Webcams, l’imagerie
numérique à la portée de tous.
Christophe Béthune
(christophe.bethune@worldonline.fr)
Quel astronome amateur n’a pas rêvé de photographier au moins une fois les merveilles de notre univers ? Je ne connaissais le ciel que grâce à de multiples séances au Planétarium de Nantes et aux diverses revues spécialisées. Toutes les images superbes que l’on pouvait y découvrir me semblaient bien entendu inaccessibles. Mes débuts ont été effectués fin 1999 avec un « simple » petit Newton d’initiation 76/700. Dès les premières observations lunaires j’ai compris que mon objectif allait devenir de réussir à photographier tous ces objets plus merveilleux les uns que les autres. Ce télescope, au demeurant de bonne qualité optique, n’était pas du tout préparé à ce type d’activité. En effet, sa monture équatoriale n’était pas d’une stabilité exemplaire et de plus n’acceptait pas de motorisation ce qui rendait le suivi un peu folklorique. J’étais alors totalement novice et plein d’illusions. N’ayant pas de compétences en la matière, j’ai fait confiance à un revendeur qui m’a conseillé l’ETX 125 Meade m’assurant que la photographie serait possible. Quelle ne fut pas ma déception en réalisant après quelques essais que cet instrument ne m’autoriserait que des images argentiques de pleine Lune, le suivi et la stabilité n’étant pas tout à fait à la hauteur de son optique fantastique!
J’ai alors découvert sur le net un site* dédié à l’utilisation des caméras numériques de visioconférence en astrophotographie, les webcams. Les résultats obtenus par certains passionnés étaient tout à fait étonnants ! Ces caméras à mes yeux avaient de nombreux avantages pour un débutant : facilité de mise en œuvre, prix attractif (bien inférieur à 1000frs), télescopes d’initiation utilisables.
Je vais essayer ici de vous donner quelques pistes concernant le choix de la webcam, son adaptation sur les télescopes, son utilisation mais aussi ses évolutions futures.
* : voir lien en fin d’article
Ces petites caméras doivent être choisies selon deux critères essentiels que sont la sensibilité et le type de capteur employé dans leur fabrication.
La sensibilité
Elle doit être de 1 lux ou moins. Ces données ne sont pas toujours indiquées sur les emballages. Vous devrez bien souvent alors vous rabattre sur le deuxième critère de choix qu’est le type de capteur.
Le capteur
Il peut être de 2 types, CMOS ou CCD (Charge Coupled Device). Les CCD sont à privilégier car les résultats qu’ils permettent d’obtenir sont bien supérieurs. Leur sensibilité est bien meilleure mais la taille du capteur plus petite que celle des modèles CMOS. J’ai pu essayer la Quickcam web de Logitech (capteur CMOS) qui, même si les résultats lunaires sont acceptables avec une couverture de champ plus large, n’est pas à conseiller sur le planétaire « lointain ». En effet, les photographies de Jupiter et de Saturne demandent une finesse d’image plus importante. Différents modèles actuels remplissent cette condition.
Parmi les modèles qu’il sera possible d’employer, je peux vous conseiller les Quickcam VC et N/B, la Compro PS 39, la Philips Vesta Pro. Ces webcams ne sont plus trouvables (ou presque) sur le marché du neuf et il faudra essayer de les dénicher en matériel d’occasion chez les revendeurs spécialisés ou sur Internet. La récente Philips ToUcam Pro semble actuellement avoir la préférence des amateurs. Elle remplace la Vesta Pro. Elle se connecte à un ordinateur par l’intermédiaire du port USB. Son installation est automatisée et ne demande pas de compétences particulières en informatique. Je vous la conseille pour plusieurs raisons que je détaillerai ensuite.
Je pense qu’il n’y a pratiquement pas de télescopes inutilisables avec ces caméras et c’est bien là un de leurs gros avantages : Newton, Lunettes, Schmidt Cassegrain… La monture devra cependant présenter une certaine stabilité du fait des forts grossissements atteints. Une motorisation simple axe sera tout de même la bienvenue pour assurer un suivi acceptable si la monture de votre instrument est de type équatoriale et double axe si elle est de type alt/az. Les télescopes ou lunettes pour enfants sont certainement les seuls qui devront être proscrits. En effet leur qualité optique est souvent déplorable et les vibrations transmises beaucoup trop importantes.
Adaptation d’une Vesta Pro au coulant 31,75mm. Notez la petitesse du capteur sur la première image. Photo C Béthune
Mais vous avez la webcam, vous avez un télescope et il vous semble évident que rien n’est prévu pour les relier ensemble. Je vais donc vous décrire la façon de la fixer sur votre coulant 31,75 (le plus courant actuellement) en lieu est place de votre oculaire.
La ToUcam, comme la Vesta, a l’avantage d’avoir un objectif entièrement dévissable. Vous libèrez ainsi le capteur qui est aussitôt visible au fond de la cavité. Elle ne nécessite pas de démontage lourd et la garantie ne s’en trouvera pas caduque ! Les webcams de marque Logitech doivent être elles « désossées » pour y fixer l’adaptateur et c’est la raison pour laquelle je vous les déconseille pour débuter.
Il va donc falloir fabriquer une « bague » avec d’un côté un filetage de 12mm de diamètre au pas de 0,5mm et de l’autre un cylindre lisse de diamètre 31,75mm glissant dans le coulant de votre instrument. Auparavant différentes techniques pouvaient être appliquées : boîtier de pellicule photographique (de diamètre 31mm) collé avec un téton en plastique grossièrement usiné à 12mm, « bidouille » en tout genre plus ou moins évidente à réaliser*... Dorénavant il est possible d’acheter pour 100 à 200 frs chez des particuliers* ou dans les magasins spécialisés des bagues en aluminium. Elles présentent l’avantage d’être très stables et pérennes. Ce type d’adaptateur permettra l’utilisation ultérieure d’accessoires optiques augmentant la focale comme les lentilles de Barlow (leur emploi s’avérera obligatoire pour les planètes lointaines mais aussi pour agrandir encore les cratères lunaires par exemple).
Vesta pro montée sur un ETX 125 avec une Barlow apochromatique Meade. Image C Béthune
J’ai donc ainsi rapidement pu essayer cette caméra avec mon ETX 125, sur la Lune bien évidemment, cible préférée des débutants.
Ses avantages m’ont aussitôt frappé :
-je voyais en direct les cratères lunaires avec des grossissements impressionnants. Placée au foyer de mon instrument, l’image semblait équivalente à celle observée à l’oculaire à 300X.
-la caméra pouvait filmer des séquences complètes de plusieurs secondes avec donc des périodes nettes et d’autres floues.
Cependant j’ai pu voir également des « inconvénients » qu’il allait falloir gérer :
-la webcam n’est pas une caméra d’astronomie et donc sa sensibilité est bien moins bonne. Seules les étoiles les plus lumineuses sont visibles (sur les cibles ponctuelles on ne peut espérer dépasser une magnitude 11/12).
-la focale originelle de 1900 mm associée à la petitesse du capteur (1/4 de pouce) ne donne que de petits fragments de la surface lunaire : 700km X 500km
-le pointage des objets de petite taille comme les planètes lointaines ne semblait pas être évident toujours à cause du petit capteur.
Ceci m’amène à vous préciser quelques règles de base pour vos soirées de capture, presque toutes directement liées à ces premières considérations.
Le site
Concernant le site de capture, la webcam apporte un avantage décisif par rapport aux caméras CCD astro. En effet, elle est prédisposée de par sa sensibilité à l’imagerie planétaire. Il sera donc tout à fait possible d’installer son matériel en ville même si les lumières de rues sont parfois gênantes en observation du ciel profond. Je pense préférable tout de même d’éviter les terrasses et les balcons qui ont l’inconvénient de rayonner et de créer des turbulences préjudiciables aux résultats.
La collimation
La première chose à faire est bien sûr la collimation de votre télescope du fait des forts grossissements atteints. Les puristes effectuent une collimation avant chaque séance de capture !
Le réglage du chercheur
Un réglage du chercheur réalisé spécifiquement avec la webcam est essentiel. Le montage n’est pas toujours parfaitement centré (surtout si vous avez bricolé votre bague) ce qui peut conduire à des erreurs de pointage pénibles du fait de la petitesse du capteur. Le réglage du chercheur est tout à fait conventionnel. Vous fixez la caméra sur le télescope et vous le pointez sans vous préoccuper du chercheur sur un objet terrestre lointain (cheminée, toit d’une église…). Vous le visualisez à l’écran , puis, à l’aide des vis de réglage du chercheur vous le centrez dans celui-ci.
La mise en station
Concernant la mise en station, elle ne nécessite pas toujours une extrême rigueur car l’avantage de la webcam est de « filmer » en direct l’objet que vous désirez photographier, le suivi parfait n’étant pas utile, même s’il est conseillé bien évidemment.
La mise en température
La mise en température devra être d’autant plus soignée que vous désirerez faire de la haute résolution et que vous utiliserez un instrument de gros diamètre surtout si c’est un tube ouvert comme les Newton ou les Cassegrain. Les lunettes ont l’avantage de pouvoir « presque » s’affranchir des conditions difficiles de la capture en ville (tube fermé, indéréglable, F/D souvent élevé limitant l’influence des lumières urbaines…). Une mise en température de 1 heure semble un bon compromis avec un tube fermé de 200mm.
Les conditions météorologiques
Les conditions climatiques jouent également leur rôle. Ainsi, si vous voyez scintiller à l’œil nu les étoiles du ciel, vous saurez que les conditions de turbulences ne sont pas respectées pour l’obtention de belles photographies. En effet, les grossissements apparents que donnent les webcams amplifient de façon très significative les périodes de flou, la focalisation parfaite devenant alors souvent impossible.
Un des atouts de la webcam comme je viens de vous l’indiquer est de pouvoir capturer en « live ». Cette capacité lui permet de s ‘affranchir d’une partie des aléas climatiques. En effet, lorsque vous filmez pendant 30 secondes ou 1 minute ; vous obtiendrez toujours des périodes même furtives de netteté, impossibles à saisir manuellement mais tout à fait identifiables sur les images d’un film.
La focalisation de l’objet
La webcam est un appareil assez peu sensible, comparativement aux véritables caméras CCD d’astronomie. Lorsque l’objet est trop défocalisé, il peut être invisible à l’écran. Je vous conseille de réaliser une focalisation préalable sur la Lune (quand c’est possible) ou d’utiliser des oculaires parafocaux de votre montage webcam. Pour donner un exemple, j’ai remarqué que le réglage de la mise au point du LX 200 (ouvert à 10) était presque identique avec un oculaire Plössl de 10mm qu’avec la Vesta Pro+Barlow Meade modèle 140.
Vous réalisez donc une mise au point soignée avec la webcam sur la lune par exemple (objet facile à pointer et à focaliser). Vous retirez la caméra du coulant 31,75 et vous essayez un par un tous les oculaires en votre possession et les faisant coulisser de bas en haut pour trouver la bonne position donnant une image nette sans avoir à toucher à la molette du télescope. L’idéal est bien entendu d’en avoir un parfaitement parafocal mais si ce n’est pas le cas, vous pourrez le « rendre » parafocal en faisant un trait repérant LA bonne position.
La capture
La capacité qu’ont les webcams à « filmer » en continu doit être mise à profit. Ces caméras peuvent capturer au format informatique AVI (*.avi). J’ai déjà pu tester de nombreux logiciels de capture et en particulier ceux fournis avec les CD Rom d’installation mais il est préférable d’utiliser des softs conçus et développés par des amateurs d’astrophotographie webcam. Plusieurs sont disponibles sur le net*, en ce qui me concerne, j’emploie avec succès QCFOCUS* qui a pour autre avantage de proposer une aide à la focalisation.
Les réglages du driver de la caméra doivent être effectués avant ceux du logiciel de capture. Tout d’abord vous devrez choisir le plus grand format d’image autorisé en capture vidéo. L’idéal est de pouvoir travailler en 640X480 pixels, la définition en sera meilleure. Les caméras Philips Vesta Pro et ToUcam Pro ont cette capacité . Par ailleurs, plus le nombre d’images/sec est élevé et plus le résultat semblera « bruité ». Un réglage préalable du driver à 5 ou 10 images par secondes me semble idéal, même si le 30 ou 60 images par seconde est pratique pour les périodes de mise au point. La luminosité et le contraste seront ajustés « à l’œil », ils varieront en fonction du montage webcam employé, du télescope que vous utilisez mais aussi des conditions atmosphériques. Pour exemple, si vous pointez la Lune et que votre écran est blanc, c’est que votre caméra reçoit trop de lumière, il faudra alors diminuer la luminosité manuellement. Le gamma de couleur et le contraste amélioreront l’aspect « contrasté » de l’image.
Les paramètres film (réglés eux dans le logiciel de capture de film) seront les suivants : 5 à 10 images par seconde sur une durées de 30 à 60 secondes. Au final vous aurez en votre possession entre 150 et 600 images. Une visualisation de votre film vous montrera aussitôt que toutes le images ne sont pas acceptables et qu’en l’espace de 10 secondes vous pouvez très bien passer du meilleur au pire.
La première partie de votre travail vient d’être faite. Vous pouvez déjà voir que « brutes », les images obtenues sont peut-être de meilleure qualité que la plupart de vos essais photographiques argentiques. C’est en tout cas l’impression que j’ai eu dès le premier soir d’essai.
Le traitement
Je vais aborder ici une des facettes de la CCD : le traitement informatique. Il va révéler des détails sur les images que la photographie argentique ne pourrait qu’esquisser et ce avec des traitements chimiques fastidieux. Il faut tout d’abord signaler qu’il vous sera possible de vous limiter à des logiciels standards de retouche photo comme Paint Shop pro, Photoshop, Picture it… Vous avez en revanche la chance que des astronomes amateurs soient aussi des informaticiens émérites et qu’ils aient conçu leurs propres softs*. Ils sont disponibles pour la plupart en freeware sur Internet.
Le traitement sera différent selon l’objet capturé. Il est plus simple pour la Lune et le Soleil, un peu plus complexe pour Saturne, Jupiter.
J’utilise pour l’ouverture de mon fichier AVI et sa visualisation un logiciel, AVI2BMP. Vous pourrez voir une par une toutes les images du film et donc déterminer si , par bonheur, tout peut être conservé ou si seulement certaines séquences sont exploitables.
Concernant la Lune, vous extrairez du film quelques images de bonnes qualités que vous traiterez simplement avec Paint shop pro par exemple : netteté, contraste, luminosité, gamma. Si l’image n’est pas nette sur toute sa surface,vous pourrez avoir recours à la mosaïque en prenant des fragments nets d’autres images que vous collerez sur la première pour la « compléter ». Cette mosaïque est utile également pour la composition de grandes surfaces par apposition de proche en proche d’images. J’ai ainsi pu réaliser facilement bon nombre de terminateurs. Les différences éventuelles de luminosité entre les pièces de la mosaïque seront gommées par le jeu des réglages de luminosité et de contraste. J’ai également pu tester sur les photographies lunaires un autre type de traitement utilisé surtout en imagerie planétaire « lointaine » : le compositage mais il est plus difficile à mettre en œuvre et n’est pas toujours nécessaire.
Clavius. LX 200 et Vesta Pro avec une Barlow Meade apochomatique X2. Image C Béthune
Mosaïque des Appenins et des Alpes. ETX 125, Vesta Pro au foyer. Image C Béthune
Le compositage
Il consiste à « superposer » un nombre plus ou moins important de photos (4 ou 5 en lunaire mais au moins 30 en planétaire) pour améliorer le ratio signal/bruit de fond et ainsi permettre un traitement renforçateur de détails sans pour autant pixelliser trop votre image.
Beaucoup de logiciels permettent de compositer des images, en particulier tous ceux destinés aux « vraies » caméras CCD astronomiques. Là aussi les amateurs de webcams ont frappé en en concevant certains plus adaptés à nos petites caméras. C’est le cas d’AVI2BMP qui en plus de la visualisation simple , recadre la planète visible à l’écran et composite toute ou une partie seulement des images du film AVI en fonction de sa qualité. « L’addition » de centaines de photos diminue énormément le bruit. Il ne vous restera plus qu’à traiter cette image avec votre logiciel de retouche de photo standard (netteté, contraste, gamma…) ou de passer à la vitesse supérieure avec un logiciel dédié à la photographie astronomique. Dans ce cas de figure, il faudra l’enregistrer en format fits en séparation RVB, le seul format « lisible » par ces logiciels. AVI2BMP peut se charger de cette conversion bmp/fits. Il en existe de nombreux (Astroart, Prism, Maxldm) mais un seul est gratuit et disponible en version illimitée sur le Web. C’est Iris, conçu par C Buil, bien connu dans le monde de l’astronomie. Tous ces softs sont d’utilisation plus complexes mais ont une puissance phénoménale. En effet, à partir d’une photo couleur un peu « plate » on peut révéler des détails insoupçonnés. Les trois composantes Rouge, Verte, et Bleue (RVB) seront traitées séparément et ré assemblées ensuite. Le résultat est tout bonnement impressionnant. Pour moi, bien qu’Iris possède le meilleur rapport qualité/prix, il reste un peu ardu d’accès. A notre niveau seules quelques fonctions sont à utiliser (la fonction d’ondelettes, wavelet, en particulier).
Exemple d’une image brute et du résultat après compositage des 100 meilleures vues de l’AVI et traitement wavelet sous Iris. LX 200, Vesta pro et Barlow X2. Image C Béthune
Saturne le 26/09/2000. Capture avec un ETX 125, Vesta pro et Barlow X2. Résultat du compositage de plus de 200 images.
Je tiens à apporter une petite précision concernant la capture et le traitement des images solaires. En effet, notre astre est très lumineux et révèle donc toutes les imperfections du capteur de votre caméra : différence de sensibilité, poussières… Il sera donc important de soustraire ces imperfections en faisant un flat ou PLU. Comme pour les caméras CCD astro, vous capturerez un film d’une portion de soleil sans taches ou de ciel parfaitement bleu. Vous moyennerez 10 images environ que vous diviserez de la meilleure image de taches préalablement sélectionnée. Toutes ces opérations seront effectuées également avec Iris ou le logiciel de votre choix.
Groupe de taches solaire de septembre 2000. ETX 125, Vesta Pro au foyer (division d’un flat). Image C Béthune
Comme nous venons de le voir, vous aurez de nombreuses satisfactions avec votre webcam. Toutes les planètes du système solaire (à l’exception de Pluton) vous serons accessibles. Des cratères lunaires aux anneaux de Saturne, votre champ d’investigation sera inépuisable. Si vous voulez encore repousser les limites de votre petite caméra, il vous sera possible d’envisager de capturer un peu de ciel profond grâce à des logiciels augmentant les temps de pose mais aussi d’essayer d’autres montages optiques permettant de vous affranchir de la mosaïque pour les photographies de pleine Lune (webcam montée sur un téléobjectif d’appareil photo par exemple). D’autres applications seront également possibles : autoguidage, aide à la collimation, spectrographie (des objets les plus lumineux)… Vous verrez que vos perspectives vont s’élargir avec votre expérience.
Astrocam de M. Collart : http://astrocam.org/ : LE site français dédié à la webcam astro, avec des images, des montages, des liens, des critiques des différentes webcams et surtout possibilité de s’inscrire au groupe de discussion regroupant à ce jour plus de 600 passionnés.
Astrodryat le site de C. Béthune : http://www.astrosurf.com/astrodryat : Dédié à la CCD au sens large : webcam Vesta Pro, Starlight MX 916 « véritable » caméra astro, le tout avec un ETX 125 et un LX 200 de 200 mm.
La photographie argentique n’y est
cependant pas totalement exclue.
Le site de H. Roussel : http://perso.wanadoo.fr/hubert.roussel/ : comment monter une webcam sur un télescope, sur un microscope, sur un objectif d’appareil photographique… vous y trouverez comment fabriquer à moindre frais des adaptateurs en résine.
Le site de D. Loudèche : http://www.chez.com/astrocam/DANNY : un amateur qui réalise de façon presque professionnelle tous les adaptateurs existants selon des formes standards ou selon des plans personnalisés.
L’adresse Internet d’E. Rousset : elie.rousset@wanadoo.fr : un bricoleur de génie qui s’est fabriqué : un moteur pour la mise au point avec un tourne-broche mais aussi des adaptateurs de webcam « maison ».
Qcfocus : http://astrosurf.org/astropc/ : logiciel créé par P. Chevalley qui permet à le fois la focalisation mais aussi la capture des séquences au format AVI
AVI2bmp : http://avi2bmp.free.fr/ : logiciel créé par E. Depigny autorisant le compositage des images et leur conversion du format BMP au format astronomique FITS.
Iris : http://astrosurf.com/buil/ : Un must en traitement des images astronomiques créé par C. Buil. Disponible en Freeware.
Astroart : http://www.sira.it/msb/astroart.htm : Un des logiciels les plus conviviaux et les plus évolutifs de par sa possibilité de recevoir des Plug-in spécifiques des différents modèles de caméras CCD astro mais aussi maintenant des webcams : capture, autoguidage, traitement. Version démo disponible sur le web.
Prism : http://www.astrosurf.org/pap/ : Traitement des images astro, cartographie planétaire.
Editim+ : http://myweb.worldnet.com/~synocom/eip/eipdemfr : également un logiciel de traitement de photos astronomiques.
MaxIm dl : http://wwww.astrocam.org/progs/Maxlm.exe : un logiciel très complet pour le traitement des images astronomiques, version de démonstration disponible.
Je pense que vous avez cerné tout l’intérêt des petites caméras CCD que sont les webcams. En effet elles permettent d’obtenir rapidement des images dont rêveraient bon nombre d’astrophotographes traditionnels. En outre, leur coût modique les rend abordables à toutes les bourses. Elles peuvent par ailleurs s’adapter sur presque tous les instruments. Par l’apprentissage des traitements numériques qu’elles induisent, elles seront un bon marche pied pour qui, comme moi, désire ensuite s’attaquer aux splendeurs du ciel profond à l’aide d’une « vraie » caméra CCD astro.
Pour en savoir plus vous pourrez lire : « Initiation à la webcam en astronomie » Christophe Béthune, Editions Burillier. A paraître prochainement.
ASTRODRYAT par Christophe Béthune