Lunga vita ai CCD
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Lunga vita ai CCD

Lunga vita ai CCD

La notizia è di ieri, ma io ho appreso il fatto solo oggi: l’azienda americana OnSemiconductor cesserà la produzione di sensori CCD.

Con un comunicato ufficiale l’azienda scrive:

“The ongoing market conversion from CCD to CMOS image sensors has been accelerated both by an industry slowdown that began in 2018 as well as availability of advanced CMOS image sensors such as ON Semiconductor’s line of XGS products. In light of these factors, ON Semiconductor has been monitoring the sales activity and viability of our CCD image sensor products. The recent

activity for the products on the attached device list has declined to a level which can no longer be sustained. As a result of this analysis we regret to announce discontinuance of our CCD products as described in this notification.”

Traducendo brevemente si capisce che la scelta dell’abbandono della tecnologia CCD sia dovuto esclusivamente al mercato dove ormai sono i sensori CMOS a farla da padrone, la vendita dei CCD ha raggiunto livelli che non possono essere a lungo sostenuti dalla ditta. La produzione sarà interrotta dal 18 Marzo 2020, a Giugno 2020 cesserà del tutto l’attività nell’impianto Kodak di Rochester, mentre le spedizioni saranno garantite fino a Settembre 2020. Dalla scena dell’astrofotografia sono dunque destinati a scomparire sensori usati da moltissimi astrofili, amatoriali e non, come i KAF e KAI, oltre ad altri sensori CCD prodotti dall’azienda e meno noti come i KAE, KLI e KAC.

Tale notizia, aggiunta alla cessazione della produzione dei CCD da parte di Sony nel 2015 (famosa la serie ICX), porta ad un’unica conseguenza: il CCD è morto.

Non proprio morto, per anni infatti saranno disponibili ancora camere CCD, a distanza di 4 anni dall’annuncio di Sony sono infatti ancora in commercio i suoi sensori, ma esaurite le scorte il CCD morirà davvero.

La stessa nota dell’azienda lascia intendere che si tratta solo di una scelta commerciale, legata al mercato come detto sopra, NON di una scelta legata alla qualità. Non ho intenzione di aprire una nuova discussione CCD vs CMOS, non ho dubbi sul fatto che i nuovi CMOS siano estremamente performanti, forniscano una gamma dinamica ed una efficienza quantica simili se non superiori ai CCD, e i risultati in termini di snr risultino eccellenti. Non mi metterò qui a dire quale sensore è meglio e perchè. Voglio solo parlarvi di una parametro fondamentale per chi fa fotografia estetica, ma ESSENZIALE e VITALE per chi fa ricerca e di cui i CCD ne sono l’emblema: la linearità del sensore.

Cosa significa linearità del sensore, e perchè è così importante per noi fotografi amatoriali e per chi fa ricerca?

Si intende la risposta del sensore al variare dell’intensità luminosa, se ad esempio fotografo una stella di luminosità costante, non variabile, mi aspetto che al raddoppiare dell’esposizione mi raddoppierà pure il segnale nel sensore (non snr, si parla di segnale puro!). Non è affatto scontato anche perchè non tutti sanno che il nostro occhio non è affatto lineare, ma ha una risposta logaritmica alla luce, quindi non è ovvio che tutto risponda in modo lineare! Senza entrare nella dinamica del nostro occhio continuiamo a parlare di sensori. Avere una lettura reale della luminosità di una stella è fondamentale quando si fa ricerca, non possiamo lasciare che le nostre misure siano viziate da una risposta non lineare del sensore. Immaginate, per assurdo, la ricerca di pianeti extrasolari che sfrutta il metodo del transito dei pianeti sopra al disco della loro stella, pensate di eseguire tale ricerca con un sensore non perfettamente lineare, studi in cui le misure devono essere perfette dato che la luminosità della stella al momento del transito di un pianeta subisce minime variazioni. Eseguire tale ricerca con sensori poco lineari porterebbe a continui falsi positivi e falsi negativi, risultando impossibile. Si tratta solo di un esempio, un po’ estremo, ma pur sempre reale. Volendo si potrebbe fare altri esempi!

Ma anche per noi, semplici astrofotografi amatoriali, la linearità del sensore è importante, infatti una riposta lineare del sensore renderà più facile la calibrazione delle nostre immagini con i Flat Field ed i Dark Frames. In un sensore poco lineare diventa davvero difficile catturare Flat field che cadano entro il range di linearità di tale sensore, e se i Flat Field non cadono entro tale range si ottiene dei flat che non correggono, quando va bene, o che correggono in maniera sbagliata introducendo altri errori, nel caso peggiore. Io stesso ho ricevuto messaggi privati di amici astrofili con difficoltà a correggere i loro Light Frames ripresi con le nuove camerine CMOS.

I CCD sono una sicurezza e garanzia in termini di linearità del sensore, un parametro importante per tutti, ma fondamentale per la ricerca e la fotometria. La linearità è espressione di qualità e bontà del sensore e dell’elettronica che lo contorna.

Come detto in precedenza non voglio fare paragoni tra sensori, mi limito pertanto a mostrare due grafici fondamentali del sensore in mio possesso, il KAF 8300. Una volta compresi tali grafici potrete andare voi a fare confronti e paragoni tra i vari modelli di sensori.

grafico dal sito Diffractionlimited .com

 

Questo grafico mette in relazione il tempo di esposizione con il valore di ADU misurato, in un sensore lineare al raddoppiare del tempo di esposizione deve raddoppiare anche il numero di ADU misurati. Come vedete il mio sensore mostra una linearità quasi perfetta per tutti i valori ADU esaminati, e l’andamento è semplificabile con una retta descrtitta dalla semplice equazione ADU=k*tempo. Un grafico descritto da una linea non retta, ma ad andamento curvo, mostra che al variare costante del tempo di esposizione il valore degli ADU non varia in maniere altrettanto costante, segno di poca linearità.

Ma tale grafico da solo non basta, possiamo andare ancor più nello specifico con il secondo grafico.

Tale grafico mette in relazione il valore di Fit Residuals al variare degli ADU misurati. Per Fit Residuals si intendo lo scostamento tra il valore di ADU misurato per quel dato tempo di esposizione ed il valore ADU teorico di un sensore perfettamente lineare, quindi minore sarà tale valore di Fit residuals e migliore sarà la linearità del mio sensore.

grafico dal sito teleskop-express.it

 

Si evince dal grafico che il mio sensore è estremamente lineare fino a circa 20.000 ADU, come si vede infatti il valore di Fit residuals è prossimo allo 0, ovvero gli ADU misurati e osservabili nel primo grafico sono pressochè coincidenti ai valori descritti dalla retta di linearità. Il fit Resiaduals aumenta poi oltre i 20.000 ADU, sintomo di perdita di linearità per quei valori, con un valore misurato che si scosta di 140 ADU dai 33.000 ADU teorici. Ora, capiamoci, 140 ADU di scostamento su 33.000 ADU sono un’inezia, significa comunque una linearità quasi perfetta. Probabilmente però questo piccolo scostamento sarebbe sufficiente ad alterare misure fotometriche di estrema precisione, come quelle per i transiti nella ricerca di pianeti extrasolari!

Per concludere

Il futuro sicuramente ci regalerà sensori CMOS estremamente performanti e con valori di linearità simili ai moderni CCD, ne sono certo, così come sono certo che in futuro io stesso comprerò un sensore CMOS, ma chi oggi ha un CCD se lo terrà ben stretto. Le ditte che producono CMOS dovranno adesso impegnarsi nel produrre sensori che vadano bene anche per chi fa ricerca, fornendo loro valide alternative ai CCD, e non solo per noi piccoli astrofili impegnati nella caccia ai likes su facebook.

La fine dei CCd è stata decretata dal mercato, dalle mode e dalle tendenze, non dalla loro inefficienza. Mi sento di dare un consiglio a tutti i neofiti o astrofili in cerca di nuovi acquisti: non lasciate che sia il mercato, o la moda, a decidere quale sensore dovrete comprare in futuro. Ragionate sulla base delle vostre esigenze, sulla base dei vostri strumenti, obbiettivi, considerate il cielo dal quale riprendete per studiare la miglior tecnica di ripresa, ricordate del campionamento. Una volta fatte le opportune considerazioni comprate ciò che meglio si sposerà con le vostre conclusioni, non quello che vi diranno gli altri di acquistare. Io, ad oggi, ricomprerei subito un altro sensore CCD KAF 8300.

Lunga vita al KAF 8300.

Lunga vita ai CCD.