Різниця Bin у ZWO та QHY, і як працює програмне об’єднання пікселів

У попередній статті йшлося про те, як на практиці робити програмне об’єднання пікселів (Bin); ця стаття заглиблюється в принцип: чому в камер ZWO та QHY поведінка Bin відрізняється, і чому «робити Bin на комп’ютері» рідше призводить до втрати даних, ніж «робити Bin на камері».

У ZWO та QHY різні значення Bin за замовчуванням

Візьмімо для прикладу ZWO 6200mm та QHY600M: обидві камери насправді використовують той самий сенсор Sony IMX455 BSI, але типова поведінка Bin у них не однакова:

1. Об’єднання пікселів у ZWO виконує лише «усереднення пікселів». Можете зняти ту саму рівномірно освітлену панель для кадрів flat і побачите, що яскравість до і після Bin приблизно однакова — це і є ознака усереднення.
2. Об’єднання пікселів у QHY за замовчуванням — це натомість «сумування пікселів» (подібне до поведінки традиційних CCD); звісно, його також можна перемкнути на усереднення.

Варто врахувати: якщо QHY налаштовано на сумування, значення можуть перевищити 16 біт, і тоді потрібно скоригувати команду зчитування та увімкнути 32-бітну передачу, щоб вивести повні дані. Крім того, підхід ZWO працює як для монохромних, так і для кольорових камер, тоді як сумувальний Bin у QHY підходить лише для монохромних камер.

Чому логіка застосування Bin на CMOS відрізняється від логіки CCD

На CMOS-камерах налаштування Bin програмно або на рівні прошивки у момент зйомки має на меті переважно зменшити розмір файлу або підвищити частоту кадрів. Але слід звернути увагу на поведінку шуму зчитування:

• CMOS: після Bin шум зчитування подвоюється;
• CCD: після Bin шум зчитування, навпаки, знижується.

Це принципова різниця між CMOS та CCD у питанні Bin, і саме тому в епоху CMOS стимул «робити Bin на боці камери» не такий сильний, як був для CCD. Об’єднання пікселів на CMOS насправді краще виконувати пізніше, у програмному забезпеченні під час постобробки — результат буде кращим.

Переваги та недоліки виконання Bin у комп’ютерному програмному забезпеченні

Перенесення Bin у комп’ютерне програмне забезпечення дає кілька реальних переваг:

1. Так само підвищує відношення сигнал/шум (SNR), проте обчислення гнучкіші

Програмний Bin так само дає 2-кратне підвищення SNR, а обчислювальна ефективність комп’ютера краща, і алгоритмів на вибір більше.

2. Не відкидає жодних даних

Це ключовий момент. Так зване усереднення у двійковій системі насправді не означає буквально «додати й поділити на 4» (на прикладі Bin 2). Додавання чотирьох 16-бітних двійкових чисел вимагає 18 біт (виникає переповнення, бо це перевищує 16 біт), а ділення на 4 у двійковій системі — це насправді додавання з подальшим відкиданням двох наймолодших бітів (що еквівалентно зсуву коми на два розряди ліворуч).

Тому якщо користувач ZWO налаштовує Bin безпосередньо на камері, він втрачає саме цю частину даних; користувачу QHY потрібно увімкнути 32-бітну передачу, щоб надіслати повні дані на комп’ютер, інакше частина, що переповнилася, так само буде відкинута. Натомість під час Bin на комп’ютері обчислення виконуються у 32 бітах, жодні дані не втрачаються, і зберігаються повна глибина заповнення (full well) та бітова глибина.

3. Ціна — потрібно передавати й зберігати більше даних

Об’єднання пікселів жертвує роздільною здатністю, різкість знижується, але розмір файлу значно зменшується. І навпаки, якщо не робити Bin на боці камери, доведеться передавати більше даних і витрачати більше місця на зберігання вихідних файлів. Це і є ціна, яку сплачують, обираючи «Bin на боці комп’ютера» — спершу нести тягар більших вихідних файлів в обмін на повну безвтратну гнучкість під час постобробки.

Доповнення

Пояснення щодо ввімкнення 32-бітної передачі на QHY можна знайти в офіційному посібнику користувача. Варто врахувати, що ця функція підтримується лише кількома новішими моделями (такими як QHY600, QHY268, QHY411, QHY461 тощо).