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QHY168C使用说明
2018 年 03 月 21 日

制冷CMOS天文相机
QHY168C
用户手册 Rev. 1.1



本文档为在线文档,您可以保存此pdf文件或者打印此文件。QHYCCD保留在不提前告知的情况下修改此文档的权利。

包装内容
打开包装盒之后,请先检查包装盒内的以下配件是否齐全:
3.0USB线 1.5米 1根
自锁电源线 1根
12V电源适配器 1个
中心倾角调节环 1个
干燥管、干燥剂 1套
M54转2寸延长圈 1个
防尘盖 1个
保修卡 1张
驱动下载卡 1张
出厂检测报告 1张
相机 1台
 
选配件
车载电源 1个

目录
01 软件安装
02 在SharpCap中使用QHY168C
03 白平衡调节
04在ASCOM中使用QHY168C
05在EZCAP_QT中使用QHY168C
06在FireCapture中使用QHY168C
07网络摄像头应用
08 FAQ
09相机保养
10规格参数
11机械尺寸及后焦距
12 版本历史

 
01软件安装
1.  下载并安装ASCOM平台
 
2.  下载并安装系统驱动
 
3.  下载并安装ASCOM驱动
 
4.  QHY168C相机默认使用SharpCap作为拍摄软件,请下载并安装SharpCap软件,QHY168C可以在SharpCap 2.9版或者更高的版本中使用。如果您在国内无法访问SharpCap的官方网站,QHYCCD已经征得作者同意提供了其安装包的下载
注意对于最新版的SharpCap,QHY168C也需要最新的qhyccd.dll,为此QHYCCD已经编写了SharpCap补丁,请您下载并安装。
 
5.  首先给QHY168C接入12V电源,然后通过USB3.0数据线将QHY168C相机连接至您的电脑。第一次连接时,系统会发现新设备并为之寻找驱动。你可以点击“跳过从Windows更新获得驱动软件”跳过网上搜索步骤,然后电脑会在本地自动找到驱动并安装。当驱动软件都安装成功后,你可以在设备管理器中看到QHY168C,如下图所示。



6.  此外,QHYCCD还开发了更新检查工具UpdateCheck,下载安装好此程序后,在您的相机与电脑处于连接状态下,您可以通过此软件来检测该相机所需的驱动是否是最新版。如果检测到您的驱动不是最新版,您可以直接通过此软件进行下载最新驱动来更新驱动,而无需再去QHYCCD官方网站上进行下载。以QHY367C为例,可以在下图中看到我们所需要的驱动都是最新的,不需要进行下载更新。
当您下载并安装好新的驱动后,请拔出USB数据线,然后再重新插入以使新的驱动生效。



02 在SharpCap中使用QHY168C
1.  给QHY168C接入12V电源,使用USB3.0数据线连接您的QHY168C至电脑。
 
2.  开启SharpCap。如果前面所提及的软件和驱动都安装成功,那么视频图像就会自动出现,同时你也可以在软件的左下角看到帧率,如下图所示。



3. 如果您在连接相机之前已经启动了SharpCap软件,为了打开相机,您可以依次点击menu->cameras->rescan,然后在选中QHY168C。
 
4.为了确保相机可以正常的运行,软件会以最低的速度来启动相机,这样使得初始的帧率比它在网页上说明的最高帧率低很多。现在,您可以通过设置来让它充分发挥最优的性能。首先,您可以设置曝光时间到1ms,然后减少"USB traffic"值。对于现在配有i7-4核的计算机,它应该可以实现最佳表现,但是需要注意的是由于种种原因,不是所有的计算机都能够实现最佳表现,比如CPU使用率,省电模式设定,主板性能,USB3.0接口性能。有时,显示尺寸也会影响表现,因此您可以通过使用“Zoom”功能减小显示尺寸来看是否有帮助。
Debayer Preview可能会占用CPU时间,有时它会限制帧率。您可以选择RAW8模式和关闭Debayer Preview来获取更高的帧率。



5. 偏置(offset)调节,当你对相机进行完全遮光后,可能你会发现图像并不是真的全黑。有时这会降低图像对比度的质量。你可以通过调整偏置(offset)来获得一个更好的暗场。你可以通过按照下图的指示打开直方图(histogram)来确认这一点。



QHY168C是一款彩色相机,通过将偏置(offset)设置到一个小的数值使得直方图的峰值接近于零是非常重要的。因为彩色相机的白平衡是FPGA中像素值与一个比例的乘积,偏置也会与之相乘,进而可能会影响到白平衡。
 
6. 如果您想进入16bit图像模式,最好建议您先暂时将USB traffic设置到20或者以上,然后再调整到“RAW16”模式,否则因为数据带宽有可能会超过传输能力而使得USB传输终止。
 
7. 通过选中“LX”模式,您可以扩展曝光时长范围进行长曝光。QHY168C配置了放大器发光抑制电路,它可以大幅度抑制长曝光时放大器产生的发光。关于QHY168C的放大器发光抑制功能的介绍,请查看QHY168C的相应网页。
 
8. QHY168C接入12V电源后,温度控制电路就会启动,您可以通过调整下图中的设置来控制CMOS的温度。



控制温度主要有两种方式,一种是调整制冷器功率(Cooler Power),一种是设置目标温度(Target Temperature)。如果您想要通过设置目标温度这种方式来直接控制CMOS的温度,您应该先点击“Auto”再来通过调整滑动条来设置目标温度。
 
在使用制冷功能之前,您应该先阅读FAQ中的问题"如何保护制冷器"来更好的使用的制冷功能。

 
03白平衡调节
SharpCap启动时会采用默认的白平衡设置,下图为QHY168C启动后的图像截图



对于彩色相机,SharpCap会在软件右侧显示红绿蓝三种颜色的调整滑动条
因为白平衡为红色和绿色的比例,以及蓝色与绿色的比例,因此您可以固定住绿色分量到128,然后调整红色分量和蓝色分量。
比如,在下图中,蓝色分量为10,红色分量为10。看起来这张图片白平衡得到了很好的调整。如果您想增加蓝色分量,因为它的上限为15,在这种情形下,您可以通过适当地降低绿色分量来给蓝色分量与绿色分量的比例更多的调整空间。



如前所述,如果您在做行星拍摄,您应该尽可能地将Offset值设置为最低来让背景全黑。然后,您可以很容易地得到合适的白平衡,否则,调整白平衡不会那么容易。有时,图像的offset值是好的,但是您却得不到合适的白平衡。
原因是白平衡实际上是一个RGB感光度差值的比例。因此我们使用一个比例来乘以RGB值。但是,假如偏移量存在,这个比例将会是不正确的。比如,如果G的感光度是R的感光度的二倍,为了得到白平衡,我们用2乘以R得到R'=2R= G,从而使得R=G。
当偏移量存在时,这个偏移量会一直加在每个像素的RGB值上,因此您看到的图像将会是:
R''= R + bias
G''= G + bias =2R + bias
而现在R'': G''= (R + bias) / (2R + bias),但是它不等于1:2。这表明偏移量会影响R与G的比值。除此之外,R与G的比值也会随着所拍摄的物体亮度变化而改变,所以很难用一个固定的比值得到白平衡。
但是对于深空目标拍摄,您应该保留一定的偏置,避免图像背景变为0从而避免图像背景的一部分数值丢失。一般说来背景在1000-5000(对于16BIT图像而言),对于深空拍摄是一个比较好的值。

04 在ASCOM中使用QHY168C
QHY168C可以在很多支持ASCOM平台的软件上工作。目前QHY168C仅支持常规的ASCOM connection,但是不支持ASCOM VIDEO connection。 需要注意的是QHY168C将会一直传输最大的比特位深来得到最佳的DSO成像表现。图像的格式为16bit,高位对齐,低位补零。
 
MAXIMDL
1. 首先您需要确认ASCOM平台和ASCOM驱动都已经成功安装。
2. 开启MAXIMDL
3. 按照下图的提示来完成设置





通常情况下,您可以设置增益为1,offset为10来启动。



在拍摄前需要点击Connect

05 在EZCAP_QT中使用QHY168C
EZCAP_QT 是一款由QHYCCD开发的软件,对于QHYCCD深空相机,它拥有基础的拍摄功能。 您可以在下面的链接中下载使用它。
1. 安装EZCAP_QT软件;
2. 首先给QHY168C接入12V电源,然后通过USB3.0数据线将QHY168C相机连接至您的电脑。
3. 启动EZCAP_QT,在Menu->Camera中点击"Connect",如果相机是成功的连接的,EZCAP_QT软件的标题就会显示相机的固件版本以及相机的ID,如下图所示;



4. 在Menu->Camera Setup中点击“Temp Control”,设置CMOS传感器的温度。您可以开启"Auto Control "和设定目标温度。比如,在此我们设置目标温度为-10C。CMOS传感器的温度将会很快下降到此温度(大约需2-3分钟)。如果您想要关闭TEC,您可以选择“TEC OFF”。如果您只想设置TEC power而不设置温度,您可以选中“Manual”,然后设置TEC power的百分值。



5. 您可以使用预览窗口(preview tab)来进行预览,还可以使用对焦工具来进行对焦。然后使用拍摄窗口(Capture tab)来捕获图像。
 
6. 在EZCAP_QT中有一个图像任务规划器,您可以参考下表拍摄一系列的图像。



06在FireCapture中使用QHY168C
最新版本的FireCapture已经支持QHY168C,请到FireCapture的官网下载它的 v2.5 BETA (32-bit) version.版本。默认情况下,它会安装在“文档”文件夹。当它成功安装完之后,找到“文档”文件夹,你就会看到它的安装目录。如下图所示。



进入文件夹,启动"FireCapture.exe",然后软件会提示用户选择相机,这里选择QHYCCD。载入完成后您就应该可以在FireCapture上看到QHY168C拍摄的图像。如下图所示。



关于这个软件更加详细的使用教程,请到其官网阅读它的tutorial部分。
http://www.firecapture.de/
 
07 网络摄像头应用
网络摄像头是QHY168C支持的一个特殊功能,它可以通过BroadCast Video WDM Drive将视频图像发送到多个目标软件上。比如,你可以使用SharpCap软件来控制QHY168C相机,同时在SharpCap上显示的视频图像可以发送到任何支持WDM相机的软件,比如HandyAvi, Adobe video encoder以及即时通讯软件。这个功能对于视频在线广播类应用很便捷。
1.下载并安装BroadCast驱动
2. 连接相机至电脑并启动SharpCap
3. 按照下图的提示,在SharpCap的控制面板中打开"Enable Live Broadcast"



4. 如下图所示,在您使用的软件中,选中QHYCCD camera (WDM)作为您的网络摄像头。


 
08 FAQ
1.QHY168C支持8bit和14bit输出吗?
8bit输出和14bit输出QHY168C都支持。对于8bit输出,只会使用高八位,对于14bit输出,会进行0-16383至0-65535的映射(即高位对齐,低位补0)。
 
2.如何获得最高的帧率?
因为QHY168C拥有很高的数据带宽,不是所有的电脑都能获得最高的帧率。一般而言,拥有i7-4核处理器的计算机可以达到最高帧率。CPU的占用率也会影响帧率的高低,因此在使用相机时可以通过关闭其他程序减小CPU占用来提高帧率。假如CPU占用过高,软件运行可能会非常缓慢甚至卡死。
 
3.如何避免相机卡死?
如果相机一直卡死,它有可能是多种原因导致的,您可以按照下面的提示进行检查。
1)   您的电脑配置的是否是VIA芯片组或者一些类型的主板,在SharpCap上根本不出图(但是在ASCOM上工作却正常)在这种情况下,您需要开启相机的DDR缓冲
2)   您的电脑和赤道仪是否漏电?这可能会导致漏电流通过GND从电脑上转移到相机上。这有可能会影响USB传输、丢失数据包、相机卡死。您需要确保电脑和赤道仪都很好的接地。
3)   USB接口的电压是否足够高?一些电脑的USB接口电压达不到5V。这样可能会导致相机一直卡死。在这种情况下,您可以选择通过使用带电源的USB3.0 Hub来连接电脑和相机,这样能够确保相机得到5V的电压。
4)   CPU使用率是否太高?如果CPU使用率过高,将会导致很多帧丢失并且会使得相机卡死。您可以增大USB traffic值来降低FPS,从而获得更稳定的图像传输。
5)   USB连接线是否连接牢靠?有时相机与USB连接线的连接问题以及电脑与USB连接线的连接问题会导致信号丢失并且使相机卡死。尤其是当USB连接线移动时。在这种情况下,您可以尝试在USB接头和插口部分涂一些硅油。这样会使得USB连接更加稳定。
6)   避免静电。有时人体上携带的静电会导致相机卡死。在触碰相机前,您可以接触一下电脑机箱外壳来释放静电。
7)   一些计算机的前置USB接口不太适合高速数据传输(原因是它们是通过连接线连接到主板的,这样使得信号完整性变差)。如果您发现相机在前置USB接口使用时一直卡死,您可以尝试将相机连接至它的后置USB接口(它们直接连接到了主板的芯片组)。

4. 如何清洁CMOS传感器和光学窗口?
如果您发现在CMOS传感器上有灰尘,您先可以拧掉QHY168C的前半部分,然后使用单反相机传感器用的清洁套装清洁CMOS传感器。因为QHY168C的CMOS传感器上有增透膜,因此在清洁过程中一定要小心谨慎。
玻璃窗口上有增透膜。因此在清洁过程中也需要小心谨慎。您同样可以使用单反清洁工具或者镜头纸来进行清洁。注意用力不能过大,因为涂层很脆弱很容易被擦出划痕。
同时需要说明的一点是QHY168C的滤镜不是红外滤镜,原因是红外滤镜在这个位置上容易产生亮星周围的光晕(halo)。如果用户需要,可以参考https://www.qhyccd.com/cn/QHY168.html 网页底部的组合表来安装2寸红外滤镜。
 
5.QHY168C的边角亮光抑制功能表现如何?
放大器辉光是CCD或者CMOS芯片的内部电路的半导体结构,在一定电压差存在的情况下,会发出非常微弱的近红外光的现象。QHY168C相机有放大器发光抑制电路,在进行长曝光时,它可以大幅度减少放大器的发光。需要注意的是,由于内部CMOS芯片构造的原因,完全的抑制住边角亮光是不可能的。当你进行长曝光时有时仍然可以看到一些边角亮光,这是正常的。
下图为高增益下,60s曝光的图像。当曝光时间更长时,右边的辉光会更为明显。不过不用担心,利用暗场校准可以完全消除掉边角亮光。暗场校准需要在相同的制冷温度,以及相同的曝光时间下拍摄暗场进行。



6.什么是相机内置DDR缓冲器?它的优点有哪些?
QHY168C内置有128MB DDRII 图像缓冲器。它有两个优点:
它可以缓冲整张图像从而避免在USB传输过程中丢失。因为CMOS传感器一旦开始工作就会不间断地曝光,输出图像,周而复始,并且不能停顿。但是计算机会因为操作系统多任务处理的特性会暂停一下USB传输,如果这个暂停时间过长,USB中的存储能力很小的缓冲器就会充满,导致即将到来的数据丢失。还有可能会导致一帧的部分数据丢失形成一个坏帧。对于短时间曝光,这也许不会造成太大的问题,但是对于长曝光,这意味着要丢失一帧长曝光图像。128MB DDRII缓冲器可以通过将整帧图像存储起来和传输,从而解决这样的问题。即使USB传输暂停很长时间也不会丢失数据。
另一个优点就是当使用一些运行不快的或者对USB3.0支持不好的电脑时,它会使视频图像更加细腻顺畅,这些电脑不能很好的进行高速数据传输,数据会经常丢失,有了DDR缓冲器,它可以缓冲很多图像数据然后发送到电脑。即使USB3.0经常暂停传输,它也会保证数据不丢失。 SharpCap中有选项来打开或者关闭DDR缓冲功能。目前版本的ASCOM驱动一直工作在DDR模式中。
 
7.如何保护制冷器?
QHY1247C的制冷器可以实现将近35℃的环境温差。您在使用过程中应该避免热冲击,所谓热冲击是指当制冷器的温度骤然上升或下降时,制冷器由于热胀冷缩原理所要承受的内部强应力,距离的热冲击会缩短制冷器寿命甚至彻底损害制冷器。
因此,当您开始使用制冷器来调整CMOS的温度时,您应该避免一下就将制冷器开启到最大功率,而应该逐步的增大制冷器的功率。在断开电源前,如果制冷器的功率比较高,你也应该逐步减小制冷器的功率然后再断开电源。
 
8. 在开启DDR模式的状态下相机运行一段时间后帧率下降为0,该如何解决?
有部分用户反映,其带有DDR模块的相机在SharpCap上运行一段时间后帧率下降为零;这样的问题是由于CMOS芯片的输出速率高,而计算机的接收速率慢导致的。CMOS传感器一旦开始工作就会不间断地曝光,输出图像,周而复始,并且不能停顿。如果计算机由于操作系统的原因暂停USB传输过于频繁,就会导致DDR数据溢出,使得坏帧不断产生,进入DDR的图像没有一张图像是完整的,因此帧率为零。
解决方法:
第一个方法是通过提高USB traffic的值,来降低相机帧率,从而避免相机卡死。需要注意的是之前的SharpCap补丁不能够将USB traffic的值设置的很大,因此需要官方网站上下载并安装最新的SharpCap补丁。
第二个方法就是在SharpCap关闭DDR模式,但是对于性能不是非常好的电脑,由于其本身数据传输速度较慢,这种方法不一定有效。
 
9. 如何设置Gain与Offset?
GAIN是ADC的前置可编程增益放大器的增益设置,OFFSET是ADC的电压偏置设置,正确地设置GAIN和OFFSET值可以改变CCD系统增益,使得CCD的输出信号范围与ADC的量化范围相匹配,从而获得最好的动态范围。简而言之就是通过调节Gain与Offset使得像素值充满0-65536。
 
具体的方法是:
1、先把GAIN增益设置为0,曝光时间为零的情况下,盖上镜头盖,拍摄一张BIAS帧。
2、观察所拍摄图像的局部平均值(打开EZCAP,image process→noise analyze ),理想的平均值是500-3000左右,调整Offset重复1,2步直到达到理想的平均值,保持Offset
不变。
3、打开镜头盖,增加曝光时间,对着均匀的灯光,拍摄一张曝光饱和的图像。观察局部平局值,小于60000增加GAIN,全部为65535则减小GAIN。重复此步骤得到合适的Gain值。
4、在上述的GAIN下,重复1,2步,得到更精确的Offset值。
 
对于CMOS相机,由于采样位数通常不到16位,因此存在一个单位增益的概念,单位增益就是相机的系统增益为1e-/ADU,也即一个电子对应一个AD转换的单位。在较低的增益设置下,一个AD单位会对应大于1个的电子,这样会带来采样误差。影响对弱光的鉴别效果,所以通常使用CMOS长曝光的时候,建议将增益设置到单位增益的值,对于QHY168C,其单位增益为10。
 
对于采用短曝光大量叠加的LUCKY IMAGING方法,因为曝光时间短,采集到的光子数量很有限,一般也不容易达到饱和,所以这时候可以采用高的增益,CMOS相机的读出噪声随着增益提高而减小,采用高的增益有利于最小化读出噪声,从而使得有限的光子不至于淹没在读出噪声的背景中
 
如果对于gain以及offset的设置想要了解更多,您可以参阅这篇英语文章:http://www.stark-labs.com/help/blog/files/GainAndOffset.php

09 相机保养
干燥相机CMOS腔
CMOS传感器位于CMOS腔内。在QHY168C相机的前端的侧面有一个孔。 如果CMOS腔内有潮气使得传感器玻璃结雾,您可以通过这个孔连接硅胶管来进行干燥。
请在硅胶棒中放入有效的硅胶干燥剂并确保里面有棉花以防止硅胶进入到CMOS腔内。
 
如何防止CMOS密封腔的光学窗口结雾
如果环境湿度非常大,CMOS密封腔的光学窗口就可能有结露的问题,QHY168C有一个内置的加热板来给 加热来防止结雾,在大多数情况下,它的效果非常明显。如果结雾问题仍然存在,请尝试一下方法:
1. 避免让相机朝向地,冷空气的密度要比热空气的密度大,如果相机朝下向地,冷空气会更容易接触到玻璃使得它降温进而结雾。
2. 提高CMOS传感器的温度。您可以稍微提高一下CMOS传感器的温度来防止玻璃结雾。
3. 检查加热板是否工作,如果加热板没有工作,玻璃会非常容易结雾,通常情况下加热板的温度在25℃的环境下可以达到65-70℃。如果它没有达到这么热,有可能是因为加热板损坏,您可以联系我们来更换加热板。

10规格参数
CMOS 芯片 IMX071 COLOR CMOS SENSOR
有效像素数 4952*3288,  16mega pixel
像素尺寸 4.8um*4.8um
快门类型 Electric Rolling Shutter
读出模式 Progressive Scan
芯片尺寸 APS-C Format
AD采样深度 14BIT (14BIT/8BIT OUTPUT)
曝光时间 30us-3600sec
最大帧率 10FPS@Full Resolution      30FPS@1920*1080 HD
15FPS@4096*2160 4K video
32FPS@1024 line
42FPS@768 line
54FPS@600 line
130FPS@240 line
像素合并 Hardware Binning for 3x3 binning video mode
满阱电荷数 TBD
读出噪声 TBD
放大器辉光抑制 暗场图像中无可见放大器辉光
制冷器 2-stage TEC    -35C below Ambient
光学玻璃 AR+AR optic window
支持软件 SharpCap, ASCOM, EZCAP_QT
 
11 机械尺寸





12 版本历史
修改时间 版本号 修改内容
2017年1月25日 1.0 第1版
2017年4月7日 1.1 删除了红外滤镜的错误描述
添加了gain以及offset的设置步骤
添加了机械尺寸图
 

QHY168C使用说明:https://www.qhyccd.com/uploadfile/2018/0328/20180328101357986.pdf
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