WARUM ist die QHY 600 CMOS Kamera teurer als Modelle von Mitanbietern

WARUM sind die Modelle der QHY 600 CMOS Kamera teurer als Modelle von Mitanbietern, die ebenfalls den Sony IMX 455 BSI CMOS Sensor einsetzen?

Sony IMX455 BSI CMOS SensorDer Bildsensor - Herz JEDER astronomischen CMOS Kamera

Bildsensoren sind DIE Grundlage JEDER Bildgebung in der astronomischen Fotografie. Die Performance der Kamera - also das ausgelesene Rohbild nach der Belichtung - basiert auf der Qualität des CMOS- oder CCD Sensors und dessen Leistung.

Bildsensoren vieler Hersteller werden in unterschiedlichen Qualitäten produziert: In sehr hohen Stückzahlen die "Consumer-grade" Sensoren und in wesentlich geringeren Stückzahlen - und damit wesentlich teurer - die "Industrial-grade" Sensoren, die umfangreichere und härtere Qualitätskontrollen vor der Auslieferung bestehen müssen.

QHY setzt als EINZIGER Hersteller im Vergleich von Mitanbietern den Sony IMX BSI Sensor in "Industrial-grade" Qualität in der Serie der QHY 600 Kameras ein. WARUM ?

Die QHY600 ist eine 60 Megapixel Vollformat CMOS Kamera, die wahlweise mit einem monochromen- als auch einem Farb Sensor geliefert werden kann.

QHY600 PRO ab Lager sofort erhältlich. Die QHY600 PHOTO und QHY600M Early Bird Version (zukünftig QHY 600 PRO-L) ist ab sofort bei uns vorbestellbar

Mehr Details zur QHY600 Kamera finden Sie auf hier

Die Firma FRAMOS - ein weltweit führender Anbieter von Technologien für Industrielle-, wissenschaftliche und medizinische Bildgebung und maßgeschneiderten Kameraentwicklungen - kommentiert zur Wahl von "Consumer-grade"- und "Industrial-grade" Sensoren und empfiehlt Kunden folgendes): (https://www.framos.com/de/produkte/sensoren/consumer-sensoren/)

Consumer-Bildsensoren sind Flächensensoren und erzeugen eine schnelle, hochauflösende Erfassung des gesamten Sichtfeldes. Im Unterschied zu Industrie-Sensoren weisen Consumer-Sensoren mit einer niedrigeren MTBF (Mean Time Between Failures) eine kürzere Lebensdauer auf. Daher können sie viel günstiger angeboten werden als ein gleichwertiger Industrie-Sensor.

Wenn Ihr Produkt für eine lange Zeit ohne Veränderung produziert wird, in allen Versionen ein einheitliches Bild liefern oder eine Lebensdauer von mehr als 1 Jahr haben muss, kommt für Sie eher ein Industrie-Sensor in Betracht. Wenn Sie Hunderttausende von Sensoren pro Jahr kaufen und die anderen Anforderungen erfüllt sind, können Consumer-Sensoren die richtige Wahl für Ihre Anwendung sein."

Ein weiterer, wichtiger Unterschied zwischen "Consumer"- und "Industrie" Sensoren ist das so genannte "package" - das Gehäuse in das der Sensor eingebettet ist. Dieses package besteht bei den Consumer Sensoren oft aus Kunststoff, bei den Industrie Sensoren wird häufig Keramik als Basismaterial eingesetzt, das wesentlich temperaturstabiler ist und eine hohe Planität des Sensorarrays bei tiefer Kühlung garantiert.

Der Sony IMX 455 "industrial grade" Sensor sitzt in einem so genannten LGA package. LGA steht für "Land Grid Array" und als Basismaterial müssen Werkstoffe eingesetzt werden, die thermomechanische Spannungen so weit wie möglich minimieren. Damit wird ein breiter Temperaturarbeitsbereich ermöglicht und der Sensor ist auch bei extremen Umgebungsbedingungen einsetzbar.

Die Industriequalität des Sensors ist für eine längere Lebensdauer bei normalem Gebrauch ausgelegt und kann daher auch dem wiederholten Kühl-/Wärmezyklen mit geringerer thermischer Belastung standhalten, was zu einer längeren Lebensdauer einer gekühlten Kamera führt. UND Industriesensoren haben eine deutlich geringere Zahl an Pixeldefekten.

! Die Preisdifferenz zwischen der "Consumer"- und "Industrie" Version des Sony IMX 455 beträgt im Einkauf mehr als 500 US Dollar !

Weitere Vorteile und Funktionen, die NUR die Modelle der QHY 600 Serie zu anderen Kameramodellen mit dem Sony IMX 455 Sensor, bietet.

Die verschiedenen Readout Modi der QHY 600 Photo / EB (demnächst Pro-L) und 600 PRO

Die "Auslese Modus" Auswahl ist eine neue Funktion, die für die QHY600 und andere neuere QHYCCD-Kameras entwickelt wurde. Bei der QHY 600 Photo stehen (zur Zeit, weitere sollen folgen) 3 verschiedene Auslesemodi zur Verfügung, die die Art und Weise, wie der Bildsensor ausgelesen wird, verändern und so dem Anwender Freiheit und Kontrolle über die Leistung des Sensors geben.

Folgende Tabelle zeigt die Unterschiede in den Daten zwischen Modus 0 und Modus 1 bei unterschiedlicher Verstärkung (Quelle QHYCCD)

Ausleserauschen Bilddynamik Full-Well
Read Mode 0/Gain = 0 7.8 e- 13.4 Blenden 85003 ke-
Read Mode 0/Gain = 27 2.7 e- 13.26 Blenden 27045 ke-
Read Mode 1/Gain = 0 3.68 e- 13.75 Blenden 50639 ke-
Read Mode 1/Gain = 56 1.68 e- 13.65 Blenden 21657 ke-

Was bedeutet diese Daten in der Praxis für den Anwender? Im Auslesemodus 0 verringert sich das Ausleserauschen der QHY600 PH zwischen einer Verstärkungseinstellung von 25 und 26 drastisch. Empfehlenswert ist es daher, die Verstärkung als Ausgangspunkt auf 26 zu setzen. Bei dieser Verstärkung ist die Full Well Kapazität 27ke- und das Ausleserauschen nur 2,7e-. Bei längeren Belichtungszeiten, bei denen das Ausleserauschen nicht so kritisch ist, führt eine Verringerung der Verstärkung zu einer höheren Full-Well Kapazität. Empfehlenswert z.B. für Aufnahmen von Objekten mit großem Kontrastumfang (Dynamik), wie z.B. des Andromedanebels oder des Orionnebels.

Vom Optimierungsstandpunkt aus gesehen wird der Auslesemodus 1 mit Verstärkung = 56 der am häufigsten verwendete Modus sein. Er bietet das geringste Ausleserauschen bei gleichzeitiger beträchtlichen Full Well Kapazität. Und das praktisch ohne Einbußen im Dynamikbereich. Empfehlenswert für Aufnahmen von lichtschwächeren Objekten bei kürzeren Belichtungszeiten.

Der Auslesemodus 2 (Extended Full Well Mode, EDR) steigert die Full Well Kapazität enorm. In diesem "Ultra-High" Full Well Modus erreicht die QHY600 eine ungebinnte Full Well Kapazität von mehr als 80.000 ke-. Im 2x2 binning Modus ist Full Well größer als 320.000 ke- und beim 3x3 binng ist die Full Well Kapazität größer als 720.000 ke-. Hohe Full Well Werte garantieren einen großen Dynamikumfang zwischen hellen und lichtschwachen Details des Beobachtungsobjekt.

Die EDR Technologie ist nicht neu, wird aber in Kameras mit dem Sony IMX 455 Sensor ausschließlich von QHY eingesetzt. Üblicherweise wird sie genutzt, um bei Sensoren mit 12- oder 14 Bit AD Wandlung das Bild auf 16 Bit Datentiefe zu skalieren. Nun sind die QHY 600 und die QHY 268C bereits Kameras mit echter 16 Bit AD Wandlung. Der Extended Dynamik Range Auslesemodus 02 steigert die Full Well Kapazität von über 51.000 ke- auf knapp über 80.000 ke- bei den nur 3,76mü großen Pixeln - und damit steigt ebenfalls die Bilddynamik des Rohbildes. Mit dem EDR Modus kann auch eine weitere Bandbreite der Gain-Werte verwendet werden, ohne das die Pixel in die gesättigt werden. So können extrem "tiefe" Luminenz- und RGB Rohbilder aufgenommen werden, die eine volle Durchzeichnung, feinste Details und extreme Dynamikunterschiede im Rohbild darstellen - ohne Tricks und "Klimmzüge" in der abschließenden Bildbearbeitung.

Neuer Auslesemodus # 03:

QHYCCD erweitert ab August 2020 die Auslesemodi der QHY 600 Modelle um den # 03 Extend Fullwell 2CMSIT Modus (gelbe Kurve). Der Vorteil von Modus # 03 ist, dass er den gleichen Fullwell Wert und die gleiche Systemverstärkung wie der Modus #02 Extend Fullwell hat, aber dass das Ausleserauschen etwa um das 1,3-fache reduziert wird.

QHY600 Readout Noise for All Mode

Dieser Auslesemodus erfordert ein Upgrade der Steuersoftware auf die Version SDK 2020.6.26 oder aktueller. Wenn Ihre Software den Modus # 03 nicht anzeigt, laden Sie bitte das QHY AllInOne Installationspaket herunter, um das SDK (Software Development Kit) in der Software zu aktualisieren. Der Modus ist für alle Modelle der QHY 600 Serie verfügbar.

Die genauen Abhängigkeiten zwischen Ausleserauschen, Verstärkung, Full Well und Bilddynamik entnehmen Sie bitte den Graphiken der 3 Auslesemodi.

FPGA steht für Field Programmable Gate Array

Die Modelle QHY600 und auch die QHY 268C Kameras integrieren einen FPGA Halbleiter Chip in der Kameraelektronik. In diesen ist unter anderem die Kamera-Firmware gespeichert. Dir Firmware selbst nimmt nur 10% der Ressourcen in Anspruch, so dass 90% der Hardware-Logik-Ressourcen dem Anwender für viele kundenspezifische Funktionen zur Verfügung stehen. Neben den kundenspezifische Funktionen ist aber somit auch ein online Upgrade zukünftiger Firmware Updates über den USB 3.0 Port jederzeit möglich. So zum Beispiel um weitere, kommende Auslesmodi zu implementieren.

Der interne Bildspeicher

Die QHY 600 besitzt einen internen DDR 3 Bildspeicher der Kapazität von 1 Gbyte. Damit ist der verfügbare Speicherplatz 4 x größer als in den Kameras mit IMX 455 Sensor der Mitanbieter. Was bedeutet das für den Fotografen ?

Die extrem große Anzahl von Einzelpixel der neuesten Generation von CMOS Sensoren führt zu einem gesteigerten Speicherbedarf, sowohl für die temporäre Zwischenspeicherung als auch der permanente Speicherung auf dem Computer. Zum Beispiel erzeugt der QHY600 Photo Sony IMX 455 Sensor etwa 120 MB Daten pro Einzelbild. Die Übertragung solch großer Datenmengen erfordert zwingend, dass die Kamera selbst über einen ausreichend großen, internen Zwischenspeicher verfügt.

Eine Bildrate von 2,5 Bildern pro Sekunde bei voller Auflösung erzeugt in einer Sekunde bereits ein Datenvolumen von 300 MB. Hat der Speicher nur eine Kapazität von 256 MB läuft er innerhalb 1 Sekunde bereits über und das kann einen Datenverlust bedeuten. Bei einer Speicherkapazität von 1 GB kann man in extremen Fällen etwa 3 Sekunden überbrücken, z.B. wenn die CPU des Computers mit anderen Funktionen beschäftigt ist.

Obwohl die Kosten des 1 GB Bildspeichers deutlich höher sind als die eines 256 MB Speichers, macht es Sinn die große Speicherkapazität in den Modellen der QHY 600 Serie zur Verfügung zu stellen, um den Sensor sofort auslesen zu können. DENN: Ein CMOS BSI Bild mit Rolling Shutter Technologie wird so lange belichtet, bis es zu 100% ausgelesen ist – ansonsten führt das zu Unregelmäßigkeiten im Bild.

Weitere Anmerkungen zum interner Bildspeicher unter https://www.qhyccd.com/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=23&id=315

Die QHY Noise-Suppression Technologie

Normalerweise verändert sich das thermische Rauschen von CMOS- und CCD Bildsensoren in Abhängigkeit von Belichtungszeit und Sensortemperatur in einer reproduzierbaren Weise. Darüber hinaus gibt es jedoch noch eine andere Art von thermischem Rauschen, die einigen Back Side Illuminated CMOS Sensoren aufweisen, und die die Charakteristik des reproduzierbarem, typischem Rauschen mit einem zufälligem Rauschmuster überlagert, welches von Belichtungszeit und Sensortemperatur unabhängig ist (Random Noise).

Jedes Bild hat somit eine eigene Rauschcharakteristik und dadurch wird ein Dunkelbildabzug, um das thermische Rauschen zu reduzieren, weniger effektiv. Die Elektronik der QHY600 Modelle und der QHY 268 C setzen eine innovative Technologie zur Unterdrückung des zufälligen thermischen Rauschens ein, die deren Einfluss erheblich reduziert, wie die Bildbeispiele deutlich zeigen. Diese Technologie liefert bedeutet deutlich geglättete und rauschfreiere Hintergründe des Rohbilds.

Mit und ohne QHY NOISE-SUPRESSION-Technologie zur Rauschunterdrückung

 

Weitere Anmerkungen, Informationen und Test zur Random Noise (zufälliges Rauschen) Korrektur unter https://www.qhyccd.com/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=23&id=281

 

Optimierung des zufälligen horizontalem Rauschen

Der  Sony Sensor IMX455 bietet eine Reihe verschiedener Auslesemodi, mit denen der Nutzer die Bildausgabe steuern kann.  Im High Gain Modus liefert der Sensor ein extrem niedriges Ausleserauschen bei sehr hoher Verstärkung. Um diesen Modus weiter zu verbessern, hat QHYCCD eine Optimierung entwickelt, mit dem der Sensor über die Werksspezifikationen hinaus ein rauschfreies Bild auch bei extrem hoher Verstärkung liefert.

Zufälliges horizontales Rauschen QHY600

Weil dieser Effekt meist nur im Modus # 01 (High Gain-Modus) sichtbar ist, ist die "Random Noise" Optimierung in allen Auslesemodi wirksam und verbessert die Leistung der Kamera QHY600 in jedem Abbildungsmodus. Die Hard- und Software ware zur Optimierung ist in allen QHY Modellen integriert, die ab Anfang 2020 ausgeliefert wurden.

Weitere Informationen hierzu auf der QHY Webseite

Wasserkühlung

Einige der QHY 600 Modelle sind ohne Aufpreis bei der Bestellung optional mit einer Wasserkühlung lieferbar, die die Sensortemperatur um etwa 10 Grad tiefer kühlt, als die Modelle mit der Standard Luftkühlung. Es wird ein Delta T von 45 Grad zur Umgebungstemperatur erreicht. Eine wichtige Option, wenn die Kamera in Regionen eingesetzt werden soll, wo auch die Nachttemperaturen in einigen Jahreszeiten deutlich über 20 Grad Celsius liegen.

Hoch präzise Zeitzuordnung für die Belichtungszeit

Die QHY Modelle 600 Pro und Pro-L haben eine Schnittstelle zum Anschluss der QHY GPS Box. Die GPS Box liefert weltweit extrem präzise Zeitinformationen über Beginn und Ende der Belichtungszeit. Die Zeitzuordnung spielt eine große Rolle bei astronomischen Beobachtungen von Objekten, die während der Beobachtungszeit ihre Helligkeit ändern. Also z.B. bei der Photometrie von Kleinplaneten oder veränderlichen Sternen, bei der Beobachtung von Sternbedeckungen und Exo Planeten Transits.

In den vielen Jahren seit der Gründung von QHYCCD konnten die Ingenieure und Entwickler in zahlreichen Kameramodellen Erfahrungen mit CMOS Sensoren sammeln und so Hardware und Software optimieren. Dieses "Know-how" kaufen Sie mit jeder QHY CMOS- oder CCD Kamera.


Weitere Information und Links zur QHY Photo:

Produktinformationen zur QHY 600 Serie finden Sie hier



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