Observations et photographies à
l'Observatoire Astronomique du Mont-Mégantic
14 avril au 19 avril 2005

Résultats préliminaires

   
       
 

J'ai déposé un projet d'imagerie pour fin éducative à l'observatoire du Mont-Mégantic en avril 2005. Ce projet a été accepté et c’est avec énormément d'enthousiasme que je me suis lancé dans cette aventure.

Quatre nuits étalées sur six jours m’ont été octroyés pour ce projet. J’ai quand même pu observer durant les deux autres nuits attribuées à Luc Turbide du département d’astrophysique de l’UdeM. Luc Turbide, que je remercie, a partagé une partie de son temps avec moi si bien qu’en tout, mon projet avu cinq nuits complètement claires sur six ce qui est exceptionnelle pour le Mont-Mégantic!

Je mettrai ici au fur et à mesure les résultats. La réduction des données prises est un travail long est fastidieux mais qui en vaut l’effort. Jusqu’à présent, les résultats s’annoncent plus que spectaculaire. En tout, près de 70 Giga-octets de données a été enregistrés durant les cinq nuits.

Les objets imagés ont été les suivants :

  • Arcturus
  • Epsilon Lyrae
  • Gamma Leonis
  • Jupiter
  • Lune
  • M03
  • M13
  • M27
  • M51
  • M57
  • M92
  • NGC 4565
  • Saturne
  • Tau Bootis

Ce projet a été rendu possible grâce à la participation de l’Observatoire Astronomique du Mont-Mégantic (OMM). Merci particulièrement à monsieur Pierre Bastien, directeur de l’observatoire et à messieurs Bernard Malenfant et Ghislain Turcotte, indispensables collaborateurs et opérateurs du télescope pendant mon séjour. Merci également à mes collègues et amis Rémi Boucher, Sébastien Giguère et Guillaume Poulin de l’astrolab pour leur aide, leur soutien et leur compagnie. Merci!

Sébastien Gauthier
18 mai 2005

 


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© Rémi Boucher


© Rémi Boucher

       
       
  Explications sur le traitement des images de m03
(12 juin 2005)
   
       
  Suite à une question d’un abonné de la liste de discussion astro que voici :
« Le piqué des étoiles et les faibles étoiles de l'amas sont vraiment impressionnantes. Est-ce que tu appliques un traitement particulier ou ce sont simplement les images brutes additionnées et sans traitement ? », j’explique ici brièvement ma technique. D’abord, pour répondre simplement : ce ne sont pas les images brutes que vous voyez, il y a beaucoup de traitement.

Après avoir passé environ deux semaines à trouver un flux de travaux (workflow) avec différents logiciels tel que IRIS (4.37b), Maxim DL (4.01) et Prism (5.1.059) je n’ai jamais réussi à obtenir de meilleures résultats avec les logiciels de traitement dédiés à l’astronomie qu’avec Photoshop CS2.

Si vous pouvez m’aider avec des suggestions de traitement vous êtes les bienvenues. Brièvement, disons que là ou sa coince dans mon cas c’est avec le traitement des images en matrice de Bayer de la D1X qui possèdent des pixels non rectangulaires et une restitution des couleurs dont l’algorithme m’échappe. J’avais d’abord soustraits les images de courants d’obscurité (dark) et les décalages (bias) sur les matrices de Bayer avec Prism puis reconstruit une image couleur 48bits toujours avec Prism. Image que j’ai ensuite redimensionné verticalement pour paré les pixels rectangulaires de la D1X. Ensuite, j’ai essayé différentes recettes d’étirement de la dynamique (stretch) avec Maxim DL (car les images de la D1 sont en 12bits par canal soit 36bits total et non 48). Je ne suis jamais parvenu à trouver une recette qui donnait des couleurs naturelles comparables aux logiciels de conversion RAW (NEF) tel que Nikon Capture 4. Cette technique donnait tellement de moins bonnes couleurs que malgré que le traitement du bruit fût légèrement mieux contrôlé, j’ai préféré utiliser la technique suivante avec Photoshop CS2.

   
       

1 - Voici une image brute convertie de nef à tiff 48bits avec Nikon Capture 4. L’image d'origine fait 3008px x 1960px. Elle à été réduite ici en un jpg de 300x195x8bits. Cette image est le résultat d'une pose de 6 minutes à 400ASA, équilibre des blancs sur ensoleillé avec une Nikon D1X. La tache en haut à gauche est causée par le bruit thermique.

2 – Détail à 100% de l’image précédente. Notez le bruit thermique et certains pixels chauds « étalés » par la convolution de la matrice de Bayer.

3- Image du courant d’obscurité de 6 minutes prise et convertie dans les mêmes conditions que l’image en 1.

4- Idem à 3 mais avec la gamme dynamique égalisée (equalized).

5- Pour chacune des neuf images (tel qu’en 1) qui composent la mosaïque de m03 l’image d’obscurité (dark) a été soustraite dans Photoshop en la plaçant sur un calque (layer) en mode « difference » par-dessus l’image stellaire. Ici pour plus de détails. Vous voyez ici le résultat à 100%. Ce n’est pas parfait mais c’est mieux qu’en 2 (ne vous fiez pas sur la luminosité de la photo les niveaux ont été changés).

6- C’est ici le plus long. Sur un large canevas de 9000px x 6000px x 48bits les neuf images sont assemblées en neuf calques. Lors de l’acquisition, à chaque pose nous avons translatés le télescope selon une grille de 206.1" d’arc nord-sud et 334.9" d’arc est-ouest. Cela provoque une superposition d’environ 15%. La mosaïque est un peu inclinée la caméra n’étant pas parfaitement alignée selon l'axe équatorial (le temps qui passe vite oblige) mais notez quand même la très grande qualité des translations.

Vous voyez ici les calques en mode « Exlcusion » ce qui permet de percevoir les chevauchements. Mais dans les faits, je les assemble en mode « difference ». Lorsque la jonction devient noire, je sais que les images sont parfaitement alignées après quoi je remets tous les calques en mode « normal »

7- Les neufs calques sont ensuite munis d’un masque de transparence semblable à celui-ci pour adoucir les jonctions. Cela rend presque imperceptible les sutures entre les images.

8- Voici le résultat final. Une fois l’image assemblé, je passe en mode LAB qui permet de faire des ajustements de luminosité sans changer le chromatisme. Pour m03, les trois sous images de droite ont été ajustées avec un calque d’ajustement de niveaux (Adjustment Levels Layer) pour en diminuer légèrement la luminosité. Ces images ont été prises en dernier et la luminosité du ciel avait changé (l’acquisition se fait sur plus d’une heure).

J’ai ensuite aplatie l’image (pour économisé de la mémoire) et passé un filtre médian d’un rayon de deux pixels pour faire disparaître les pixels noir (résultats de la soustraction du bruit). Ensuite vient une rotation du canevas et un recadrage pour le ramener parallèle à l’équateur. Sauf erreur de ma part, le nord est en haut et l’est à gauche.

Ensuite, toujours en LAB j’ajoute d’abord un calque d’ajustement de niveaux pour rééquilibrer la dynamique dans lequel je mets le bias (niveau 0) sur le fond (sans tronquer l’histogramme) puis change le pseudo gamma des niveaux avec les paramètres suivants : 0 – 1.96 – 255. J’ajoute aussi un autre calque d’ajustement mais cette fois de Hue / Saturation pour monter la saturation à +30 (ce qui pompe un peu l’aspect coloré des étoiles).

Finalement je raplatie l’image et j’applique successivement deux filtre de masque flou (Unsharp Mask) de 100% d’un rayon de 2 pixels. Je repasse en mode RGB (colorspace = sRGB) et voilà!

9- La faiblesse de ce flux de travail c’est définitivement la soustraction du bruit. Voici une section à 100% de l’image finale en 8. Le filtre médian détériore beaucoup la résolution effective. Ça reste toutefois compatible avec la réduction en taille (downscale) qui suit comme vous pouvez le constater sur l’image 1000 pixels mais quand même, c’est évident que je pourrais faire mieux. Si vous avez des suggestions : Sébastien Gauthier

       
       
       
  Mosaïque de l'amas globulaire M03 dans
Canes Venatici (11 juin 2005)
   
       
  Mosaïque de 9 images de M03. Image similaire à celle de M13 en ce qui concerne les caractéristiques techniques mais 9 x 6 minutes au lieu de 9x 10 minutes de pose.

Vos commentaires sur cette image sont toujours les bienvenues.

   
       
       
  Chaque image de la mosaïque et une image noire (dark) ont été prises avec une Nikon D1X (DSLR) montée au foyer Cassegrain f/8 du télescope. Le temps de pose est de 360 secondes (6 minutes) avec le gain à ISO400. Chaque image de 6M de pixels à été enregistré en RAW (3x12bit RGB).    
       
  Mosaïque de l'amas d'Hercule M13
(6 juin 2005)
   
       
  Mosaïque de 9 images de M13. La composition finale fait 8051x4846 pixels. Au foyer du télescope de 1.6m f/8 cela donne 17.2’ x 10.4’ de champ. Ici est présenté un cadrage de 1000 x 750 pixels totalisant un champ de 13.8’ x 10.4’.

Vos commentaires sur cette image sont les bienvenues.

   
       
       
  Chaque image de la mosaïque et trois images noires (dark) ont été prises avec une Nikon D1X (DSLR) montée au foyer Cassegrain f/8 du télescope. Le temps de pose est de 600 secondes (10 minutes) avec le gain à ISO400. Chaque image de 6M de pixels à été enregistré en RAW (3x12bit RGB).    
       
  La Lune à 256 millions de pixels
(18 mai 2005)
   
       
 

Un des objectifs était de produire une mosaïque complète de la Lune à chaque soir de la mission. Trois mosaïques ont été réussies. Le champ de ma caméra au foyer Cassegrain couvrant 6.44' x 4.29' sur le télescope de 1.60m (12800mm f/8) de 23 à 44 tuiles ont été nécessaires selon la phase pour compléter chaque mosaïque.

Les mosaïques finales sont de 16000 pixels par 16000 pixels soit 256 millions de pixels! Une première en ce qui me concerne. La résolution finale est d’environ 0.13 seconde d’arc par pixel. J’ai eu un seeing de 1.6" à 2" d’arc durant mes nuits. 0.13"/px est donc suffisent pour caractériser le PSF des images et produire de bonne déconvolutions.

J’expliquerai plus en détail la technique utilisée pour produire et assembler ces mosaïques dès que j’en aurai la chance.

Voici donc un premier résultat. Évidemment, une image de 256Mpixels c’est un peu lourd sur le web alors je vous propose une version 1000x1000 soit réduite à 6.25% :

   
       
       
       
  Je dois admettre que le résultat m’encourage énormément. Des dizaines d’heures ont été nécessaires pour arriver à cette image. Plusieurs en temps de calcul mais surtout, des jours et des jours d’essaies et erreurs, de programmation et de rendu. Après un mois vous voyez ce que ça donne! Les autres devraient prendre moins de temps (c’est ce que j’ai promis à ma blonde en tout cas :-)

Chaque image a été prise avec une Nikon D1X (DSLR) montée au foyer Cassegrain f/8 du télescope. Le temps de pose est de 1/50 de seconde avec le gain à ISO125. Chaque image de 6M de pixels à été enregistré en RAW (3x12bit RGB).

Sommairement voici les étapes de traitement de cette image de lune (du 18 avril 2005):

  1. Un entraînement différentiel a été calculé pour suivre la Lune durant toute la prise de vue (environ 60 minutes).
  2. La mise au point du télescope a été faites avec DSLR Focus.
  3. 41 cadres ont été nécessaires pour couvrir toute la Lune. Vingt poses de 1/50" sont prises pour chaque cadre. Une série de translation de précisément 206.1" d’arc nord-sud et 334.9" d’arc est-ouest ont permis de couvrir la mosaïque avec des superpositions de 15% de manière impeccable.
  4. Je décrirai comment la gestion de ces données brutes et l’automatisation de la prise de données a été faite ultérieurement.
  5. Les 820 images NEF ont été convertis en TIFF 16bits noir et blanc avec une recette «maison».
  6. Les 820 images ont été inspectées individuellement (bon exercice de conviction). 41 des meilleures images ont été retenues.
  7. Les 41 images ont été assemblées avec Photoshop CS pour assembler le premier niveau 256Mpx de la mosaïque avec une technique que je décrirai ultérieurement.
  8. Chaque calque de la mosaïque a été muni d’un masque dégradé de 8bits pour rendre imperceptible les jonctions. Ici le fichier pèse 59Giga-octets (!) à lui seul dans Photoshop (second exercice de conviction).
  9. La mosaïque est aplatie dans Photoshop et des régions caractéristiques ont été extraites pour des tests de traitement.
  10. Les sous régions ont été déconvoluées avec un filtre Richardson-Lucy à l’aide de MaximDL 4.1. Les tests ont démontrés que les meilleurs résultats sont obtenus avec 25 itérations et une PSF de 2.64 de rayon.
  11. Si vous y pensez un peu et que vous saisissez ce qu’implique 25 itérations Richardson-Lucy sur une image de 256 millions de pixel vous arriverez à la même conclusion que moi : ça ne se fait pas en criant lapin. J’ai donc segmenté l’image en 44 tuiles de 2048x2048 avec une superposition de 128 pixels (pour les effets de bords qui vont survenir).
  12. J’ai automatisé le processus et fait 44 déconvolutions de 25 itérations avec MaximDL. Avec les bogues d’usages, ça a pris deux jours!
  13. J’ai réassemblé les 44 tuiles dans Photoshop CS suivant une grille de 1920x1920 (2048-128). Ici encore j’ai du mettre des masque dégradés. L’image est toujours en 16bit et elle pèse maintenant 64 Giga-octets (finalement, j’ai de la conviction!).
  14. L’algorithme Richardson-Lucy de MaximDL étant fortement influencé par le niveau de noir des images, les pixels à 0 et les pixels à 65525, certaines tuiles de la nouvelle mosaïque (en fait trois) ont déviées un peu en luminosité. J’ai donc mis des calques d’ajustement de nivaux sur ces tuiles et rétablis la balance de gris.
  15. J’ai aplatis l’image et ajusté le bias pour mettre les noirs à 0 et légèrement changé la courbe de gamma pour augmenter le contraste sans réduire la dynamique.
  16. Je suis allé me coucher!


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La D1X au foyer du télescope
© Rémi Boucher


L'ordinateur de contrôle de la camera
et le disque dur des données en
"piggy back" sur le télescope
© Rémi Boucher


Prise des images à distance dans la salle
de contrôle de l'observatoire
© Rémi Boucher

       
       
  La suite...    
       
  Plusieurs autres images restent à venir. En voici quelques unes. Elles ne sont absolument pas terminées. Seulement un traitement sommaire pour l’instant histoire de voir ce qui m’attend…    
       
 


Jupiter


Arcturus


Double double dans la Lyre


M51


Lune - Mosaïque du 14 avril.

 


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