StarCamEx - first light

Astronomiska CCD-kameror (ej webkameror)
Starsoft
Posts: 1501
Joined: 2007-09-20 14:21:00
Location: Gävle
Contact:

StarCamEx - first light

Post by Starsoft »

Hej på er

Kul att se att det kommer in en massa bilder att titta på i forumet när jag själv är helt inaktiv, det ser ut som vårruset kommit igång och nu gäller det att passa på under de få moln och månfria nätter som återstår innan sommaren. Själv har jag ännu ingen kamera, min Artemis har inte kommit tillbaka från Atik i Portugal, StarCamEx är inte klar och mitt obs är totalt insnöat och fullständigt oåtkomligt. Jag längtar faktiskt till hösten då jag ska vara igång igen.

Jag skrev i den långa tråden om StarCamEx att jag beställt prototypkort till den som inte gick att använda. Efter att jag suttit och stirrat elakt på dessa i några dagar så bet jag i det väldigt sura äpplet och ägnade större delen av helgen åt att försöka löda på komponenterna åtminstone på cpu kortet för att försöka få till en fungerande kamera. Sensorkortet hade jag en fungerande modell av som skulle gå att använda i det här testet, problemet med det är att bildsensorn sitter på fel sida och kontakterna för kablarna är felvända men det är fel går att leva med i testriggen. Kretskorten kostar trots allt en del när man beställer enstaka så det verkade inte lockande att beställa nya riktiga kort för att upptäcka att dom hade något allvarligt designfel. Så i söndags kväll hade jag efter många svordomar och kortslutningar fått ihop något som skulle kunna fungera som såg ut så här.

Image
Här syns kamerans provisoriska front som "funkstar" tillverkat, ett litet CCTV objektiv sitter monterat. Det nästan tomma blanka kretskortet där bakom är det som ska innehålla kontrollkretsarna för AO-enheten och kyla/värme, det är funktioner jag struntar i så länge. Bakom det skymtar cpu kortet som däremot krävs för att få igång kameran.

Image
Här syns de 3 kablar som binder samman sensorkortet med kyla/värme-cpu korten, kablar använder jag för att sensorkortet ska kunna röra sig och då fungera som AO enhet utan att man behöver blanda in störande optiska element. De två breda kablarna är för ström och sensorstyrning, den tunna kabeln är den som leder den kritiska analoga utsignalen som motsvarar pixlarnas ljusstyrka till analog-digital omvandlaren som sitter på cpu kortet.

Image
Här syns det med stor möda monterade cpu kortet, till vänster sitter cpu för USB 2.0 och övrig kameralogistik, till höger sitter cpu för att hantera bildsensorn, upptill sitter kretsar för strömförsörjning. Som ni kan se finns här plats över och tanken är att i den färdiga kameran så ska det sitta ytterligare en separat krets för USB hanteringen, detta för att kunna öka överföringshastigheten. Med den här lösningen skulle det ta för lång tid att läsa ut en bild om man har en större, typ 4MP bildsensor.

Så till det intressantaste, vad blev då resultatet när jag slog på strömmen och började exponera?
Image
Riktigt på en gång blev det inget alls, en del filande på programvaran krävdes, bl.a. fick jag sänka utläsningshastigheten för att få ett bättre resultat, bilden är från min testbänk på jobbet där ni kan se att det ligger en del andra pågående projekt.

Vad kan man då säga om den här första bilden? Några uppenbara fel och brister finns, en del väntade men också ett oväntat problem som jag ännu inte vet hur jag ska fixa.

Först kan jag nämna de svarta och vita små streck som syns här och där som nästan ser ut som hot-pixels, dom beror på elektriska störningar som jag kommer att kunna åtgärda ganska enkelt. Sedan så kan man också se att bilden är lite brusig, det orsakas av förstärkaren mellan ccd och analog-digital omvandlaren, det hade jag väntat mig genom att jag ännu inte har brytt mig i den designen, jag vill ha en fungerande kamera att labba med för att kunna testa ut en riktigt bra förstärkarlösning, det här är nog den mest kritiska punkten i en astrokamera. Sedan har vi de vertikala streck som syns i bilden, dom vet jag inte hur dom upstår så här krävs mera forskning. Men överlag tycker jag att kameran hoppade igång överaskande bra även om det naturligtvis återstår en bit innan jag har en perfekt astrokamera.

Även på programvaran återstår en hel del, nu finns bara en fungerande kedja från ccd via kamera och USB till fits-fil på hårddisken men ännu inga finesser alls.

Anders
Observatorium v2.0: http://www.hemlin.se/astroweb
User avatar
Robert
Site Admin
Posts: 2983
Joined: 2005-12-06 11:07:12
spamtest: JA
Location: Alingsås
Contact:

Re: StarCamEx - first light

Post by Robert »

Kul att se en bild från Kameran. Även om det är en del kvar som du säger så en lovande start. Ser fram emot fler bättre testbilder.
funkstar
Posts: 58
Joined: 2008-05-03 18:50:41

Re: StarCamEx - first light

Post by funkstar »

Så jäkla häftigt!!
Trodde inte att det skulle bli ngt så konkret så snabbt. Jämför detta med en bild på spänningsnivåer i ett oscilloskop, ganska stora framsteg måste jag säga. Roligt att huset kom till användning.
För er som inte har sett det innan så har jag lagt upp lite bilder på de CAD-filer vi har jobbat fram för huset och mekaniken på min hemsida. Tänkte starta en tråd för mekaniken när vi väl kommer till att tillverka ngt och tester osv.
http://www.per.artektron.se/ST_Ex/ST_Ex.html

Men som sagt, snyggt jobbat Anders. Det här kommer bli bra!!

P.-
mikael
Posts: 251
Joined: 2005-12-08 18:25:42
Location: Enköping
Contact:

Re: StarCamEx - first light

Post by mikael »

Kul! Måste vart underbart när du fick se första bilden efter allt jobb. Hoppas att vårt kandidatarbete kommer dit någon gång :) Har köpt en KAF1600 på ebay nu, så lite större sensor än KAF0402 blir det i alla fall.

En tanke: hade det inte vart bättre att sätta AD-omvandlaren nära sensorn?
/Mikael Mårtensson, martenssonphoto.se
Starsoft
Posts: 1501
Joined: 2007-09-20 14:21:00
Location: Gävle
Contact:

Re: StarCamEx - first light

Post by Starsoft »

Hej på er

Jag hade väntat mig nya fina bilder i galleriet idag med tanke på det fina vädret som var i natt, men det kanske bara var här i gävletrakten som det var en kanonfin natt?

Jag har i alla fall haft några timmar idag till att arbeta med de problem som visade sig vid testningen av kameran förra helgen och det gav resultat ganska så snabbt. Eftersom jag trodde att jag hade koll på mjukvaran så har jag så här långt inte ägnat så mycket tid åt den jag har lagt nästan all tid på elektroniken, resultatet blev ett par bugar och en missbedömning.

De punkter och streck som syns i den första testbilden är inte elektriska störningar som jag trodde utan det är pixlar som inte hunnit skickas via USB till PCn så att dom skrivits över av nya pixlar från nästa sektion av bilden som ska skickas. När jag ökade utläsningstiden från bildsensorn och snabbade upp programmet en aning så försvann det problemet men i stället blev problemen med de verikala strecken ännu värre.

Det visade sig att de vertikala strecken dyker upp under utläsningen av bilden om bildsensorn är för varm, normalt finns alltid någon form av kylning på bildsensorn, aktiv peltier eller något annat men i det här fallet så sitter sensorn och väntar på att få en peltierkylning som inte finns på plats, resultatet blir att sensorn blir ganska varm, kanske 35 grader. Då blir det sådana streck så dom lär jag få dras med tills att kylningen kommer igång. Strecken bildas under utläsningstiden och genom att den nu är typ 10s så blir dom extra tydliga men dom kan även ses på bias bilder tagna med okylda ICX-285 baserade kameror som jag sett.

Anledningen till den långa utläsningstiden är att jag i testkameran struntat i att använda buffertminne för att mellanlagra pixlarna. Kameran fungerar så att den ena processorn enbart och helt ostört arbetar med att hantera bildsensorn och analog till digital omvandlingen. Den andra processorn ska alltid vara beredd att ta emot varje pixel som i jämn takt kommer ifrån den andra processorn. Det fungerar bra ända tills USB hanteringen ställer till det. När data ska skickas iväg till PCn så hinner inte alltid processorn med att hantera inkommande data från den andra processorn och då blir det problem, därför är utläsningstiden just nu besvärande lång. I den riktiga version som kommer härnäst så blir det 16MB buffertminne mellan processorerna så då är det här problemet också löst.

Så här ser en bild ut just nu
Image
Inte en antydan till störningar...

Jag har också testat lite med att göra fft analys på en flatbild tagen med kameran
Image
Korset uppstår på grund av att det genom den långa utläsningstiden blir en vertikal och en horisontell gradient i bilden men det syns inga andra störningar, resutatet ser faktiskt oroväckande bra ut.

Trodde inte att det skulle bli ngt så konkret så snabbt. Jämför detta med en bild på spänningsnivåer i ett oscilloskop, ganska stora framsteg måste jag säga
Genom att det inte tog så många timmar att göra programvaran, en del var redan klart, så blev steget från oscilloskop ganska snabbt avklarat, men som sagt så blev det en och annan bug också :oops:

En tanke: hade det inte vart bättre att sätta AD-omvandlaren nära sensorn?
Det är säkert helt rätt. Jag valde att göra så här för att slippa dra in klockpulserna för AD omvandlaren på sensorkortet men jag kan med mina nyvunna kunskaper konstatera att det skulle gå utan problem med ett bra designat kretskort för bildsensorn. Men jag har också provat med en lååång skärmad kabelför signalöverföringen och min lösning verkar fungera ändå så det kanske inte spelar så stor roll.

Kul med din KAF1600, då blir det en riktigt bra kamera, som ni ser här i tråden så blir bilderna inte så stora med en 640x480 sensor. Nyfiken fråga... vad ni fick betala?

Anders
Observatorium v2.0: http://www.hemlin.se/astroweb
funkstar
Posts: 58
Joined: 2008-05-03 18:50:41

Re: StarCamEx - first light

Post by funkstar »

Härligt jobbat!! Roligt när det löser sig snabbare än man tänkt sig. Ser ruggigt lovande ut tycker jag :-)
Ska börja jobba på det "stationära" huset i veckan så vi/du kan komma vidare i testandet.

Pera
mikael
Posts: 251
Joined: 2005-12-08 18:25:42
Location: Enköping
Contact:

Re: StarCamEx - first light

Post by mikael »

Nu ser ju testbilden riktigt bra ut!
Kul med din KAF1600, då blir det en riktigt bra kamera, som ni ser här i tråden så blir bilderna inte så stora med en 640x480 sensor. Nyfiken fråga... vad ni fick betala?
Jag köpte den på ebay för 1250kr inklusive frakt. :)
/Mikael Mårtensson, martenssonphoto.se
nQue
Posts: 2
Joined: 2010-03-13 18:11:37
spamtest: JA

Re: StarCamEx - first light

Post by nQue »

Hejsan, riktigt snyggt jobbat! Jag arbetar tillsammans med Mikael på samma projekt, men det jag främst oroar mig över är processorerna och USB-överföringen, så jag tänkte ställa några frågor till dig och hoppas du har fina svar :)

Vi tänkte av billiga och smidiga skäl först bara använda en enda hyfsat långsam 8-bitars processor i kameran, men efter att ha överslagsräknat på vår utläsningstid så landar den på cirka 2 minuter. Själva samplingen sker så fort vi vågar driva den, men det är USB-överföringen som tar tid! Så jag är oerhört nyfiken på hur du har löst överföringen? Och använder du nåt bibliotek för att få USB 2.0?

Vi hittade ett libb (V-USB) som funkar på vår processor. Men då snurrar allt långsammare än usb 1.1 low-speed! Och med vår nya sensor (1.6 megapixels) och två bytes per pixel, så blir det mer än 2 minuters överföringstid totalt! (libbet är specificerat till maximalt 24 kB/s, vilket jag tror är hårdkodat bundet till USB 1.1 specifikationen).

Alla är överens om att två minuter är ganska otrevligt lång tid. Så vi vill lösa det på något sätt! Har du något förslag hur? Finns det enkla sätt att inkorporera high-speed USB eller USB 2.0 i vår lilla processor? Jag läser att du har en helt egen dedikerad processor till USB, men det låter lite overkill. Vi vill ju dessutom hålla det hela billigt och enkelt att tillverka (för glada amatörer som vill återupprepa vår design). Håller du med om att vi klarar oss på en enda processor?

Men här är en trevlig detalj iaf: med lite överslagsräkning så får jag fram att vår processor (atmega168) som vi driver på 20 MHz har mycket kapacitet över! (om det verkligen inte går åt 830 klockcykler för att skicka en byte! i dont think so!). Kanske räcker det rentav till att köra highspeed USB? Vet du om det finns några bra libbs till det eller måste man hitta på all kod själv?

Tack på förhand!
Starsoft
Posts: 1501
Joined: 2007-09-20 14:21:00
Location: Gävle
Contact:

Re: StarCamEx - first light

Post by Starsoft »

Hej

Intressanta frågor, jag skickar tillbaka 2 för att få lite mer kött på benen.

1. Kommer ni att använda aktiv kylning av ccd? Den maximala utläsningstid man kan tillåta hänger på om sensorn är kyld.

2. Kommer ni att använda buffertminne för att mellanlagra bilden och därefter skicka hela bilden vidare eller tänker ni läsa in ett litet block med pixels från sensorn, skicka det via USB, läsa in nästa block, osv?

Jag använder PIC18F4550 som har USB 2.0 (full-speed = 12Mbit) som är hyggligt billig och enkel att använda, ger nästan 1MByte per sekund i praktiken. Anledningen till att jag använder två cpu är för att jag absolut vill att utläsningen av data från sensorn ska gå utan de avbrott som jag tror är oundvikliga om samma cpu ska hantera både klockningen av sensorn och USB överföringen men det finns för all del många kamerakonstruktioner där man bara använder en cpu.

Nu gick det dessutom inte ens med två cpu att undvika avbrott i den hastighet jag önskade, i vissa fall när cpu hanterar USB överföringen så tar detta så lång tid att jag måste sacka ned överföringen från sensor-cpu så den tar 10s för att det ska fungera. Det verkar som buffertminne eller en extern USB krets är det som måste till i min konstruktion för att få upp farten. Det här gäller så klart bara om man som jag inte vill acceptera små delays då och då vid utläsningen av bilden från sensorn.

Jag misstänker att om ni gör en egen USB hantering så kommer det arbetet att helt dominera projektet.

FTDI har en USB krets som ser trevlig ut som ni kanske skulle kunna använda, då får ni både high-speed USB och bör dessutom kunna få ett bra dataflöde genom att den innehåller en minnesbuffert. Jag har aldrig testat den men det ligger nära till hands för mig att prova den framöver när jag behöver öka USB farten, FT2232H http://www.ftdichip.com/Products/FT2232H.htm

Om ni använder en Kodak KAF1600 sensor utan aktiv kylning så kommer den att fyllas med brus väldigt snabbt i rumstemperatur, då blir riktigt bråttom att läsa ut bilden.

Anders
Observatorium v2.0: http://www.hemlin.se/astroweb
mikael
Posts: 251
Joined: 2005-12-08 18:25:42
Location: Enköping
Contact:

Re: StarCamEx - first light

Post by mikael »

Jag kan svara på fråga nummer 1.

Vi kommer att ha aktiv kylning med PI-reglering. En av våra projektmedlemmar har suttit och designat ett kylsystem som ska klara att kyla till -20C (eller om det var -25C). Kylningen ska ske med en analog PI-reglering där vi trimmar in en referenssignal för att få den temperatur vi vill ha på sensorn oberoende av yttertemperatur. Vi ska testa själva reglerkretsen i labbet i morgon tänkte vi :)
/Mikael Mårtensson, martenssonphoto.se
nQue
Posts: 2
Joined: 2010-03-13 18:11:37
spamtest: JA

Re: StarCamEx - first light

Post by nQue »

Okej tack för mkt snabbt svar! Först svar på frågorna:
1. VI är medvetna om brusproblemet. Vi har aktiv kylning mha peltier-element, kylfläns och fläkt. Via beräkningar så räknar vi med att landa på cirka minus 20 grader. (edit: aha, mikael hann först haha)
2. Vi planerar använda en mekanisk slutare, och har redan designat in den i systemet. Därmed kunde vi friskt förvänta oss att utföra stötvis utläsning utan att märka några problem. Planen var att läsa ut 1000 pixlar till programminnet (vi har 16kB så det borde räcka till några pixlar i taget) och sedan skicka dem via usb, och sen ta nästa tusental pixlar, osv.

Är det bara för att du inte har någon slutare som du är så noggrann med att läsa ut bilden jättesnabbt? Eller har du inte särskilt bra kylning?

[Edit: då jag hunnit forska reda på rätt många detaljer själv så redigerar jag bort min gamla text och stoppar in en ny här]

Tack för tipsen om vilken processor du använder och om USB-kretsen. Då vi är nybörjare så visste vi inte riktigt vad vi skulle Googla på, och vilka ställen man kunde hitta information och exempelprojekt på, så det räckte med dina ledtrådar för att vi skulle komma rätt långt jämfört med förut. Vi vill inte kapa din tråd, så vi skapar nog en egen strax :)

Men om vi spinner vidare på din konstruktion, får jag då fråga hur du har löst problemet med att ta emot datan i din PC? Konstruerar du nån helt egen drivrutin, eller arbetar du genom nån av standard-drivrutinerna (mass-storage-device exempelvis)? Fjärrstyr du kameran från datorn? Via ett standard-program i så fall, eller något du skapat själv?
Starsoft
Posts: 1501
Joined: 2007-09-20 14:21:00
Location: Gävle
Contact:

Re: StarCamEx - first light

Post by Starsoft »

Hej

Jag är i Barcelona just nu så det är därför det tog lite tid att svara.
Är det bara för att du inte har någon slutare som du är så noggrann med att läsa ut bilden jättesnabbt? Eller har du inte särskilt bra kylning?
Kameran ska också användas till fotometri vilket ställer högre krav än för att ta vanliga bilder.
Men om vi spinner vidare på din konstruktion, får jag då fråga hur du har löst problemet med att ta emot datan i din PC?
Det finns absolut ingen anledning att göra en egen drivrutin, jag bygger min lösning på ett kodexempel från Microchip som anvönder "Winusb" på PCn för kommunikationen av rådata. Det finns en del kodexempel på nätet som bör gå att hitta via Google, jag kan återkomma om det här nar jag är hemma om det behövs.

För att sedan styra kameran från PC så bör man först skapa en vanlig windows dll som innehåller ett api för kamerans funktioner. Sedan kan denna dll enkelt kapslas in i ytterligare programvara för att anpassas till de olika existerande programvaror/gränssnitt som finns för astrofoto, ASCOM t.ex.

Astroart programvara för astrofoto har ett sdk som kan laddas ned via nätet och som kan utgöra en mall för hur en kamerastyrnings-ddl bör se ut.

Anders
Observatorium v2.0: http://www.hemlin.se/astroweb
mikael
Posts: 251
Joined: 2005-12-08 18:25:42
Location: Enköping
Contact:

Re: StarCamEx - first light

Post by mikael »

Hej. Har du gjort några framsteg i projektet?

Jag är väldigt sugen på att bygga en kamera med min KAF1600 sensor men jag tror att jag kommer att ha mycket svårt att göra det själv, skulle gärna se lite av dina kopplingsscheman!
/Mikael Mårtensson, martenssonphoto.se
Starsoft
Posts: 1501
Joined: 2007-09-20 14:21:00
Location: Gävle
Contact:

Re: StarCamEx - first light

Post by Starsoft »

Hej

Dags för liten uppdatering av projektstatus.

Resultatet av testerna som gjordes tidigare enligt den här tråden blev att den analoga sensordelen fungerar mycket bra, jag hittade inga problem alls med den designen. Däremot fanns det stora problem med den digitala delen som hanterar och vidarebefodrar bilddatat till PC, den hade påtagliga prestandaproblem på grund av att jag valt för enkla processorer. Anledningen till det var att jag var rädd för att det skulle bli för svårt att löda in de större kretsarna med deras större bentäthet. Det var framför allt bristen på internminne i de enkla processorerna som gjorde att nedladdningstiderna med lite större bildsensorer skulle blivit alldeles för långa.

Efter att ha legat i träda ett tag så har jag nu åter tagit fram projektet och gjort följande förändringar.

1. Kretskorten är nu något större så att det ska gå att få plats med upp till en KAI-4022 sensor utan att behöva designa om kretskorten helt.
2. Processorerna som används har betydligt bättre prestanda, prov har visat att jag klarar att löda in även 100-benskretsar.
3. Designen bygger nu på bara 2 kretskort, ett analogt sensorkort och ett digitalt processorkort.
4. Samma kretskort ska kunna användas oavsett om kameran är kyld eller inte, har slutare eller andra finesser.
5. Bara mindre förändringar krävs om man väljer Kodak eller Sony bildsensorer, inga anpassningar alls krävs på processorkortet, bara ändringar i mjukvara.

Idag har jag begärt pris på Kodak KAF-1603 och KAI-4022 sensorer, får se vad det ger.

Kodak KAF-1603 ser jag som en utmärkt krets tillsammans med min GSO RC8, med sina större pixlar så blir bildskalan bättre jämfört med Sony ICX-285, jag föjler med stort intresse Bengts övningar eftersom han har samma ICX-285 baserade kamera som jag har idag på en GSO RC10.

Inom 2-3 veckor hoppas jag att utvärderingen av de nya kretskorten är klar. Därefter om den fungerar tillfredställande kommer jag att lägga ut designen för nedladdning, jag vill inte göra det innan jag vet att konstruktionen fungerar till 100%.

Så Mikael behöver bara vänta lite till så kommer det mer information, även om jag kanske väljer en annan sensor så skulle kamerans processordel med tillhörande USB drivrutiner och PC programvara gå att använda.

Anders
Observatorium v2.0: http://www.hemlin.se/astroweb
Starsoft
Posts: 1501
Joined: 2007-09-20 14:21:00
Location: Gävle
Contact:

Re: StarCamEx - first light

Post by Starsoft »

Hej på er

Nu har jag fått priser på sensorer, flera glada överaskningar.

Sony ICX285 som då motsvarar t.ex. StarlightXpress H9
Kodak 1603 som sitter i t.ex. QSI516
Kodak 4022 som sitter i t.ex. Atik 4022 och StarlightXpress H16

Totalpriset för de här tre kameravarianterna blir ca 1/3 om man bara tittar på den totala komponentkostnaden vilket gör det hela väldigt intressant om man kan tänka sig eller kanske till och med tycker det är roligt att göra kameran själv.

Nu återstår att välja vilka(en) sensortyp som blir nästa steg, ICX285 är så billig så den är given, sedan måste jag välja mellan 1603 och 4022, förmodligen kör jag 1603 först...

Anders
Observatorium v2.0: http://www.hemlin.se/astroweb