję 32-bitową i wysłać kompletne dane do komputera, inaczej przepełniona część zostanie tak samo odrzucona. Natomiast przy robieniu Bin na komputerze obliczenia prowadzone są na 32 bitach, żadne dane nie giną i zachowana zostaje pełna głębokość studni potencjału (full well) oraz głębia bitowa.

3. Ceną jest przesyłanie i przechowywanie większej ilości danych

Łączenie pikseli poświęca rozdzielczość, ostrość spada, ale objętość pliku maleje bardzo wyraźnie. Odwrotnie rzecz ujmując: jeśli nie robisz Bin po stronie kamery, musisz przesłać więcej danych, a na przechowanie plików oryginalnych potrzebujesz też więcej miejsca. To jest cena, którą płacisz, wybierając „Bin po stronie komputera” — najpierw dźwigasz większe pliki oryginalne, a w zamian dostajesz przy obróbce końcowej pełną, bezstratną swobodę.

Uzupełnienie

Opis włączania transmisji 32-bitowej w QHY znajdziesz w oficjalnej instrukcji obsługi. Warto zwrócić uwagę, że ta funkcja jest obsługiwana tylko w kilku nowszych modelach (jak QHY600, QHY268, QHY411, QHY461 itd.).