ATR2110C - камера для съемки объектов глубокого космоса

Исследовательская охлаждающая камера ATR2110C для дальнего космоса

1. Описание и характеристики

Камера ATR2110C (ATR3CMOS02300KPA) разработана специально для астрофотографии. Большая площадь изображения, крупный размер пикселя и высокая чувствительность делают её подходящей для прямых трансляций ночного неба и наблюдения за метеорами. Она также может использоваться для фотосъёмки объектов глубокого космоса, поскольку камера имеет охлаждаемый CMOS-сенсор, сверхнизкий уровень шума считывания и отсутствие свечения усилителя. Её исключительные характеристики и широкий спектр применения подарят вам незабываемые впечатления от астрофотографии.

Ниже перечислены характеристики ATR2110C:

• Цветной CMOS-сенсор SC2110
• Разрешение: 1920 x 1200
• Квадратный пиксель 12 мкм
• 1,69-дюймовый оптический формат
• 12-битный АЦП
• 512 Мбайт памяти
• Точное регулирование температуры
• Чувствительность G: 120000 мВ/люкс·с при HCG, 10900 мВ/люкс·с при LCG
• Zero Amp-Glow
• Сверхнизкий уровень шума: от 4 до 0,61e-@HCG
• Поддержка режима высокой частоты кадров (120 FPS при считывании всех пикселей 8 бит @LCG)
• Максимальное отношение сигнал/шум: 50 дБ
• Динамический диапазон: 72 дБ (линейный режим)
• -35°C ниже температуры окружающей среды при кратковременном воздействии / -42°C при длительном воздействии (> 1 с)

2. Технические характеристики и производительность ATR2110C

2.1 Технические характеристики камеры

Таблица 1. Технические характеристики ATR2110C.

2.2 Кривая квантовой эффективности SmartSens SC2110

Чувствительность сенсора G ATR2110C составляет 120000 мВ/Люкс·с при HCG и 10900 мВ/Люкс·с при LCG. Кривая квантовой эффективности показана на рисунке 2 .

Рисунок 2. Кривая КПД SC2110.

2.3 12-битный АЦП и ROI

ATR2110C имеет встроенный 12-битный АЦП. Он также поддерживает 12-битный режим вывода для аппаратного биннинга и меньшего разрешения. Камера также поддерживает аппаратный ROI, и чем меньше размер ROI, тем выше частота кадров.

В таблице 2 показана частота кадров ATR2110C в 12/8-битном режиме, при использовании интерфейса передачи данных USB3.0 / USB2.0 и различных разрешениях:

Таблица 2. Частота кадров ATR2110C при различном разрешении/битности данных/скорости передачи данных (USB3.0/USB2.0)

2,4 DDR3 буфер

Камера ATR2110C оснащена буфером DDR3 объемом 512 МБ (4 Гб), что помогает поддерживать стабильность передачи данных и эффективно снижает эффект свечения усилителя, возникающий из-за возможности временной буферизации данных изображения без их быстрой отправки на приемник.

2.5 Сортировка по ячейкам

ATR2110C поддерживает цифровое объединение пикселей от 1x1 до 8x8 как методом стекирования, так и методом усреднения, а также аппаратное объединение пикселей от 1x1 до 2x2 методом усреднения. Аппаратное объединение пикселей значительно быстрее, чем программное.

2.6 Переключатель коэффициента усиления преобразования

ATR2110C поддерживает переключение режимов HCG, LCG и HDR.

2.7 Система питания и охлаждения для точной регулировки температуры

Пожалуйста, имейте в виду, что камера может питаться только от источника постоянного тока 12 В 3 А.

Система охлаждения ATR2110C представляет собой двухступенчатое термоэлектрическое охлаждение (TEC) с регулируемым электрическим вентилятором, способствующим рассеиванию тепла.

Система термоэлектрического охладителя управляется ПИД-регулятором, что позволяет точно регулировать температуру термоэлектрического охладителя до заданного значения с отклонением в 0,1 °C.

Рабочную температуру можно регулировать до заданного значения, а эффективное снижение температуры может составлять -42°C от температуры окружающей среды. Такая эффективная система охлаждения гарантирует стабильность изображения и его качество.

2.8 Zero Amp-Glow

Камера ATR2110C была тщательно разработана и позволяет снимать фотографии без эффекта свечения усилителя. На рисунках 3 и 4 показаны снимки, сделанные разными камерами при температуре 20°C и выдержке 5 минут, с эффектом свечения усилителя и без него. Для сравнения, на снимке, полученном с помощью ATR2110C, эффект свечения усилителя отсутствует.

Рисунок 3. Ампер-свечение

Рисунок 4. Нулевое свечение тока.

2.9 Анализ производительности камеры

Работоспособность камеры можно оценить с помощью параметров e-/ADU, шума считывания, полного заполнения ячейки и динамического диапазона.

e-/ADU: Датчики, используемые в камерах для машинного зрения, имеют пиксели, которые преобразуют поступающие фотоны в электроны. Коэффициент усиления в CCD/CMOS-камере представляет собой коэффициент преобразования электронов (e-) в цифровые значения, или аналого-цифровые единицы (ADU). Коэффициент усиления выражается как количество электронов, преобразованных в цифровое число, или электронов на ADU (e-/ADU).

Шум считывания: Шум считывания возникает в электронике камеры в процессе считывания, поскольку электроны подвергаются аналого-цифровому преобразованию, усилению и обработке, которые позволяют получить изображение. Шум считывания является наиболее важным показателем для оценки производительности камеры. Более низкий уровень шума считывания обычно означает лучшее отношение сигнал/шум и лучшее качество изображения.

Полная емкость ячейки: Электроны удерживаются в каждом пикселе и преобразуются в электрический заряд, который можно измерить, чтобы показать количество света, попавшего на каждый пиксель. Максимально возможный электрический заряд называется «емкостью полной ячейки». При одинаковых условиях, таких как уровень шума и качество АЦП, чем больше емкость полной ячейки у сенсора, тем шире его динамический диапазон. Поскольку существует ограничение на глубину, до которой могут быть изготовлены пиксели, емкость полной ячейки часто пропорциональна площади передней поверхности светособирающего элемента пикселя.

Динамический диапазон: Динамический диапазон — это отношение максимального уровня выходного сигнала к уровню шума при минимальном усилении сигнала (уровень шума — это среднеквадратичное значение шума в черном изображении). Уровень шума камеры включает шум считывания сенсора, шум обработки камеры и шум темного тока. Динамический диапазон отражает способность камеры отображать/воспроизводить самые светлые и самые темные участки изображения, а также количество промежуточных значений. Технически это внутрикадровый динамический диапазон. В одном изображении может быть участок, полностью черный, и участок, полностью насыщенный.

Для камер серии ATR значение усиления отображается в режиме xxx%. Здесь xxx используется в качестве оси x (значение усиления) для описания характеристик камеры.

Все приведенные ниже данные были получены с помощью SharpCap с драйвером ASCOM:

Ниже показаны настройки камеры, использованные для анализа эффективности ХГЧ:

• Полное разрешение
• 12-битный RAW-режим
• Температура: -10°C

На рисунке 5 показаны кривые данных анализа камеры, представленных в таблице 3.

Рисунок 5. e/ADU, шум считывания, полная емкость ячейки и динамический диапазон для ATR2110C.

Данные анализа камеры представлены в таблице 3 :

Таблица 3. Данные анализа камеры.

Настройки камеры, использованные для анализа производительности LCG, показаны ниже:

• Полное разрешение
• 12-битный RAW-режим
• Температура: -10°C

На рисунке 6 показаны кривые данных анализа камеры, представленных в таблице 4.

Рисунок 6. e/ADU, шум считывания, полная емкость ячейки и динамический диапазон для ATR2110C.

Данные анализа камеры представлены в таблице 4:

Ниже показаны настройки камеры, использованные для анализа производительности HDR:

• Полное разрешение
• 12-битный RAW-режим
• Температура: -10°C

На рисунке 7 показаны кривые данных анализа камеры, представленных в таблице 5.

Рисунок 7. e/ADU, шум считывания, полная емкость и динамический диапазон для ATR2110C.

Данные анализа камеры представлены в таблице 5.

3. Комплектация и подключения продукта

Рисунок 8. Информация об упаковке ATR2110C.

3.2 Габариты камеры и её крепление

Рисунок 9. Габариты и крепление ATR2110C.

3.3 Схема камеры и интерфейс

Рисунок 10. Схема и интерфейс камеры.

3.4 Механическое соединение камеры с адаптером

ATR2110C можно подключить к телескопу с помощью соответствующего адаптера или к объективу камеры. Наиболее распространенные адаптеры уже входят в комплект, но мы также предоставляем некоторые специальные адаптеры в зависимости от потребностей.

Диаметр внутренней резьбы датчика составляет 17,5 мм. ATR2110C поставляется с креплением M42x0.75 и может напрямую подключаться к телескопу с резьбой M42x0.75.

Камера ATR2110C также может подключаться к телескопам с окулярами 1,25" или 2" с помощью адаптеров M42M-1,25" или M42M-2". На рисунке 10 показано соединение камеры и адаптера. После того, как адаптер прикручен к камере, камеру можно вставить в окулярную трубу телескопа. В таблице 8 приведены подробные параметры камеры и адаптера.

Рисунок 11. Подключение камеры ATR и адаптера.

3.5 Механическое соединение камеры с объективом

На рисунке 11 показаны соединения камеры ATR и объектива. В таблице 10 приведены параметры соединений.

Рисунок 12. Объектив Nikon F/Canon EF с камерой ATR.

3.6 Электрическое соединение камеры с аксессуарами

На задней панели ATR2110C расположены 3 разъема: разъем питания DC 12V/3A, порт USB3.0/USB2.0 и USB-концентратор.

Из-за значительно большего энергопотребления SC2110, ATR2110C (включая систему охлаждения) теперь загружается только от источника питания 12 В/3 А. USB 3.0 больше не работает как источник питания, а только как метод передачи данных. USB-концентратор обеспечивает подключение к другим устройствам, что позволяет пользователю избежать путаницы с кабелями. После подключения другого устройства через USB-концентратор, оно будет подключено к ПК через порт USB 3.0/USB 2.0.

Рисунок 13. Электрическое соединение камеры.