本帖最后由 椰风123 于 2016-2-3 15:42 编辑
第二部分： 芯片实测
刚开始玩天文的时候，总是喜欢定性地评论一个相机或者CCD的好坏，自己以前的一个做法是比较暗场的时候，拍一张暗场，用厂家软件默认打开，根据照片上花花绿绿的噪点的数量和恐怖程度去对比暗电流的大小。实际上，这很不科学，因为每个人，每个软件和每个照片拉曲线的方式都很不一样，哪怕同一张照片都可以表现出很不一样的视觉效果，很容易误导观众。
一个芯片实际情况好还是不好，如果没什么特殊情况，从芯片厂家或者相机厂家的参数都可以看出来了，这些都是定量指标。大部分制冷相机厂商都会把重要参数比如说Gain，满井电荷，读出噪声，暗电流，是否可Bin，是否防溢出，最大温差，12还是16位ADU，像素大小，尺寸，量子效率都标出来了。看这些参数，就基本可以横向比较各个不用CCD的表现了。
这部分的芯片实测，主要是看看厂家有没有虚标或者看看自己手上拿到的实物是否有比较大的个体差异。以下是我对手上QHY16200A相机的测试以及结论。不厌其烦地描述了测试的方法，主要是自己第一次进行这样的测试，如有不妥的地方请大家指出来。如果不想看具体如何测试的，可以直接看红色字体对16200A的结论。
a) Gain
总的来说，Gain是用来描述电子是怎样转换成ADU的，单位是 e-/ADU。ADU是图像文件每个像素的数值。所以Gain=电子数/照片数值读数。
怎么测量Gain？因为光具有波粒二象性，当考虑光的粒子性的时候，光子达到CCD表面的方式是服从泊松分布的，这个中学物理书似乎讲过。而对泊松分布来说，均值=方差。为么泊松分布均值=方差？请自觉去翻翻统计学的书。再代入e=gain*adu, 就可以得到，Gain = mean(adu) / var(adu)。
具体怎么测量偏置，有简单和复杂的2个方法，第二个方法取得的数据也更加准确。
1） 拍一对两张一模一样平场。然后通过以下公式计算Gain值。
Gain = (mean(flat1) + mean (flat2)) / var (flat1-flat2)
平场的平均值通过MDL 的View -> Toggleinformation查看
两个平场相减可以用MDL里的Pixel Math得到。然后同样通过View-> Toggle information查看相减后的到的图像的stdDev，再平方。
2） 拍很多很多对平场，然做线性回归。
用不同的曝光时间，拍很多对不同的平场，得到很多不同的mean(flat1) + mean (flat2)以及var (flat1-flat2)的数据。把这些数据输入excel表，做成一个散点图，点图上的散点，右击，添加趋势线，选择线性。显示的公式的斜率就是Gain值。
以下是QHY16200A的数据，测量出来的Gain值是0.68，比标的0.7略小。 BTW：Gain值没有越大越好或者越小越好的说法，合适的才是最好的。
b) 满井电荷
算出gain之后，满井电荷就很容易算了。相机的满井电荷等于过爆情况的最大ADU * Gain。我这个16200A在gain=0.68 (虚拟Gain=0)，并且过爆的情况下的ADU都是65535。如果可以，其实需要吧gain再调小一点让最大的ADU小于65535。现在最大的ADU是65535是受限于16位的转换器了，实际可以达到的ADU应该更大些。所以这个16200A的Full well> 44563 e，比标的41k略大。
c) 读出噪声
偏置场并不等于读出噪声。前一段时间疯猫说偏置场的读数受温度影响也很大，自己实际测试了一下，确实差别很大，不同环境下拍的偏置，大概能相差有几十到一百个ADU。当时一下子就懵了，难道偏置也要在受控的温度下拍了吗？后来发现自己过虑了，方法还是有的。因为，其实一张偏置场的读数，可以分解成为三部分：
偏置场 = offset + bias + readout
Ø Offset: 这个offset和使用ccd的时候设置的offset含义大致一致，就是在实际读出的时候加上去的一个数值，防止负值出现。随着温度变化的主要就是这个offset的值。 Ø Bias: 就是偏置场中固定的条纹，亮线等等。有些CCD单张的偏置场不容易看到这些固定的条纹，但是叠加的张数多了，就很容易看出来。图像校准要减偏置的原因，就是要去除bias固定图样的影响。 Ø Readout: 剩下的就是readout。Readout是没有办法通过校准的方法去除的。一个良好的CCD，readout应该是呈高斯分布，可以通过多张叠加来减小。
16200A单张和30张叠加后的偏置场长下面样子，有很明显的Bias。
有Bias没关系，扣一个主偏置场就把bias扣除了，只剩下readout。这是两张偏置场相减的照片，可以看到bias基本全部被去除，只剩下随机噪声，但是很轻微的横状条纹，对图片做傅里叶变换也验证了这点。请教了博士说横纹主要是受到电源或者USB的影响，QHY会进一步看看有没办法通过对每一行做一个overscan来矫正。
测量readout的方法就是把两张偏置场相减，然后在toggle information里面查Std Dev的数值，readout =Std Dev/1.414*gain。除1.414的原因是因为相减的结果包含了两张偏置场的读出噪声。
16200A测量的读出噪声是9.8e和QHY标的10e基本一致。而且据说读出噪声有可能还有降低的余地，需要进一步优化时序，到时候再升级驱动。
上面说了偏置的读数受温度的影响读数会有变化，那么读数不一致的偏置会造成什么后果呢？
1） 亮场校准的时候要减偏置，如果偏置的读数比亮场还高，特别是拍窄带的时候，相减之后会出现负数，肯定不好。 2） 如果亮场和暗场的温度不严格一致，或者拍摄时间也不一样，在扣暗场需要用到MDL的dark frame scale或者pixinsight的dark optimization功能，MDL或者PI会把暗场乘一个按照一定方法算出来的比例（就是所谓的scale）再扣除。但是因为暗场本身包含了偏置场，而偏置场可以认为是一个常数，所以需要把偏置场从暗场扣除，不然影响比例的计算。这时候如果偏置的数值不准，不能准确地从暗场中扣除，也会导致比例的计算不准。甚至我再用QHY23的时候，还出现过暗场的平均ADU读数比偏置场的平均ADU读数还小的情况，实在是汗颜。
第一个问题这个问题容易解决，在减偏置的时候，自己手动另外加上一定的数值即可。第二个问题，可以拍完一张暗场然后马上紧接着拍一张或者几张偏置场，严格一一对应，这样的暗场和偏置场读出的时间相差只有几秒，外界温度等环节一致。然后用主暗场减去主偏置就是准确的暗电流大小可以用来作dark frame scale/dark optimization.
另外，因为拍偏置场很容易，建议多拍，100张很正常，这样可以减少扣主偏置的时候带来额外读出噪声。
d) 暗电流 暗电流的计算相对简单，拍完一张暗场后，紧接着马上拍一张偏置。一定要紧接着，避免暗场和偏置场的offset受温度影响发生变化。读取暗场和偏置场的平均值。暗电流的计算就是：
暗电流大小 = (暗场平均值 - 偏置场平均值)*gain/暗场曝光时间
16200A在-15度的温度下，算出来的暗电流是0.02e/s。这个数值比QHY标的0.04e/s@-20℃要好不少。和Q22(ICX694)，Q23(ICX814)这种暗场都非常干净，普遍在0.002 e/s水平上的暗电流是没法比的。和现在最普及的Q9(KAF8300)芯片一个水平。
e）量子效率。很想测试这个指标，但是真心不知道怎么测。求指教。
总体来说，QHY 16200A的各项指标，比标称的略好或者保持一致。
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