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La CCD Artemis ou l’Atik16HR

4ème article d’astrimage

La Camera CCD Artemis

L’Artemis a été mise au point par Steve Chamblers, Jon Grove et Arthur Edwards.

Vous trouverez toutes les informations utiles sur le site Artemis : Artemis CCD

Principales fonctionnalités :

 

  • Support des capteurs CCD Sony ExView jusqu’à 1.4Mpixels
  • 16 bit ADC
  • Module de refroidissement Peltier
  • supporte l’USB 1.1
  • Boitier aluminium de très grande qualité
  • Très grande sensibilité
  • Connexion intégrée pour ajouter une camera d’autoguidage (plus besoin d’un port parallèle )
  • Logiciel inclu pratique et bien conçu
  • Rapport qualité/prix très interessant

Notez que Artemis est vendue par Atik sous les dénominations Atik 16 et Atik 16HS

Aspect Général
Le corps de l’Artemis est en aluminium poli:

artemis

Connectique et pas de vis Kodak

back

Au dos de la caméra , nous avons un ventilateur et une prise jack pour la camera de guidage. Apparemment seul le logiciel GuideDog est supporté. Le connecteur blanc est l’alimentation. (ps astroart, guidemaster et phd guiding fonctionnent parfaitement)

Le montage de l’Artemis

Le montage est facile pour peu que vous ayez une bonne expérience des montages electroniques. Celui-ci est grandement facilité par une documentation bien faite et détaillée fournie par Artemis. Celle-ci est dispo sur leur site.

La seule réelle difficulté réside dans le montage du capteur CCD : Il est nécessaire d’ajuster la taille du support du capteur et d’effectuer des soudures très précises.

La position du capteur CCD doit etre rigoureusement parrallèle au plan du corps de la camera, sachant que le module Peletier est monté en dessous du capteur CCD avec une colle spéciale thermorésistante. Du bon déroulement de cette opération dépendent :

  • Le refroidissement correct de l’ensemble
  • La qualité de l’image inhérente au parrallèlisme plan focal / plan CCD

opened

l’intérieur de l’Artemis

Les différents capteurs CCD
L’Artemis supporte les capteurs Sony Exview suivants :

Le C signifie une matrice de Bayer, permettant « One shot Color », mais implique une sensibilité moins importante qu’avec un capteur monochrome.

  • ART-254 – 1/3″ – 510×492 – 9,6×7,5µ
  • ART-254C – 1/3″ – 510×492 – 9,6×7,5µ
  • ART-255 – 1/3″ – 500×582 – 9,8×6,3µ
  • ART-255C – 1/3″ – 500×582 – 9,8×6,3µ
  • ART-424 – 1/3″ – 659×494 – 7,4µ
  • ART-424C – 1/3″ – 659×494 – 7,4µ
  • ART-429 – 1/2″ – 752×582 – 8,6×8,3µ
  • ART-429C – 1/2″ – 752×582 – 8,6×8,3µ
  • ART-285 – 2/3″ – 1392×1040 – 6,45µ
  • ART-285C – 2/3″ – 1392×1040 – 6,45µ

L’Artemis présente cette possibilité très interessante de pouvoir changer de capteur CCD moyennant une simple mise à jour du firmware.

Ceci vous offre la possibilité de commencer avec l’ART-254 (bon marché) et d’évoluer vers l’ART-285 (n’oubliez pas de jouer au Loto… :-D).

Vous pouvez trouver les caractéristiques techniques de tous ces capteurs dans leur version AL dans le menu du site Docs Artemis. .

sensor

Artemis avec ICX285AL, ci-dessus la bague T2 (M42x0,75) en aluminium. Une autre bague M42x1 est aussi fournie avec la camera.

La taille des capteurs CCD Sony

Dans mon cas, j’ai choisi le ICX285AL qui est le plus grand capteur monochrome disponible pour l’Artemis.

Ce capteur, comme tous les autres de la gamme Sony, est tres petit, les photosites mesurant 6.45µm*6.45µm. Ceci implique un champs plus petit qu’avec un capteur Kodak KAF par exemple. La taille du capteur Sony est de seulement 2/3 de pouce. Ce capteur est néanmoins le plus grand disponible pour l’Artemis.

Capture d’écran 2014-11-08 à 19.13.50

 

La sensibilité des capteurs CCD Sony

Les capteurs Exview SuperHAD ont une très bonne sensibilité. Ils sont utilisés dans les cameras de grande qualité comme la série des Starlight SXV.

Taille des pixels

L’experience a prouvé que la relative petite taille des pixels des capteurs Sony, (par exemple la Starlight SXV-H9 / capteur ICX285, comme l’Artemis), n’induit pas une baisse de sensibilité par rapport à des capteurs plus grands. Les technologies utilisées par Sony dans leur developpement sont tout à fait à la pointe (grace au developpement en masse du marché?) et leur capteurs ont une très bonne sensibilité dans des longueurs d’ondes qui ne sont pas toujours supportées par leur concurrents. Notamment la partie bleue du spectre.

SuperHAD

Leur sensibilité en infra-rouge est aussi très bonne puisque ces capteurs sont utilisés en condition de lumière faible comme c’est le cas pour les cameras de surveillance.

Le SuperHAD (Super Hole Accumulation Diode) permet d’optimiser la sensibilité de la surface par l’utilisation de microlentilles pour collecter la lumière dans ce qu’on appelle habituellement les « dead zones » (litteralement les zones mortes) du capteur. Pour plus d’infos sur la conception des ces capteurs, voir : Sony Super HAD

Ces capteurs utilisent la technologie de l’antiblooming qui evite la saturation des pixels surexposés.

L’Antiblooming est réalisé par la structure même du CCD (Photosite element). Celle-ci permet de « drainer » les électrons en trop pour eviter que ceux-ci ne « débordent » sur les photosites adjacents .

Ceci implique une perte de sensibilité de l’ordre de 25 à 30%, Cette perte est néanmoins compensée partiellement par l’utilisation des microlentilles qui collectent la lumière des « dead zones »

L’ Antiblooming permet aux capteurs d’evacuer de 100x à 1000x leur seuil maximum de quantité d’electrons reçus avant qu’ils ne saturent.

Vous trouverez des élements interessants sur l’Antiblooming sur le site d’Apogee : Apogee

Rendement Quantique

Le rendement quantique traduit la capacité d’un capteur a produire des electrons à mesure qu’il reçoit des photons.

Malgré leur relative petite taille, et l’utilisation de l’antiblooming, on peut voir sur le graphique ci-dessous que les capteurs Sony, et en particulier le ICX285 ont un très bon rendement quantique comparé aux autres capteurs actuels. Ceci est dû probablement aux recents developpement sur le sujet.

Les tests que j’ai effectués avec mon Artemis sur des temps d’aquisition très courts le confirment.

Capture d’écran 2014-11-08 à 19.14.57

Capacité de charge

Consulter le site de Apogee – Well depth pour plus d’information sur le sujet : Apogee – Well depth

L’estimation du Well Depth de chaque capteur est décrite dans la doc technique de Artemis: Artemis CCD

L’ICX285, une petite Capacité de Charge

Le critere de Capacité de Charge caractérise la quantité d’electrons rendus par chaque photosite avant que celui-ci ne sature.

Pour le ICX285, ce critère est estimé à 32000 electrons. C’est peu comparé au capteur Kodak qui sature à 85000 electrons.

Pourquoi cette différence ? 2 raisons pricipales :

 

  • La capacité de Charge est déterminée principalement par la structure de la surface collectrice ainsi que la structure des photosites.
  • La taille des photosites de l’ICX285 est de 6.45µ->41µm^2, alors que les photosites des capteurs Kodak sont au moins de 9µ->81µm^2, c’est à dire un gain de 100% de la surface collectrice !
  • Les capteurs Kodak utilisés dans l’astrophotographie n’ont pas d’antiblooming, ce qui éconmise encore 25% de surface collectrice.

Consequences d’une Capacité de Charge réduite :

Il n’y a absolument aucun impact au regard du rendement quantique.

La conséquence principale est le problème de saturation et de dynamique de l’image. Par exemple si vous photographiez M42 (Grande nébuleuse d’Orion), vous allez saturer très rapidement la partie du capteur qui « voit » le coeur brillant de la nebuleuse, mais il n’y aura pas de blooming grace à la structure du capteur. D’un autre coté vous devrez effectuer des poses plus longues pour révéler les fines structures de la nébuleuse.

Pour ces objets brillants et néanmoins dont la structure est très subtile, vous devrez travailler avec des poses multiples pour les additionner ensuite .
D’autres parts si vous utilisez par exemple un binning de 2×2, vous combinez 4 pixels en un seul pixel virtuel. Le pixel résultant sera 4 fois plus receptif, avec une capacité de charge multipliée par 4, soit 32000 * 4 =128000 electrons.

En conclusion : concrètement la faible Capacité de Charge n’a qu’une influence relative sur la performance du capteur de l’ ICX285.

Conversion Analogique -> digitale

La conversion analogique vers digital (Analog to Digital Conversion =ADC) est réalisée par un circuit 16bits l’ ADS8322 de Texas Instruments.

Son travail sur le CCD est crucial : il lit le nombre d’électrons rendus par chaque photosite, et le transmet au traitement de l’Artemis.

Il n’est pas besoin d’utiliser un convertisseur de plus de 16bits. La capacité de charge est estimée a 32000 electrons et le convertisseur peut compter 65535 valeurs différentes.

L’Artemis de son coté, lit la valeur du nombre d’electrons (donnée par l’ADC) et le traduit par une valeur sur le pixel.

Signal et bruit.

‘ai été très surpris par le faible signal d’obscurité (dark signal) produit par l’Artemis 285. Ce signal d’obscurite correspond au fond du ciel, il se combine nécessairememt à l’image elle-meme.

Le signal d’obscurité est déterminé par 2 facteurs :

  • Conception du capteur
  • Temperature. La chaleur fait bouger les electrons -> c’est le bruit thermique.

L’ Artemis dispose d’un module Peletier unique. Il réduit de 20°C la température du capteur. A noter que ce module est gourmand en energie 2.5 A en 5V.

Là ou les cameras CCD ordinaires utilisent plusieurs modules Peletier, l’Artemis n’en utilise qu’un seul. Ce qui implique evidement une consommation d’energie réduite.

Le signal d’obsurité de l’ICX285 est très faible : 300 adu/47000 sur une pose de 5 min. Apres soustraction du signal d’obsurité, le bruit restant est de 100 adu/47000 : l’ ICX285 a un très bon niveau de bruit!

Je n’ai noté aucun pixel chaud sur mon capteur.

Vous pourrez trouver un exemple de dark sur la section « Docs Artemis  » de ce site, mais attention : si des pixels apparaissent comme chauds ils ne sont pas pour autant saturés. Leur valeur est de +200adu/47000 par rapport aux autres. En condition réélles ceci est négligeable.

Support Logiciel

Aujourd’hui, la camera est livrée avec :

  • Artemis windows drivers
  • Artemis Astroart/Maxim DL drivers
  • Artemis Capture and Diagnostic
  • Artemis SDK fpour ceux qui voudraient développer leur propre logiciel.

Je n’ai pas encore utilisé l’Artemis avec Maxim, mais c’est deja un plaisir de l’utiliser avec AstroArt.

Artemis Capture est aussi un logiciel tres agreable et efficace . It is frightening in helping to find the focus or making image adjustments.

artemis_atik

 

Conclusion

La camera Artemis est à mon sens une des meilleures CCD au regard de son prix et de ses qualités.

Elle constitue un outils tres puissant, tres sensible et fiable que je compte utiliser le plus souvent possible .

Artemis ou Atik?

Les 2 sont exactement les memes excepté la couleur. je pense que si vous vous sentez pret(e) pour realiser le montage, prennez une Artemis sinon achetez la toute faite chez Atik (ce que j’ai fait)

source

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