CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP CCD Toolkit Testowanie kamer CCD Protokół komunikacyjny NUDP Janusz Użycki CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Konwersja obrazu optycznego na elektryczny MATRYCA półprzewodnikowy czujnik światła CMOS CCD PIN najczęściej używane, popularne i tanie CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP CMOS - CCD Nowoczesne matryce CMOS mają podobną do matryc CCD (o zbliżonej rodzielczości i rozmiarze piksela): czułość poziom szumów wydajność kwantową ale... CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Wady i zalety CMOS CCD matryca, wzmacniacze, ADC oraz układy sterujące w jednej strukturze wafla krzemu, łatwe w użyciu, zwykle jedno napięcie zasilania jedynie matryca z wejściami sterującymi oraz prostym wzmaniaczem na wyjściu, skomplikowane sterowanie, duża średnica CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Dlaczego CCD? Charge-Coupled Devices matryce CMOS o średnicy większej niż pół cala są produkowane bardzo rzadko, co dyskwalifikuje je prawie całkowicie w zastosowaniach profesjonalnej astronomii matryce CCD są dostępne w szerokiej gamie rozdzieczości i rozmiarów wybrana matryca CCD: 2048 x 2048 pikseli, 15 x 15 μm każdy CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Jak działa CCD? wykonywanie zdjęcia, czas ekspozycji idea odczytu fotony ładunek vs. światło CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Jak działa CCD? idea odczytu poziome przesuwanie ładunków CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Jak działa CCD? idea odczytu pionowe przesuwanie ładunków „w kolejce” CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Jak działa CCD? sygnał wideo ADC wzmacniacz przesuniecie poziome odczyt CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Budowa matrycy CCD struktura matrycy p f1 f3 f2 n SiO2 CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Budowa matrycy CCD umieszczanie wstępnego ładunku w matrycy umieszczanie ładunku p f1 f3 f2 n bariera brzegowa CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Budowa matrycy CCD studnia potencjału CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Sterowanie matrycą CCD trójfazowy sygnał zegarowy CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Sterowanie matrycą CCD trzy etapy przesuwania ładunku CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Konsekwencje zastosowania matrycy CCD element problemy matryca CCD szumy, wpływ temperatury środowiska pracy, prąd ciemny, „gorące” piksele, gradient czułości matrycy układy sterowania matrycą dobór najlepszych czasów taktowania matrycy wzmacniacz sygnału wideo szumy, dobór wzmocnienia przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) efekty digitalizacji: offset, nieliniowość itp.. CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Przyjęte rozwiązania środowisko pracy około -10ºC redukcja szumów i promieniowania podczerwonego statystyczne metody analizy: „ciemne” zdjęcia (przy braku wszelkiego oświetlenia), tzw. klatki ciemne, pozwalają dobrać najlepsze parametry kamery CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Przykładowy problem do rozwiązania Jakie jest całkowite wzmocnienie poniższego układu? światło CCD wzmacniacz ADC odczyt danych CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Wymagania postawione aplikacji CCD Toolkit zaprojektowane na platforme PC: systemy Windows XP oraz 2000 (główne platformy dla elektroników) możliwość przeniesienia do systemów typu UNIX / linux została użyta biblioteka ROOT (przy wsparciu Marcina Molaka) oraz Microsoft Visual C++ CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Wymagania - odczyt danych odczyt zdjęć (obrazów) w formacie fits fits jest formatem stosowanym w astronomii, w którym nasza aparatura zapisuje dane dane typu ‘RAW data’, 16-bitowe słowa została użyta biblioteka CFITSIO CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Wymagania - wstępna obróbka eliminacja offsetu (przesunięcia poziomu szarości) oraz „gorących” pikseli cel osiągnięty poprzez odjęcie od siebie dwóch kolejnych, ciemnych zdjęć CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP okno główne CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Wymagania - obraz i jego wizualizacja wyświetlanie obrazu zdjęć szybki podgląd zdjęcia umożliwia ocenę głównych wad kamery w sposób natychmiastowy CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP okno podglądu zdjęcia przykładowe powiększenie CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Wymagania - obszar użyteczny matrycy wycinanie obszaru zdjęcia poddawanego dalszym analizom ograniczenie obszaru pozwala odnaleźć część widoku o najlepszych parametrach, czyli tzw. obszar użyteczny CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Wymagania dotyczące analizy - histogram główny histogram XY, statystyczny rozkład jasności pojedynczych pikseli obrazu, dopasowanie do niego rozkładu Gaussa histogram XY pozwala na wyznaczenie minimalnej, średniej i maksymalnej jasności zdjęcia, co zostało wykorzystane przy podglądzie zdjęcia CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP histogramy: XY profili CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Wymagania dotyczące analizy - profile profil X oraz profil Y, są to projekcje danych odpowiednio na oś X i Y, osiąga się je poprzez policzenie sumy bądź wartości średniej w danej płaszczyźnie pozwalają wychwycić niewidoczne wcześniej błedy i oszacować je, np. prąd ciemny czy wpływ sprzężenia pojemnościowego matryca-wzmacniacz CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP profile (projekcje na osie) CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Wymagania dotyczące analizy - pozostałe histogramy histogram profilu X oraz profilu Y podział obrazu na regiony i wykonanie dla każdego z nich histogramu jasności pikseli oraz wyznaczenie parametrów rozkładu Gaussa (wartości głównej /mean/ i odchylenia standardowego /sigma/). podział na regiony pozwala ocenić, gdzie znajduje się obszar o kiepskich parametrach CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP po podziale na regiony CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Wymagania dotyczące analizy - plot gain wykres z punktami o współrzędnych (mean, sigma) dopasowanie prostej do punktów wyznaczenie nachylenia prostej odpowiedź na poprzednie pytanie o całkowite wzmocnienie układu: CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP przykład dopasowania błędnej linii wzmocnienia przyczyna: offset CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP poprawny fit gain CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Możliwości CCD Toolkit FFT zakłócenia CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Możliwości CCD Toolkit FFT po eliminacji zakłóceń CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP aktualna wersja okno główne CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Podsumowanie CCD Toolkit program jest wciąż testowany, lecz już w praktyce, wspomagając resztę zespołu aplikacja będzie nadal rozwijana i ulepszana potrzeba wiele pracy, aby dobrać najlepsze parametry pracy i sterowania dla naszych nowych kamer projektu „Pi of the Sky” nowe kamery: USB + ethernet (NUDP) CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Przepływ danych za pomocą medium należy przesłać do kamery komendy, odczytać i ustawić parametry oraz odebrać dane, tj. przesłać dane zdjęcia z pamięci RAM kamery do komputera i zapisać do pliku dotychczas stosowano interfejs USB obecnie wzbogacono kamerę o ethernet 1Gbit/s CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Stos TCP/IP blokowy charakter strumienia danych, np. 8248 pakietów po 1024 bajty danych ramki ethernet (adres MAC) ramki IP (adres IP) i pakiety ICMP (obsługa echa - ping) pakiety UDP pominięcie obsługi pakietów TCP CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

Konsekwencje ograniczenia się do paketów UDP mamy dostępne kilka tysięcy portów UDP w ramach jednego adresu IP sumy kontrolne IP i UDP są i tak liczone automatycznie poprzez kontroler sieciowy datagram UDP nie daje gwarancji dotarcia do obiorcy UDP nie posiada mechanizmu zapewniajacego kolejność dostarczanych pakietów CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Zadania NUDP enkapsulowany poprzez datagram UDP pozwala zachować kolejność pakietów, numerując je umożliwia retransmisję zagubionych pakietów zapewnia dotarcie pakietów poprzez zastosowanie metody potwierdzania od strony kamery CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Struktura NUDP rev. 1.045 Nagłówek NUDP, zawsze 8 bajtów: pole identyfikacyjne typ ramki NUDP suma kontrolna nagłówka pole numeru – number field CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Pole typu ramki NUDP bit potwierdzenia wersja protokołu rozróżnienie typu ramki – typ pakietu CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Typy pakietu NUDP 0 – komenda, rozpoczyna się od pola number 4 – ustawienie rejestru 16-bitowego 5 – odczyt rejestru 16-bitowego 6 – retransmisja pakietu danych RAW 7 – transmisja pakietu danych RAW, ten typ pakietu nigdy nie jest potwierdzany i zawsze jest generowany tylko przez kamerę pozostałe numery do 15 są zarezerwowane CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Przykładowe komendy 0x01 aa bb cc, konfiguracja procesora wideo 0x02 aa bb xx, ustawienie czasu migawki 0x03 xx xx xx, wykonanie zdjęcia 0x08 xx xx xx, inicjuje transfer danych 0xFC xx xx xx, odświeżenie watchdoga CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP

CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP Podsumowanie NUDP pierwsza implementacja protokołu NUDP pojawiła się w emulatorze kamery NUDPSIM kolejna implementacja w programie SockTalk po testach protokołu został on zaimplementowany równolegle w kamerze (Grzegorz Kasprowicz) oraz w linuksowym sterowniku (Robert Sulej) protokół spełnia jak dotąd postawione mu zadania, 100% danych przesłanych bez retransmisji przy braku przeciążeń sieci CCD Toolkit jako narzędzie projektu „Pi of the Sky” oraz protokół NUDP