Разница Bin у ZWO и QHY, и как работает программное объединение пикселей

В предыдущей статье было рассмотрено практическое выполнение программного объединения пикселей (Bin); эта статья углубляется в принципы: почему поведение Bin у камер ZWO и QHY отличается, и почему «делать Bin на компьютере» реже приводит к потере данных, чем «делать Bin на камере».

У ZWO и QHY разные значения Bin по умолчанию

Возьмём для примера ZWO 6200mm и QHY600M: обе камеры на самом деле используют один и тот же сенсор Sony IMX455 BSI, но их поведение Bin по умолчанию не совпадает:

1. Объединение пикселей у ZWO выполняет только «усреднение пикселей». Можно снять одну и ту же равномерно освещённую флэт-панель и заметить, что яркость до и после Bin в целом одинакова — это и есть признак усреднения.
2. Объединение пикселей у QHY по умолчанию — это «суммирование пикселей» (похоже на поведение традиционных CCD-матриц), хотя, конечно, можно переключить и на усреднение.

Стоит учесть: если у QHY выбрано суммирование, значения могут превысить 16 бит, и в этом случае нужно скорректировать команду считывания и включить 32-битную передачу, чтобы вывести полные данные. Кроме того, подход ZWO подходит как для монохромных, так и для цветных камер, тогда как суммирующий Bin у QHY работает только с монохромными камерами.

Почему логика применения Bin на CMOS отличается от логики для CCD

На CMOS-камерах установка Bin программно или на уровне прошивки в момент съёмки в основном нужна для уменьшения размера файла или повышения частоты кадров. Но нужно обратить внимание на поведение шума считывания:

• CMOS: после Bin шум считывания удваивается;
• CCD: после Bin шум считывания, наоборот, снижается.

Это принципиальное различие между CMOS и CCD в вопросе Bin, и именно поэтому в эпоху CMOS стимул «делать Bin на стороне камеры» не так силён, как это было для CCD. Объединение пикселей на CMOS на самом деле лучше выполнять позже, в программном обеспечении на этапе постобработки — так результат будет лучше.

Плюсы и минусы выполнения Bin в компьютерном программном обеспечении

Перенос Bin в компьютерное программное обеспечение даёт несколько реальных преимуществ:

1. Так же повышает отношение сигнал/шум, но вычисления более гибкие

Программный Bin точно так же даёт 2-кратное повышение SNR, при этом вычислительная эффективность компьютера выше, а выбор алгоритмов шире.

2. Не отбрасывает никаких данных

Это ключевой момент. Так называемое двоичное усреднение на самом деле не означает буквально «сложить и разделить на 4» (на примере Bin 2). Сложение четырёх 16-битных двоичных чисел требует 18 бит (возникает переполнение, поскольку это превышает 16 бит), а двоичное деление на 4 на самом деле означает: сложить, а затем отбросить два младших бита (что эквивалентно сдвигу двоичной запятой на два разряда влево).

Поэтому, если пользователь ZWO настраивает Bin прямо на камере, он теряет эту часть данных; пользователю QHY нужно включить 32-битную передачу, чтобы отправить на компьютер полные данные, иначе переполнившаяся часть будет так же отброшена. В противоположность этому, при выполнении Bin на компьютере вычисления ведутся в 32 битах, никакие данные не теряются, и сохраняются полная глубина потенциальной ямы (full well) и битовая глубина.

3. Цена — необходимость передавать и хранить больше данных

Объединение пикселей приносит в жертву разрешение, резкость снижается, зато объём файла заметно сокращается. И наоборот: если не делать Bin на стороне камеры, придётся передавать больше данных, а также тратить больше места на хранение исходных файлов. Это и есть цена, которую приходится платить при выборе «Bin на компьютере» — сначала взять на себя более крупные исходные файлы в обмен на полную гибкость без потерь при постобработке.

Дополнение

Инструкции по включению 32-битной передачи на QHY можно найти в официальном руководстве пользователя. Стоит учесть, что эта функция поддерживается только несколькими более новыми моделями (такими как QHY600, QHY268, QHY411, QHY461 и др.).