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Matrice CMOS ou CCD
  La firme ZWO a introduit récemment sur le marché une série de caméras refroidies avec matrice CMOS pour le ciel profond. Elle propose deux modèles; un en couleur et l'autre en monochrome. Dans le but de comparer les performances de ces nouvelles caméras, voici une analyse comparative de caméras à matrice CMOS et CCD.

Toutes les caméras analysées ont une matrice au champ large. Il y aura comparaison entre les caméras avec matrice couleur et celle en monochrome. Considérant qu'il y a constamment des innovations technologiques dans ces types de caméras, je mettrai régulièrement à jour cette analyse comparative.

Toutes les caméras CCD sont munies de la populaire matrice Kodak KAF-8300. Considérant l'important volume de vente de ces modèles, ils sont offerts à un prix beaucoup plus bas que les autres matrices CCD au champ large. Il est donc intéressant de comparer leurs performances avec ceux à matrice CMOS dont le prix est encore le plus bas.

Voici donc un tableau permettant de comparer ces différents types de caméras :

CMOS ou CCD

Cette évaluation est pour l'utilisation d'une seule caméra pour le grand champ de vision et le ciel profond. Donc, pour une utilisation dans toutes circonstances. Elle favorise donc les caméras avec des pixels plus petits avec une matrice de grande taille permettant un usage pour le grand champ de vision (focale courte). Elle permettra un meilleur échantillonnage. Pour le  ciel profond (longue focale), on devra ajuster l'échantillonnage en utilisant le mode Bin 2x2. Comme l'image sera réduite dans un facteur de 4 dans ce mode, il faut favoriser aussi un plus grand nombre de pixels pour conserver une image de grande dimension pour le ciel profond. Par exemple, une caméra de 8 Mégas pixels (Mo) en bin 1x1 sera de 2 Mo en bin 2x2. Cela évitera ainsi d'acheter deux caméras, une pour le grand champ de vision (courte focale qui est la focale la plus utilisée pour les nébuleuses) et l'autre pour le ciel profond (longue focale qui est surtout utilisée pour les galaxies et les nébuleuses planétaires). Il faut considérer que ce n'est pas la majorité des amateurs qui ont les moyens d'investir dans deux caméras qui représentent un investissement de plus de 1 000 $ par caméra! Pour plus de détails et compréhension sur cet énoncé, voir la section Calculs astronomiques.

Voici la description de certains éléments du tableau :
  • Prix en argent canadien (novembre 2016) : pour les caméras monochromes, j'ai ajouté au prix de la caméra, le prix de la roue à filtre motorisée ainsi que les filtres LRVB.
  • Capacité de charge (full weel capacity) : C'est la capacité de charge des signaux lumineux captée par un pixel avant sa saturation (Blooming). Plus le chiffre est grand, meilleure est la plage dynamique (plus grand rapport signal/bruit).
  • Bin 2x2 : cliquer sur ce lien
  • Le refroidissement de la caméra : À chaque refroidissement de 6o Celsius, le bruit diminue de 50%. C'est donc un élément important à considérer lors du choix d'une caméra.
  • Régulation du refroidissement : Cette caractéristique permet de fixer le refroidissement à une température fixe, par exemple -20o Celsius. Cela simplifie grandement la production des Noirs (Darks).
  • Bruit de lecture : Les fabricants de caméras indiquent le bruit de lecture (Read Noice - RMS) en électron (e-). Plus le chiffre est grand, plus il y a du bruit qui s'ajoute à l'image.
  • Rendement Quantique (RQ) : cliquer sur ce lien
La note pour chaque caméra :

- Pour chaque élément, l’instrument le plus performant reçoit l’évaluation maximale de 10 ; les autres sont notés au prorata. Sauf pour le Format 12 bits ou 16 bits pour lequel j'ai accordé un écart plus important ; 12 bits = 5 points et 16 bits = 10 points.
- La Note globale : c'est la moyenne des notes individuelles. La note globale maximale est donc de 10.

Conclusion de cette analyse comparative

Les matrices CMOS couleur et monochrome ont les meilleures notes globales à comparer aux matrices CCD (7 versus 5,3 pour les matrices en couleur et 9 versus 6,9 à 7,1 pour les matrices monochromes). Leurs sensibilités à la lumière (rendement quantique) sont supérieures, malgré des pixels plus petits (3,8 versus 5,4 microns). Ce qui est très étonnant. Il faut aussi considérer la capacité de charge qui est un peu moins élevé pour les matrices CMOS. Mais, globalement, elles demeurent plus sensible à la lumière.

Les matrices CCD ont la réputation d'être plus sensibles à la lumière que les matrices CMOS. Donc, cette analyse démontre que ce n'est plus le cas. En plus, le prix d'achat des caméras avec matrice CMOS est nettement inférieur aux modèles CCD. Avec tous ces avantages (voir le tableau), on peut donc s'attendre à ce que le marché des caméras dédiées à l'imagerie du ciel profond tende plus vers les matrices CMOS dans l'avenir.

Les performances des matrices monochromes sont nettement supérieures aux matrices couleurs (9 versus 7 pour les matrices CMOS). Le rendement quantique est vraiment impressionnant (86% pour la matrice CMOS monochrome et seulement 30% pour la matrice CMOS couleur !). En plus, on peut utiliser le mode Bin 2x2, ce qui n'est pas le cas pour les matrices couleur. Je rappelle que le Bin 2x2 permet d'acquérir 4 fois plus de lumière que le Bin 1x1 pour un même temps d'exposition. En plus, ce mode permet d'ajuster l'échantillonnage de la caméra selon l'objet à imager (tel que mentionner dans l'énoncé ci-dessus). Cela confère aux matrices monochromes des avantages majeurs. Donc, si vous avez le budget, préférez la caméra monochrome ASI 1600 MM avec sa roue à filtres motorisée et filtres LRVB dédiés. De plus, les matrices monochromes sont idéales pour la photographie dans un site de pollution lumineuse important en utilisant des filtres à bandes étroites.

La matrice CMOS couleur reste tout de même intéressante et elle est recommandée pour les budgets restreints. En effet, on n'a pas à investir sur une roue à filtre motorisée ainsi que des filtres LRVB et son prix de revient est nettement inférieur au modèle monochrome (1 349 $ versus 2 232 $). On peut aussi utiliser les matrices couleur en ville en utilisant le filtre IDAS LPS v4 pour les nébuleuses (aussi appelé Narrow Band for Nebula ou NBN) qui retient les bandes Ha (656 nm), OIII (500 nm) et H-Beta (486 nm). Leurs simplicités d'utilisation, en rapport avec les caméras monochromes, les rendent attrayantes. Pour les caméras couleurs, il est suggéré d'utiliser une image de luminance synthétique selon la technique décrite dans ce site. L'image résultante sera beaucoup plus résolue.


Richard Beauregard
Le Ciel Astro - CCD




Références  

Selon les spécifications des fabricants.

Pour le RQ, les valeurs retenues sont pour le rouge à 650 nanomètres, le vert à 550 nm et le bleu à 450 nm permettant ainsi une comparaison entre les caméras. Pour les caméras couleur, le RQ est ajusté de la façon suivante : RQ * 25% pour le rouge et bleu et RQ * 50% pour le vert. 


Créer le 2012/09/19


Réviser le 2017/03/03



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