Nikon D70 Versus Canon 10D

The Wayback Machine - https://web.archive.org/web/20040708033757/http://astrosurf.com:80/buil/d70v10d/eval

COMPARAISON
DU CANON 10D ET DU NIKON D70
EN IMAGERIE ASTRONOMIQUE LONGUE POSE

COMPARATIVE TEST
CANON 10D / NIKON D70
IN THE FIELD OF DEEP-SKY ASTRONOMY

1. INTRODUCTION

Le Canon EOS 10D est bien connu pour ces tr�s bonnes aptitudes en imagerie du ciel profond. Il les doit pour l'essentiel � son capteur � technologie CMOS, qui a un courant d'obscurit� exceptionnellement bas. Le peu de signal d'obscurit� pr�sent au bout de quelques minutes de pose est par ailleurs assez facilement �limin� en r�alisant les op�rations de pr�-traitement classiques de l'imagerie �lectronique CCD (retrait d'une carte du signal thermique). Ces op�rations sont imp�rativement r�alis�es sur les images RAW. Notons que le Canon EOS 300D, moins co�teux que le EOS 10D, a des performances opto�lectroniques tout � fait �quivalentes. Cliquer ici pour quelques r�sultats obtenus avec l'appareil photo reflex Canon 10D.
The Canon EOS 10D has a very good reputation for its deep sky imaging performance. The main reason behind that mainly lies with its CMOS sensor and its exceptionally low dark current level. The remaining dark current after an exposure of a few minutes can be easily removed by applying the usual pre-processing techniques (subtracting the dark current signal). These processing steps must be carried out on RAW images from the camera. It must be noted that the Canon EOS 300D costs less than the EOS 10D and has similar optoelectronic performance. Click here for some results with the Canon 10D DSLR.

Il est int�ressent de comparer pieds � pieds le nouveau venu de chez Nikon, le D70, qui est le pendant du 10D/300D. Le D70 est �quip� d'un CCD d'origine Sony. Cette page pr�sente le comportement du Nikon D70 en imagerie longue pose ainsi qu'une comparaison de quelques performances avec celles du 10D.
It is quite interesting to compare this performance with the new Nikon D70 which is a direct competitor of both 10D/300D. The D70 is fitted with a Sony CCD chip. This page explains the behaviour of the Nikon D70 for long exposures and compares a few results with the 10D performance.

A gauche, le Canon 10D �quip� du t�l�objectif de 200 mm f/2.8 de la marque. A droite, le Nikon D70 �quip� du t�l�objectif de 180 mm f/2.8 de la marque.

Dans tout ce qui suit le format de stockage est le RAW (fichiers ayant l'extension NEF dans le cas du Nikon et CRW dans le cas du Canon). Le logiciel Iris est utilis� pour afficher le contenu des fichiers RAW et pour le convertir en images couleurs.
The RAW is the acquisition format (NEF file for Nikon, CRW for Canon). The Iris software is used for decode the RAW and for display and analyse color images.

2. QUALITE DES FICHIERS RAW / RAW FILE QUALITY

Pour les prises de vue longue pose, le Nikon D70 propose deux modes qui se distinguent par la pr�sence ou l'absence d'une proc�dure automatique de r�duction de bruit. Un troisi�me mode a �t� trouv�, un peu par hazard. C'est un mode non officiel, non document�, mais nous allons voir qu'au final c'est lui qui sauve l'usage du D70 en imagerie ciel profond... Voici la d�finition des modes du D70 :

The Iris software is used for display RAW content, analysis and for generate color images. Three different acquisition mode are used with the Nikon D70: MODE 1 = noise reduction option OFF, MODE 2 = Noise reduction ON, MODE 3 = Noise reduction ON, BUT the DSLR is shutdown during the automatic dark frame acquisition. The MODE 3 is unofficial (!), but it is the only solution for take a true raw image with the D70... All the images are stored in RAW files.

MODE 1
L'option de r�duction de bruit est mise OFF. Dans ce mode le D70 r�alise une pose, qui peut aller au del� de 30 secondes si on utilise la pose B. Au terme de la pose, l'image est sauvegard�e dans la carte m�moire sous la forme d'une image RAW (matrice de Bayer dans laquelle on peut encore distinguer la s�paration spatiale des pixels rouges, verts et bleus). Mais allons le voir, Nikon r�alise entre-temps une op�ration de filtrage dont le but est d'�radiquer le signal thermique, qui dans le cas du CCD Sony se manifeste comme des pixels nettement plus intenses que le moyenne (pixels dits "chauds"), �parpill�s sur le d�tecteur. Le traitement s'apparente � un filtrage m�dian qui est appliqu� de mani�re distincte sur les 3 familles de pixels color�s. Ce traitement n'est pas mentionn� dans la documentation Nikon, et le fait qu'il soit pratiqu� automatiquement et autoritairement sur les images RAW est la pire des nouvelles ! Nous allons voir les cons�quences. Le format RAW du Nikon D70 n'est donc pas un vrai format brut tel qu'on est en droit de l'attendre, c'est-�-dire une image qui devrait refl�t�e fid�lement le signal sortant du capteur CCD (via le convertissur analogique/num�rique). C'est une tromperie par omission manifeste de la part de Nikon. La pr�sence de ce filtrage num�rique explique pourquoi les images longues poses faites dans l'obscurit� dans ce mode ne montrent aucun signe de signal thermique, ce qui est tout � fait anormal autrement pour quiconque conna�t la technologie CCD.
The reduction noise option is put OFF. At the end of the exposure, the "raw" image is stored into the CompactFlash. But before this, the internal firmware applied a median like filter to the three layers of the image for erase hot pixels (local intense thermal signal). This processing is not mentioned in Nikon documentation, and the fact that it is applied automatically on RAW images is worst news! We will see the consequences. So, the RAW format of Nikon D70 is not a true raw format such as one has the right to await it, i.e. an image which would reflected the outgoing signal of a CCD sensor (via the analog/digital converter). The presence of this numerical filtering explains why the long exposure in the darkness in this mode do not show any sign of thermal signal, which is completely abnormal for CCD specialists.

MODE 2
L'option de r�duction de bruit est mise ON. Dans ce cas l'appareil encha�ne deux prises de vue successives. La premi�re avec l'obturateur ouvert durant le temps demand� par l'op�rateur, le seconde avec l'obturateur ferm�, de m�me dur�e. La seconde image est soustraite � la premi�re et le r�sultat est sauvegard� dans la carte CompactFlash. C'est la technique traditionnelle utilis�e en astronomie pour retirer le signal thermique. Mais g�n�ralement l'op�ration est faite a posteriori pour �viter de doubler le temps d'observation. Le MODE 2 est tr�s peu pratique en observation astronomique, o� le temps est toujours compt�. Mais en plus, les ing�nieurs de Nikon, non content de retirer le signal d'obscurit� par soustraction, en rajoute une couche en prenant l'initiative de r�aliser automatiquement le calamiteux filtrage m�dian du MODE 1. Cette double action sur le signal d'obscurit�, pour tenter de contrer l'excellent capteur CMOS de Canon, est une faute technique majeure, et � trop vouloir en faire, une faute de marketing.
The reduction of noise option is ON. In this case the DSLR take two successive frames. The first with the shutter open during the time requested by the operator. The second with the shutter closed, of the same duration. The second image is subtracted from the first and the result is stored in the CompactFlash card. It is the traditional technique used in astronomy for remove the thermal signal. But generally the operation is made a posteriori to avoid doubling the observation time. MODE 2 is far from practical for astronomical observation, where time is always counted. But moreover, Nikon engineers adds an operation: the median filter is also applied AFTER the dark frame exposure! This double action on the thermal signal is a major technical fault, and also a marketing fault (for astronomers).

MODE 3
Ce mode sauve le D70 pour l'astronomie longue pose, m�me si pour le mettre en �uvre de mani�re effective il va falloir jouer du fer � souder. On place l'option de r�duction du bruit sur ON. On lance la prise de vue, mais au lieu d'aller jusqu'au bout, il faut couper l'alimentation du D70 quelques fractions de secondes ou quelques secondes apr�s la premi�re phase d'acquisition, c'est-�-dire une fois que l'obturateur est ferm� et que l'appareil est en train de r�aliser la pose en obscurit�. Il n'y a aucun risque d'endommager quoi que ce soit. Que ce passe-t-il lorsque l'on coupe l'alimentation en agissant sur l'interrupteur ON/OFF ? Le logiciel du D70 sauve automatiquement l'image en m�moire tampon sur la carte CompactFlash. C'est une mesure de s�curit� au cas o� l'utilisateur coupe l'alimentation accidentellement. De fait, l'appareil sauvegarde une image absolument brute, au sens noble du terme, sans r�aliser le moindre traitement dessus. Cette image RAW ressemble � une vraie image CCD, qu'il va �tre possible de traiter en profondeur et qui pr�sente des qualit�s autrement sup�rieures � celle que l'on obtient dans les modes 1 et 2. Dans le cadre d'une utilisation automatiquement une petite �lectronique et un m�canisme agissant sur le bouton marche/arr�t sont n�cessaires. On peut aussi songer c�bler en parall�les au bouton de d�clenchement de pose et au bouton marche/arr�t des fils que l'on tire � l'ext�rieur du bo�tier de les fils et que l'on pilote avec une �lectronique ad�quate. Cette �lectronique peut aussi palier l'absence tr�s regrettable de t�l�commande filaire et d'intervalom�tre pour le D70.
This mode saves D70 for astronomical long exposure applications. The first part is identical to the MODE 2 (noise removal procedure is ON), but for going until the end, it is necessary to turning off the power switch some fraction seconds or some few seconds after the first acquisition phase, i.e. once that the shutter is closed and that the D70 carrying out the dark frame. There is no risk to damage anything. The firmware of D70 automatically saves the image stored in the buffer memory on the CompactFlash card. It is a safety measure if the user cuts off the power supply without taking guard there. Now, the D70 save an absolutely true raw image. This RAW image is equivalent to a true CCD image, which it will be possible to process in-depth. Within the framework of a use automatically, a small electronics and a servomechanism which acts as switch at the level of the concentric on/off button can be developed. It is also probably possible to use a wired solution but it is necessary to open the camera (see web site in reference at the end of this page).

Pour ce qui concerne le Canon 10D ou 300D, la situation est bien plus simple. Le RAW est bien une image brute traduisant fid�lement l'information provenant du capteur CMOS. Tout est donc sain et facile.
Concerning the Canon 10D or 300D, the situation is much simpler. The RAW is well a rough image, translating information accurately coming from sensor CMOS. All is thus easy.

Voici des extraits d'images qui illustrent les propos ci-dessus. Elles ont �t� acquises en milieu urbain. Le D70 est �quip� du t�l�objectif AF NIKKOR 180 mm f/2.8, utilis� � pleine ouverture. La sensibilit� est r�gl�e sur ISO 800. Le temps de pose est de 30 secondes (pas plus � cause de l'absence de t�l�commande lors du test, ce qui emp�che l'usage raisonnable de la pose B). La temp�rature est de 8�C. Le format original est le RAW. Le r�sultat est cependant pr�sent� en couleurs apr�s d�tramage de la matrice de Bayer en utilisant le logiciel Iris (interpolation lin�aire simple). Le fond de ciel est rendu d'un gris neutre en ajoutant ou en soustrayant les constantes ad�quates aux couches de couleurs. Les couches rouge, verte et bleu sont ensuite multipli�es par les coefficients respectifs 1.93, 1.00 et 1.80, qui �quilibrent la balance du blanc pour une �toile de type solaire (�talonnage sur la surface lunaire). L'�toile Arcturus (Alpha Boo) se trouve au centre du champ. L'observation a �t� r�alis�e le 8 mai 2004.
Here some part of images which illustrate the remarks above. They were acquired in urban environment. D70 is equipped with an AF NIKKOR 180 mm f/2.8, used at full aperture. Sensitivity is ISO 800. The exposure time is 30 seconds (because of the absence of remote control during the test, which prevents the reasonable use the bulb mode). The ambiant temperature is 8�C. The result is however presented in colors after decoding the Bayer matrix of the RAW by using the Iris software (simple linear interpolation for this test, a good choice for deep-sky). The sky background is returned to a neutral gray by adding adequate constants to the color layers. The layers red, green and blue are then multiplied by the respective coefficients 1.93, 1.00 and 1.80 for the white balance (calibration on lunar surface i.e. a solar like source). The star Arcturus (Alpha Boo) is in the center of the field. The observation was carried out on May 8, 2004.

Image D70 - MODE 1
D70 image - MODE 1 - Arcturus field - 30 seconds exposure - Nikkor 180 mm f/2.8 lens.

Aucun point chaud n'est visible, et pour cause, le logiciel interne du D70 les retires automatiquement. Remarquez l'aspect peut naturel des �toiles faibles, un peu baveuse et avec des artifacts.
No hot pixels are visible, ok, but notice the little slobbery stars and the artifacts (see below).

Image D70 - MODE 2
D70 image - MODE 2 - Arcturus field - 30 seconds exposure

Toujours pas de points chauds. En plus ici deux proc�dures successives de nettoyage sont appliqu�s sur le format "RAW" (quel abus de langage !).
Here, two successive cleaning procedure are applied to the format " RAW " (an abuse language!).

Image D70 - MODE 3
D70 image - MODE 3 - Arcturus field - 30 seconds exposure

Les �toiles retrouvent enfin du piqu� (rappelez-vous, pour obtenir une image RAW non filtr�e il faut couper l'alimentation durant la pose d'obscurit� r�alis�e automatiquement en MODE 2). Remarquer que les plus faibles �toiles ressortent bien mieux. Les aigrettes de l'�toile Arcturus sont bien plus fines. Quelques points chauds sont bien sur visibles, mais en nombre finalement assez limit�. Clairement, le filtrage interne peut �tre �limin� en faisant des exposition avec le mode de r�duction de bruit activ� et en arr�tant l'appareil alors qu'il r�alise sont image de noir interne.
Now, notice the sharpness of the stars (remenber, the unfiltered RAW image is saved by turning off the power during the MODE 2 automatic dark frame capture). The faintest stars are more visible. The diffraction spikes of Arcturus are much finers. Some hot spots are visible, but in a limited number finally. Clearly, the median cut filter can be by-passed by making exposures with noise reduction on and switching the camera off when it is making it's internal dark frame.

Image D70 - MODE 3 - Image r�alis�e dans l'obscurit� totale
D70 image - MODE 3 - Dark frame

Les points chauds du signal thermique sont bien l�. Une bonne nouvelle, leur nombre et leur intensit�, font que nous avons ici une des meilleure performance que j'ai observ� sur un capteur CCD (le niveau du signal thermique est significativement plus bas que celui rencontr� sur des CCD � technologie MPP, comme les Kodak de la s�rie KAF, pourtant d�j� excellent sur ce plan). On enrage d'autant plus aupr�s des ing�nieurs de Nikon d'avoir cherch� � supprimer par tous les moyens ces points chauds dans les modes officiels 1 et 2.
A good news, the number of hot pixel and their intensity, make that we have here one of the best performance than I observed on a CCD sensor (the level of the thermal signal is significantly lower than that see with MPP technology, like the Kodak CCD series KAF, however already excellent from this point of view). One enrage more especially as Nikon engineers to remove by all the means these hot points in the official modes 1 and 2.

Image D70 - MODE 3 - Image du champ d'Arcturus apr�s retrait de la carte du signal thermique � posteriori
D70 image - MODE 3 - The Arcturus star field after thermal signal removal (during preprocessing)

La soustraction a �t� r�alis�e dans le format RAW sous Iris (soustraction des matrices de Bayer de pixels � pixels). Ce n'est qu'apr�s quelle a �t� convertie en couleur. L'image est propre et d�taill�e !
The subtraction was carried out in RAW format RAW under Iris (subtraction of Bayer matrix). It is only after which was converted into color. The image is clean and detailed!

Pour mieux appr�cier les d�g�ts caus�s par l'algorithme automatique de suppression du "bruit" implant� par Nikon, voici quelques agrandissement et comparaison (agrandissement d'un facteur 4 par simple duplication de pixels) :
For better appreciating the damage caused by the automatic suppression "noise" algorithm established by Nikon, here some enlarging and comparison (scaling of a factor 4 by simple duplication of pixels):

A gauche l'image acquise dans le MODE 1, � droite l'image acquise dans le MODE 3. Les images d'�toiles d�livr�es par le Nikkor de 180 mm sont tr�s fines. Clairement, l'algorithme interne � all�grement confondu les points chauds et les �toiles. Les �toiles faibles ont pratiquement disparues (perte de d�tectivit�), les plus brillantes sont distordues (perte de r�solution) et des fausses couleurs apparaissent (perte de la photom�trie). C'est tr�s caract�ristique du "travail" fait par un filtrage m�dian. Il est clair que les gens de Nikon n'aiment pas les astronomes !
On left, MODE 1 acquisition, on the right, MODE 3 acquisition. The star images delivered by Nikkor 180 mm are very fine. Clearly, the algorithm confused the hot pixels and stars. The weak stars practically disappeared (loss of detectivity), most brilliant are distorted (loss of resolution) and false colors appear (loss of photometry). It is very characteristic of the " work " made by a median filtering. It is clear that people of Nikon do not love the astronomers!

A gauche l'image acquise dans le mode 2, � droite l'image acquise dans le mode 3. Le statut est strictement le m�me. Le mode de suppression du bruit du D70 n'apporte strictement rien, si ce n'est un vilain argument de marketing.
Mode 2 (left) and mode 3 (right) comparison. The situation is strictly the same one...

L'examen direct des images RAW du Nikon D70 (matrice de Bayer, ou CFA pour Color Filter Array) montre bien l'action n�faste du traitement Nikon sur nos ch�res �toiles :
The direct examination of RAW Nikon D70 images (Bayer matrix, or CFA image for Color Filter Array) shows well the harmful action of the Nikon processing on our dear stars:

A gauche, agrandissement de l'image CFA acquise en MODE 1. Le filtre efface des �toiles et entame l'aspect des plus brillantes. A droite, l'image CFA en MODE 3.
Left, enlarging of the CFA image acquired in MODE 1. The filter erases stars and affect the aspect of most brilliant. On right-hand side, CFA in MODE 3.

Voici � pr�sent le m�me champ observ� avec le bo�tier EOS 10D �quip� de l'objectif Canon EF 200 mm f/2.8 L. Les autres param�tres sont identiques � ceux du Nikon D70 � part les coefficients de la balance des blancs qui pour les couches rouge, vert et bleu sont respectivement �gaux � 1.96, 1.00 et 1.23.
Now the same field observed with the Canon EOS 10D equipped with the Canon EF 200 mm f/2.8 L.The other parameters are identical to those of Nikon D70, except the white balance coefficients. For the layers red, green and blue the coefficients are respectively equal to 1.96, 1.00 and 1.23.

Image Canon 10D
Canon 10D image - Arcturus field - 30 seconds exposure - Canon 200 mm f/2.8 tele.

Pose de 30 secondes dans l'obscurit�. Il n'y a pratiquement aucune trace de signal thermique (ce rappeler que la temp�rature �tait de 8�C au moment de l'observation).
30 seconds exposure in the darkness. There is practically no trace of thermal signal (recall that the temperature was 8�C at the time of the observation).

Image 10D - Image du champ d'Arcturus apr�s retrait de la carte du signal thermique � posteriori
The Arcturus star field after thermal signal removal (during preprocessing)

L'image du champ d'Arcturus apr�s soustraction du signal d'obscurit�.
The image of the Arcturus field after subtraction of a reference dark signal frame..

Comparaison d'un d�tail du champ entre le Canon 10D et le Nikon D70 utilis� dans le mode 3 (l'�chelle de l'image du 10D est augment�e d'un facteur 3,6 et non pas 4 pour tenir compte de la diff�rence de focale des deux optiques - mais pas de la petite diff�rence de taille des pixels).
Comparison of a small part of the field between Canon 10D and Nikon D70 used in mode 3 (the scale of the image of the 10D is increased by a factor 3,6 and not 4 to take account of the difference in focal distance of two optics - but not of the small difference in pixel size).

La d�tectivit� est l�g�rement meilleure sur le 10D que sur le D70 mais cela s'explique par le fait que le premier collecte 20 % de flux que le second compte tenu de l'optique utilis�e. L'objectif Nikon affiche un d�faut de chromatisme sup�rieur � celui du Canon (pr�sence d'un halo bleu autour des �toiles). L'objectif Canon comporte des verres sp�ciaux qui corrigent fort bien cette aberration optique. Malgr� cela, l'image du Nikon est plus piqu�e, plus homog�ne sur le champ, exempte de d�faut d'excentrement et agr�able � focaliser. En regard, malgr� deux objectifs test�s, le 200 mm de Canon pr�sente un d�faut d'alignement difficilement admissible compte tenu du prix de cette optique (pr�sence de coma d'excentrement en bord d'image). Il faut ajouter que le filtre antialiasing plac� en avant du capteur, produisant un flou volontaire, a une action plus mod�r�e sur le Nikon que sur le Canon, ce qui contribue encore au sentiment d'image fouill�e que d�livre le D70. Un bon point sur ce plan � Nikon, m�me si des effets pervers peuvent en r�sult�s (les �toiles de couleur verte dans l'image - mais qui disparaissent si on composite plusieurs poses par effet de moyenne).
The detectivity is slightly better on the 10D than on D70 but the first collects 20 % more flux that the second . The Nikon lens displays a colour defect higher than that of the Canon (presence of a blue halation around stars). The Canon objective use special glasses which correct this aberration extremely well. In spite of that, the image of Nikon is pricked, free from important field. It should be added that the antialiasing filter placed in front of the sensor, producing a voluntary blur, has an action more moderated on Nikon than on the Canon, which still contributes to the sharpness of D70.

La s�quence d'images ci-apr�s montre le champ de la n�buleuse plan�taire Messier 57. Dans les trois cas on a additionn� 4 images pos�es chacune 30 secondes. La faiblesse du MODE 1 d'acquisition est criante pour le D70 lorsque les images stellaire sont � la base tr�s fines.
A sequence on M57 nebula (4x30 seconds exposure). The dramatic status of the D70 MODE 1 is very evident in the situation of point like stellar image.

Dans le test ci-apr�s, qui montre toujours le champ de M57, l'image du Canon 10D a �t� ramen� � la m�me �chelle que celle du D70 (acquise en MODE 3). Il y a toujours 4 images de 30 secondes additionn�es dans le cas du 10D, mais ce nombre est port� � 7 images pour le D70 afin de compenser la perte de rapport signal sur bruit occasionn�e par la plus petite taille de l'objectif qui l'�quipe. Les images ont �t� transform�es en noir et blanc (simple addition des couches RVB) et affich�es en n�gatif. La d�tectivit� du 10D appara�t tr�s l�g�rement sup�rieure � celle du D70, mais l'�cart n'est pas vraiment significatif.
Detectivity comparison: Left, negative view of the 10D image (stack of 4x30 seconds exposures), right, negative view of the D70 image - MODE 3 (stack of 7x30 seconds exposures - for compensate difference of optic).

3. SIGNAL THERMIQUE / THERMAL SIGNAL

Les images suivantes montrent l'aspect du signal thermique pour les deux bo�tiers test�s. Pose de 300 secondes dans l'obscurit� totale avec une temp�rature de 22�C et � ISO 400 (MODE 3 pour l'image D70).
Left, Canon 10D 300-seconds exposures dark frame at 22�C. Right, Nikon D70 300-seconds exposures dark frame at 22�C.

A gauche, le signal thermique du 10D, � droite, le signal thermique du D70. Les seuils de visualisation sont identiques dans les deux cas (200 et -50 avec un niveau moyen amen� � z�ro). Le capteur du D70 montre un ph�nom�ne d'�lectroluminescence provoqu� par les circuits de sortie du CCD. Le point le plus intense de ce halo est de 190 ADU pour une pose de 300 secondes. On observe un ph�nom�ne semblable sur le capteur CMOS du 10D, mais nettement moins intense (12 ADU en 300 secondes). Le taux de signal thermique caract�ristiques des pixels les plus chaud du D70 et de 8 ADU/s � 22�C. Le m�me taux pour le 10D est de 0,5 ADU/s (2 pixels seulement ont un taux de 6 ADU/s dans l'appareil test�).
On left, the thermal signal of the 10D, on the right, the thermal signal of D70. The thresholds of visualization are identical in both cases (200 and -50 with an average level brought to zero). The D70 shows a phenomenon of electroluminescence caused by the output circuits of the CCD. The most intense point of this glow is of 190 ADU for a 300 seconds exposure. One observes a similar phenomenon on 10D CMOS, but definitely less intense (12 ADU in 300 seconds). The rate of the thermal signal characteristic of the hottest pixels of D70 is 8 ADU/second at 22�C. The same rate for the 10D is 0,5 ADU/second (2 pixels only have a rate of 6 ADU/s in the model tested).

D�tail du signal d'obscurit� du Nikon D70 (portion d'image RAW agrandie 5 fois - pose de 300 secondes � 22�C et ISO 400) :
Detail of a dark signal for the Nikon D70 (crop of a RAW image scaled 5 time - 300 seconds exposure at 22�C and ISO 400):

De gauche � droite, MODE 1 (NIKON r�alise un filtre du type median pour supprimer les pixels chauds avant de sauvegarder l'image dans le tampon m�moire sous la forme d'un fichier NEF), MODE 2 (noter que les valeurs n�gatives sont mise � z�ro et donc perdues), MODE 3 (les pixels chauds sont bien visible : la coupure de l'alimentation de l'appareil durant la pose d'obscurit� produit une sauvegarde automatique de l'image en m�moire sans que le filtre m�dian soit appliqu�), et le r�sultat de la soustraction de deux images successives acquises en MODE 3.
From left to right, MODE 1 (NIKON is doing a weak median filter for suppress hotpixels before writing the resulting buffer to a NEF file), MODE 2 (notice, the negative values are zero-clipped and lost), MODE 3 (hotpixels are now visible: power cutoff during dark frame exposure will cause the buffer to be flushed without the median filter applied), and the result of the subtraction of two successive MODE 3 images.

Histogramme cumul� inverse du signal thermique (d'apr�s des images RAW). Pose de 120 secondes dans le noir � ISO 400 et 21�C. Noter que l'�chelle verticale est logarithmique. Voici comment lire ce graphique. Par exemple, dans l'image Canon 10D il y a 20 pixels chauds qui ont une intensit� sup�rieure � 1000 pas codeurs. Pour la m�me pose, dans le cas du Nikon D70 il y a 200 pixels qui ont une intensit� sup�rieure � 1000 pas codeurs (mode 3). Avant correction, le signal d'obscurit� du D70 est typiquement 10 fois sup�rieur � celui du 10D. Dans les deux cas plusieurs populations de pixels chauds sont identifi�s.
Inverse cumulated histogram of the thermal signal (from RAW data). Exposure of 120 seconds in the darkness with ISO 400 and 21�C. Note that the vertical scale is logarithmic. Here how to read this graph. For example, in the Canon 10D image there are 20 hot pixels which have an intensity higher than 1000 steps coders. For the same exposure, in the case of Nikon D70 there are 200 pixels which have an intensity higher than 1000 steps coders (mode 3). Before correction, the dark signal of the D70 is typically 10 times superior with that of the 10D. In both cases several family hot pixels are identified.

Image flat-field (champ plat) r�alis� avec le Canon 10D sur un �cran blanc � la longueur d'onde de 500 nm (filtre interf�rentiel de 20 nm de bande passante) et � f/22. Les taches sombre sont des poussi�res d�pos�es sur le filtre situ� en avant du capteur (ce n'est pas un probl�me, elles disparaissent apr�s un bon nettoyage).
Flat-field image (flat field) realized with Canon 10D on a white screen at the wavelength of 500 nm (interference filter of 20 nm pass-band) and at f/22. The dark spots are the dust deposited on the filter located in front of the sensor (it is not a problem, they disappear after a good cleaning).

Le m�me �cran photographi� avec le NIKON D70, toujours � la longueur d'onde de 500 nm et � f/22. Un d�faut de bord est visible (peut �tre li� aux limite du coating du filtre plac� en avant du CCD ou au CCD lui-m�me).
The same screen observed with the Nikon D70, always at the wavelength of 500 nm and at f/22. A edge defect is visible (can be related to the limit of the filter coating placed in front of the CCD or to the CCD itself).

L'effet de bord sur le D70 est imperceptible lorsqu'on visualise la couche verte uniquement sans le filtre interf�rentiel.
The edge effect on D70 is unperceivable when the green layer is displayed only without the interference filter.

Canon 10D offset
A gauche, la moyenne de 10 exposition br�ve dans l'obscurit�. Le bruit RMS de la moyenne est de 2,06 pas codeur. Une faible structure fixe verticale est visible (les seuils de visualisation sont pris entre 50 et 0 ADU). A droite, le r�sultat de la soustraction de deux offsets successifs (chacun est la moyenne de 10 poses individuelles). La structure a disparu.
Left, mean of 10 short exposure frame from the Canon 10D (crop). The RMS noise of the mean is of 2.06 ADU. A faint vertical fixed pattern is visible (threshold limits are 50 and 0 ADU). Right, the subtraction of the two successive offsets (each is the mean of 10 individual frame). The pattern is disappear

Nikon D70 offset
A gauche, la moyenne de 10 exposition br�ve dans l'obscurit�. Le bruit RMS de la moyenne est de 1,57 pas codeur. Une tr�s faible structure fixe horizontale est visible. A droite, le r�sultat de la soustraction de deux offsets successifs (chacun est la moyenne de 10 poses individuelles). Le r�sultat est tr�s propre.
Left, mean of 10 short exposure frame from the Nikon D70 (crop). The RMS noise of the mean is of 1.57 ADU. A very faint horizontal fixed pattern is visible (threshold limits are 50 and 0). Right, the result of the subtraction of the two successive offsets (each is the mean of 10 individual frame). The result if very clean.

6. CODAGE NUMERIQUE / NUMERICAL CODING

Ci-dessous, l'histogramme de la distribution de l'intensit� des pixels dans une vue domestique en utilisant uniquement les pixels verts de l'image de la matrice de Bayer (fonction cfa2green2 de Iris). Certains codes semblent absent dans l'image provenant du D70.
Below, the histogram of the intensity distribution issued from a domestic frame by using only the green pixels of the Bayer matrix image (cfa2green2 procedure of Iris). Some codes seem absent in the image coming from D70.

D�tails de l'histogramme de l'image du Nikon D70 :
Details of the D70 histogram:

Le Nikon D70 semble utiliser un algorithme de compression avec perte d'informations au travers d'une table de transcodage. Le codage des pixels passe de 12 bits � 9,5 bits environ lors de cette op�ration. Il est possible que les codes manquant dans l'image RAW soient le r�sultat de la d�compression, ce qui cr��e un ph�nom�ne de post�risation. Une fois l'image RAW trait�e (compositage de plusieurs clich�s, registration, ...) et convertie en couleurs, le ph�nom�ne dispara�t pratiquement totalement et l'aspect visuel de l'image est pr�serv�. Voir aussi cet article. Cette interpr�tation de l'aspect de l'histogramme reste � confirmer.
Nikon D70 seems to use a lossy compression algorithm through a transcoding table for the NEF files. The result is an average coding of about 9.5-bit per data point, and not the original 12-bit. It is possible that the codes missing ("gaps") in image RAW is the result of the decompression process (9 to12 bits coding), which created a phenomenon of posterization. Once image RAW processed (registration, stacking, ...) and converted into colors, the phenomenon practically disappears and the visual aspect of the image is preserved. See also this article. This interpretation of the aspect of the histogram remains to be confirmed.

La sensibilit� dans le rouge, et tout particuli�rement au voisinage de la raie Ha, est un des probl�mes douloureux avec les reflex num�riques actuel. Le filtre anti-infrarouge install� devant le d�tecteur coupe en effet le rouge bien trop t�t. Ce filtre ne laisse passer qu'une portion congrue de la lumi�re des n�buleuses, quelques pourcent tout au plus, alors que le capteur est potentiellement tr�s sensible � cet endroit. Le Nikon D70 est tr�s attendu sur ce point. Le r�sultat semble montrer que le D70 n'est pas meilleur que son concurrent 10D/300D en ce qui concerne la sensibilit� dans le rouge. Dommage !
The red sensitivity, and particularly in the vicinity of the Ha line, is one of the painful problems with the current DSLR cameras. The anti-IR filter installed in front of the detector cuts the red really too early. This filter let pass only a fraction of the light of nebulas, a few percent at most, whereas the sensor is potentially very sensitive for this wavelength. Nikon D70 is very expected on this point. The result seems to show that D70 is not better than its competitor 10D/300D in regard to the sensitivity in the red.

Les portions d'images ci-dessus montrent la r�gion de l'�toile Gamma Cyg, entour�e de n�buleuses � �mission. Ce test de sensibilit� dans le rouge a �t� r�alis�e dans des conditions difficiles (en ville) et avec des poses �l�mentaires de dur�es trop courtes (30 secondes). On a additionn� 10 images de 30 secondes pour atteindre un temps de pose cumul� de 300 secondes. A gauche le r�sultat obtenu avec le Canon 10D, � droite le r�sultat obtenu avec Nikon D70. Les pixels ont �t� agglom�r�s avec un facteur 4 suivant les deux axes (binning num�rique en utilisant la commande BINXY de Iris). Difficile de dire qui a l'avantage. Le r�sultat est m�diocre dans les deux cas compte tenu de la sensibilit� potentielle dans le rouge du d�tecteur qui �quipe ces deux appareils photo.
Ha sensitivity - Left the Canon 10D, right the Nikon D70. 10x30 seconds exposure and sub-urban condition
Nearly the same result... not very good!

En for�ant sur le temps de pose, on peut s'apercevoir que les appareils photographiques digitaux peuvent �tre sensibles dans le proche infrarouge. Comment se comportent le D70 et le 10D dans ce domaine.
IR sensitivity of the Nikon D70 and Canon 10D is demonstrated by the use of a RG9 filter.

Voici un paysage photographi� avec le Nikon D70 �quip� de son t�l�objectif de 180 mm. Les param�tres de prise de vue sont ISO 800, l'objectif diaphram� � f/13 et un temps de pose de 1/500 de seconde.
An everyday picture with the D70 + 180 mm at f/13, ISO 800, 1/500:

La m�me sc�ne est photographi�e en pla�ant un filtre RG9 devant l'objectif (coupure vers 750 nm). Toujours � f/13 le temps de pose est � pr�sent de 1/2 seconde. L'image infrarouge a �t� transform�e en noir et blanc.
RG9 filer is now added (cut off near 750 nm). 180 mm at f/13, ISO 800, 1/2 s:

Dans l'image couleur de d�part, la couche rouge a �t� remplac�e par l'image infrarouge ci-dessus. Cela donne une sc�ne qui ressemble bien � ce que nous verrions si nos yeux �taient sensibles dans le proche infrarouge : la chlorophylle r�fl�chit bien plus fortement la lumi�re solaire dans l'infrarouge. La v�g�tation se teinte alors d'un beau rouge !
The red layer is replaced by the IR image (Iris is used for register the color layers):

La m�me exp�rience a �t� r�alis�e avec le Canon 10D, toujours � f/13 avec l'objectif de 200 mm et � ISO800. La nuance importante est que, pour obtenir la m�me densit� dans l'image IR (voir clich� ci-dessous), il a �t� n�cessaire de poser 8 secondes, au lieu de 0,5 seconde pour le D70. Le filtre anti-IR du D70 bloque donc sensiblement moins le rayonnement infrarouge, mais on ne s'en plaindra pas !
Same, but with the Canon 10D. 200 mm at f/13, ISO 800, exposure 8 seconds (remember, for the D70 the exposure time is only 0.5 second!):

Les r�ponses spectrales relatives des trois couches RGB ont �t� �valu�e sur des spectres du Soleil en utilisant le spectrographe LORIS. Le calcul prend en compte la distribution spectrale du spectre solaire et l'efficacit� spectrale de LORIS. Les spectres ont �t� liss�s avec des fonctions Splines pour elliminer les raies spectrales de Fraunhofer. Les images couleurs sont issues d'une interpolation lin�aire simple des images CFA, ce qui minimise les art�facts et les biais photom�triques (on a utilis� le logiciel Iris pour cela).
The relative spectral response of the three RGB layers were evaluated by using the spectrograph LORIS with Sun observation. The calculation takes into account the spectral distribution of the solar light and the spectral efficiency of LORIS. The spectra were smoothed with Splines functions to eliminate the Fraunhofer spectral lines. The color images result from a simple linear interpolation of the CFA images which minimizes the photometric artifacts and the photometric errors (Iris software was used for that).

Le graphique suivant montre la r�ponse spectrale compar�e du D70 et du 10D. Les courbes sont normalis�e � leur pic de r�ponse. La r�ponse du canal vert est tr�s proche pour les deux appareils. On note en revanche par rapport au D10 que la sensibilit� dans le bleu du D70 est d�port�e vers les courtes longueurs d'onde, que la bande passante est plus �troite et que le rendement est plus faible dans cette bande. Les canaux rouges des deux appareils sont similaires, � ceci pr�s que la r�ponse relative du D70 est 10% inf�rieure � celle du 10D au niveau de la raie Ha de l'hydrog�ne, mais que le D70 a aussi une r�ponse plus �tendue dans le rouge profond (ceci confirme les mesures en infrarouge du paragraphe pr�c�dent).
The following graph shows the spectral response of the D70 and of the 10D. The curves are normalized to their peak response. The response of the green channel is very close for the two digital cameras. The D70 blue response is shifted toward the short wavelengths compared to the 10D. The blue curve of the D70 is also narrower and a global lack of sensitivity is noticed. The red channels of the two DSLR are very similar.

A la longueur d'onde de 500 nm, isol�e avec l'aide d'un filtre interf�rentiel de 20 nm de largeur de bande, il s'av�re que le Nikon D70 produit 0.848 fois moins de signal que le 10D dans le canal vert pour une m�me sensibilit� ISO et en corrigeant les effets instrumentaux (taille des pixels, type des objectifs). Partant de cette mesure, les courbes ci-apr�s montre les r�ponses spectrale des deux appareils pour une m�me sensibilit� ISO. Attention, cela ne signifie pas que le D70 est 0.848 moins sensible que le 10D car pour cela il faut aussi prendre en compte le bruit dans l'image.
At the 500nm wavelength, isolated by an interferential filter of 20nm range, it appears that the Nikon D70 produces 0.848 times less signal than the Canon 10D in the green channel for a same ISO sensitivity. This being computed by correcting the instrumental effect (pixel size effect, lens type). The above curves show the spectral response of the two cameras for the same ISO sensitivity. Be careful, this does not mean that the D70 is 0.848 times less sensitive than the 10D, because they are not here compared at the same signal to noise ratio.

On a port� sur le graphe suivant la position de raies spectrales remarquables. La couleur bleu-vert des n�buleuses plan�taires (raies OIII) est bien restitu�e, mais le d�faut de sensibilit� dans le rouge est criant (raie Ha).
On the graph below, remarquable lines are indicated. The blue-green color of the planetary nebulae (OIII line) is well restituted, but the lack of sensitivity in the red is damageable ( Ha line).

Le graphe suivant est la somme des r�ponses des canaux rouge, vert et bleu. C'est la r�ponse panchromatique lorsque l'on calcule une image noir et blanc � partir d'un image couleur en utilisant la fonction de conversion "48 bits vers 16 bits" de Iris.
The graph below shows the sum of the response curve of the channels red, blue and green. This is the pan-chromatic response when a white and dark image is computed from a color image by using the conversion function "48 bits to 16 bits" of Iris.

La spectre d'�mission est celui de la n�buleuse Messier 8. Il s'agit d'un spectre soigneusement calibr� et l'intensit� relative des raies y est respect�e (cliquer ici pour des d�tails). La raie rouge de l'hydrog�ne est dominante.
The emission spectrum is the one from the Messier 8 nebulae (click here for details of this observation). This is a carefully calibrated spectrum and the relative intensity is conserved. The red line of the hydrogen is predominant.

Ci-dessous, le spectre de Messier 8 multipli� par les r�ponses du Nikon D70 et du Canon 10D. La raie dominante est celle de l'oxyg�ne interdite [0III] � 500.7 nm. Dans les deux cas, la n�buleuse perd sa couleur rouge de mani�re quasi identique (le D70 restitue le rouge des n�buleuse tr�s l�g�rement mieux que le 10D).
Below, the M8 spectrum is multiplied by the response of the Nikon D70 and the Canon 10D. The dominant line is the forbidden oxygen [0III] at 500.7 nm. In the two cases, the nebulae lose its red color on a very similar way. (The D70 will reproduce it a little bit better than the Canon 10D).

Le tableau suivant donne les valeurs de quelques param�tres mesur�s sur les deux boitiers (ADU = Analog Digital Unit, e^- = electron) :
The following table gives the value of some measured parameters (ADU = Analog Digital Unit, e^- = electron):

Note : le d�faut de sensibilit� du D70 mis en �vidence au paragraphe pr�c�dent se manifeste ici par un coefficient de correction pour ce canal plus �lev�e que das le cas du 10D.
The sensitivity defect of the D70 in the blue channel is put in evidence here through a compensation parameter value for the correction of the blue channel higher than for the Canon 10D.

Ci-dessous, une session de test du D70 (� gauche) et du 10D (� droite). Le D70 est command� par le port infrarouge d'un PDA Sony Cli� (Palm OS). Plus simplement, l'intervalom�tre TC-80N3 est utilis� pour le 10D.
Below, a test session of the D70 (left) and of the 10D (right). The D70 is remotely controlled by the infrared port of a Sony Cli� PDA (Palm OS). More simply, for the 10D the time remote controller TC-80N3 is used.

Jun	JUL	Aug
	08
2003	2004	2005

	NIKON D70	CANON 10D
Gain at ISO 400	2.57 e^-/ADU	1.52 e^-/ADU
RMS noise at ISO 400	13 e^-	10 e^-
Peak dark current at 22�C (typical)	8 ADU/sec/pixel	0.5 ADU/sec/pixel
Offset level (observed electronic bias)	MODE 1: 0 ADU (clipped to zero) MODE 3: 5 ADU	129 ADU
Dynamic	12-bit (4095 ADU)	12-bit (4095 ADU)
Detector	CCD (Sony ICX413AQ) Image format: 3040x2014 Pixel size: 7.8 microns	CMOS (proprietary) Image format: 3072x2048 Pixel size: 7.4 microns
White balance (solar type light and linear de-bayer function under Iris software)	R = 1.93 G = 1.00 B = 1.80	R = 1.96 G = 1.00 B = 1.23