Comment acquérir des images CCD du ciel profond ?
Un article écrit pour l'association AUDE par Christian Jasinski et Christian Buil
Merci à Claudine Garrigou qui a bien voulu tester cet article.
Pré-requis : savoir se servir d’un télescope de façon basique.
Objectif de cet article : enseigner la théorie et les méthodes d’acquisition des images CCD quels que soient le matériel et les logiciels utilisés.
Vous êtes débutant en technique CCD, vous possédez un télescope et venez d’acquérir une caméra CCD. Vous voulez maintenant faire des images du ciel profond (galaxies, amas d’étoiles, nébuleuses, etc.) pour profiter de tout ce matériel, faire de belles images du ciel et, qui sait, découvrir un astéroïde ou une supernova comme l’ont fait d’autres astronomes amateurs avec un équipement probablement similaire au vôtre.
Ce texte va vous aider car il explique les techniques d’acquisition des images CCD. Il se présente sous la forme d’un dialogue entre 4 personnages virtuels placés dans une situation totalement fictive : un stage d’initiation aux techniques CCD. Au cours de ce stage, 3 étudiants vont apprendre comment effectuer l’acquisition des images. Avant de faire démarrer ce stage, je vous présente tout d’abord les 4 protagonistes :
Aude Peltier : c’est le formateur, ou plutôt la formatrice. C’est une astronome amateur très compétente et elle connaît tous les logiciels de traitement d’images pour les avoir souvent utilisés. Surtout, elle sait se mettre à la portée des gens.
Christian : un des 3 stagiaires. Il est un peu déboussolé par ces nouvelles technologies et n’aime pas les explications trop techniques. C’est un rêveur mais il a les pieds sur terre quand il s’agit d’astronomie. Il veut souvent savoir « pourquoi » on fait telle ou telle chose.
Raymond : un autre stagiaire. A l’opposé de Christian, c’est un passionné de technique, il pose des questions toujours inattendues pour la formatrice. Ce qu’il aime en priorité, c’est le « comment » des choses. Il a lu pas mal de didacticiels et d’informations sur Internet mais il trouve qu’on explique toujours ce qu’il faut faire mais jamais, ou rarement, comment il faut le faire.
Alain : le dernier stagiaire. Un peu tête en l’air mais il a quand même tôt fait d’assimiler les concepts exposés par la formatrice et pose des questions pointues. Il aime beaucoup l’aspect informatique maintenant associé à l’astronomie.
Voici donc nos 4 personnages et je suis sûr qu’ils vous seront bientôt très familiers. Quant à vous, cher lecteur, j’espère que ce texte vous permettra d’assimiler les techniques d’acquisition grâce aux interventions de Aude Peltier, la formatrice, et aux questions posées par Christian, Raymond et Alain. Allez, assez parlé, je m’efface et laisse la parole à Aude Peltier.
Dès le début du stage, les 3 stagiaires, Raymond, Alain et Christian, ne manquent pas de poser à Aude la question suivante : « C’est quoi l’acquisition ? ». Aude leur explique alors que le terme « acquisition » est un de ces nombreux anglicismes dont la littérature scientifique française est truffée. Pour Aude Peltier, ce terme a quand même le mérite d’être relativement imagé (c’est le cas de le dire !) et compréhensible par des francophones. « Acquérir des images » se disait autrefois, en français courant, « faire des photos ». Mais, avec l’ère du numérique et l’omniprésence de la langue anglaise, une nouvelle terminologie s’est imposée.
Christian - Acquérir des images CCD n’a donc rien à voir avec le fait de les acheter mais veut simplement dire que l’on fait des images ?
Aude - Parfaitement. Concrètement, cela veut dire que ta caméra CCD fait des images et que ces dernières sont ensuite envoyées vers le disque dur de ton ordinateur afin d’y être stockées.
Raymond - Attends Aude, un autre terme m’intrigue dans ce que tu as dit, c’est le terme « caméra ». On fait donc des films ?
Aude - Non, et là aussi il s’agit d’un anglicisme, mais celui-là est plus troublant que le précédent car il est ambigu pour un francophone. En fait, le terme anglais « camera » devrait se traduire en français par « appareil photo » ou plutôt par « photoscope » puisqu’il s’agit d’un appareil photo numérique.
Christian - La caméra CCD n’est donc pas une caméra à proprement parler mais simplement un photoscope qui fait des images fixes, dit Christian toujours très intéressé par les problèmes de terminologie.
Aude - Oui, et CCD désigne le capteur qui se trouve dans la caméra et sur lequel les images du ciel viennent se projeter. C’est l’équivalent moderne de notre pellicule photo traditionnelle. Ceci dit, avant de parler plus en détail de la caméra CCD, je voudrais vous dire tout d’abord quelques mots sur un maillon essentiel de notre équipement : le télescope.
Aude - L’équipement du cécédiste se compose au minimum de 3 éléments. A votre avis, lesquels ?
Raymond - Un télescope, une caméra CCD et un ordinateur, répondit Raymond du tac au tac.
Aude - Pour le télescope et la caméra CCD, l’utilisation est évidente. Mais à quoi peut vraiment servir l’ordinateur ?
Alain, qui semblait penser à autre chose, expliqua alors :
Alain - L’ordinateur commande la caméra CCD pour qu’elle prenne des images et c’est l’ordinateur qui va ensuite stocker ces images. Mais je crois que l’ordinateur peut également servir à commander le télescope pour qu’il pointe vers tel ou tel objet céleste, n’est-ce pas ?
Aude - Effectivement, certains télescopes peuvent être contrôlés par l’ordinateur de manière à ce qu’ils pointent automatiquement vers la galaxie ou la nébuleuse que vous voulez photographier. Dans ce cas, on dit que ces télescopes possèdent une monture « GOTO ».
Raymond - Je connaissais les montures de type équatorial ou azimutal mais pas le type GOTO, dit Raymond dubitatif.
Aude - Attention, GOTO veut juste dire que c’est une monture à pointage automatique. Les montures équatoriales et azimutales peuvent toutes les deux être de type GOTO.
Raymond - Mais comment le télescope sait-il vers où il faut qu’il pointe pour trouver une galaxie particulière ? Il est quand même pas intelligent à ce point !
Aude - Bien entendu, il faut d’abord faire la mise en station du télescope. Ensuite, une base de données des objets célestes, se trouvant soit dans le télescope lui-même, soit dans un programme de l’ordinateur, indique aux moteurs du télescope les coordonnées de pointage.
Christian - Mais c’est quoi alors la mise en station ? demanda Christian, le front plissé, prêt à prendre des notes.
Alain, qui avait déjà une certaine pratique des télescopes, intervint :
Alain - Cela consiste à donner au télescope un ou plusieurs points de référence dans le ciel pour qu’il puisse ensuite s’orienter tout seul par rapport à ces points.
Aude - Pour simplifier, on pointe quelques étoiles brillantes dont on connaît les coordonnées célestes et ces coordonnées servent alors de référence au télescope. Ce n’est qu’ensuite qu’il sera possible de trouver rapidement n’importe quel objet à partir de cette référence, même si cet objet est absolument invisible à l’œil. Mais attention, cela n’est valable que pour les personnes qui possèdent un télescope à monture GOTO. Cela n’est pas le cas pour tout le monde et il faut bien dire que même si le GOTO simplifie la vie, on peut très bien faire sans.
Christian - OK, je comprends le principe, mais comment on procède concrètement pour faire la mise en station ?
Aude - Je ne peux malheureusement pas vous expliquer cela maintenant car c’est un sujet un peu trop long à traiter ici et cela nous éloignerait du thème de ce stage, qui est l’acquisition des images. Pourtant, c’est un point très important si vous voulez faire de bonnes images CCD. En fait, 2 choses sont essentielles à la qualité des images : la mise en station du télescope et le suivi, et ces deux points sont d’ailleurs liés.
Raymond - Le suivi, c’est la capacité du télescope à annuler le mouvement du ciel. Mais pourquoi la mise en station et le suivi sont-ils liés ?
Aude - Parce que, même si la mécanique et l’électronique du télescope sont capables d’un suivi très précis, celui-ci sera faussé si l’orientation donnée à la monture du télescope lors de la mise en station est mauvaise.
Alain - Si la mise en station et le suivi sont si importants, pourquoi ne pas en parler maintenant ? insista Alain.
Aude - C’est une bonne question mais ces deux thèmes justifieraient à eux seuls la création d’un stage spécifique.
Raymond - Si j’ai bien compris, la mise en station est une étape obligée avant d’acquérir des images. Mais si on a un télescope bien mis en station et capable d’un bon suivi, faut-il vraiment avoir une monture GOTO en CCD ?
Aude - Non, ce n’est pas obligatoire comme j’ai déjà dit mais c’est un plus qui peut s’avérer très utile pour ne pas passer trop de temps à chercher une galaxie particulière en vue d’en faire des images, par exemple. Si vous faites de la recherche de supernovae, il est même indispensable d’avoir une monture GOTO car cela permet d’automatiser cette recherche et donc de la rendre largement plus efficace.
Raymond - Et qu’en est-il du vieux débat monture équatoriale ou monture azimutale ? Peut-on utiliser les deux pour faire des images CCD ?
Aude - Oui, c’est possible. Le plus simple, ceci dit, c’est d’avoir une monture équatoriale. C’est la mieux adaptée à l’astrophotographie en général.
Christian - Mais quel est le problème avec la monture azimutale ?
Aude - Le problème est la limitation du temps de pose des images. Par exemple, si l’on veut faire l’acquisition d’objets de faible éclat, on sera amené, la plupart du temps, à faire des temps de pose d’une durée telle que la sanction sera un phénomène de rotation de champ.
Raymond - C’est quoi cette bête ? demanda Raymond en rigolant.
Aude - Cela veut dire que le champ d’étoiles visible sur l’image se met à tourner légèrement entre le début et la fin de la pose. Résultat : les étoiles laissent de petites traînées sur les images.
Christian - C’est un problème de suivi alors ?
Aude - Non, même si le télescope suit parfaitement bien, cela se produira quand même. Sans entrer dans les détails, c’est un problème qui découle du type même de la monture azimutale.
Alain - Oui mais, tu as dit tout à l’heure qu’on pouvait faire des images CCD avec les deux types de montures, équatoriale et azimutale.
Aude - C’est vrai, et si tu as une monture azimutale, il te faudra acheter un accessoire supplémentaire que l’on appelle un dérotateur. Il permet d’éviter ce problème de rotation du champ mais son prix n’est pas négligeable et ajoute une complexité certaine à la situation. Je conseille donc plutôt d’utiliser une monture équatoriale.
Christian - Peut-on faire des images CCD avec une lunette et quel est le diamètre minimum de l’optique ? demanda Christian tout-à-coup.
Aude - Oui, une lunette s’utilise comme un télescope avec une caméra CCD. Il n’y a pas de limitation quant au type d’instrument. Il n’y en a pas non plus quant au diamètre de l’optique et vous pouvez très bien installer une caméra CCD sur un petit télescope de 100 mm de diamètre.
Alain - Plus le diamètre est important et mieux c’est je suppose.
Aude - Oui et non, car, en CCD, la notion de diamètre n’est pas aussi importante que dans l’observation visuelle ou même en astrophotographie classique.
Alain - Que veux-tu dire exactement ?
Aude - Je veux dire que, grâce à la puissance des caméras CCD, on peut déjà faire un excellent travail même avec un diamètre modeste. Et d’ailleurs, un certain nombre de découvertes réalisées par des astronomes amateurs ont été faites avec des télescopes de 20 cm.
Raymond - Justement, parle-nous un peu de cette fameuse puissance des caméras CCD, dit Raymond goguenard.
Aude - L’un des gros avantages des caméras CCD, c’est leur sensibilité. Alors qu’il faut poser parfois plusieurs heures avec un appareil photo traditionnel pour voir des objets célestes de faible luminosité, ces mêmes objets sont visibles sur des images CCD après seulement quelques minutes de pose.
Alain - J’imagine donc que cela implique beaucoup moins de problèmes de suivi de la part du télescope ?
Raymond - Oui sûrement, en plus, en astrophotographie classique, il faut suivre l’objet photographié visuellement pour corriger les dérives du télescope, et cela peut durer plus d’une heure !
Aude - C’est vrai, ceci dit, l’astrophotographie classique est toujours irremplaçable quand il s’agit de photographier de grands champs stellaires en couleur, par exemple. On pourrait le faire avec des CCD mais ça ne serait pas à la portée des amateurs étant donné le coût de l’équipement requis.
Christian - Il y a donc plusieurs catégories de caméras CCD ?
Aude - Oui, certaines caméras disposent de capteurs CCD de très grandes dimensions et d’une électronique haut de gamme utilisés dans les observatoires professionnels. Ces caméras sont très chères bien entendu. Les amateurs préfèrent utiliser des caméras plus modestes, mais très efficaces quand même, au point que l’on peut observer aussi bien les planètes proches que les galaxies les plus lointaines et même faire des découvertes avec ce matériel !
Christian - Pourquoi vouloir un capteur de grandes dimensions ?
Aude - Parce que plus ses dimensions sont importantes et plus le champ observé est grand. En d’autres termes, tu verras plus d’objets sur ton image et ça c’est toujours intéressant. En plus le pointage des objets sera facilité avec un grand champ.
Christian - Est-ce qu’il y a un autre avantage essentiel lié à l’utilisation des caméras CCD ?
Aude - Il y a beaucoup d’autres avantages et je n’en citerai que deux : le fait de pouvoir admirer les images juste après la fin du temps de pose, ce qui est un progrès considérable par rapport à la photographie sur film, et le fait de pouvoir effectuer des mesures précises et fiables sur ces images.
Raymond - Des mesures précises, que veux-tu dire ?
Aude - Je veux dire que le capteur CCD, s’il est capable de faire des images, est avant tout un instrument de mesure. L’éclat des étoiles, par exemple, peut être relevé de façon rigoureuse car la caméra CCD a la capacité de traduire cet information sous une forme chiffrée très représentative de la réalité.
Alain - Peux-tu expliquer un peu plus ? demanda Alain, très intéressé.
Aude - Oui, et pour cela je dois faire intervenir deux acteurs très importants sur la scène CCD : les photons et les électrons. Tiens, pour vous rafraîchir les idées, je vais vous poser une question : c’est quoi un photon ?
Alain - C’est une particule de lumière et j’imagine que les objets célestes en émettent.
Aude - Tout à fait Alain et cette particule, le photon, vient frapper la surface du capteur CCD dont la particularité est de convertir ce photon en un électron. C’est quoi un électron ?
Raymond - C’est une particule atomique élémentaire et, je saurai pas vraiment expliquer pourquoi, mais j’ai l’impression que c’est ça qui crée un courant électrique, dit Raymond un peu hésitant.
Aude - C’est absolument ça Raymond, les électrons, une fois générés par le capteur CCD, constituent un signal électrique qui est envoyé en sortie du capteur. Ce signal est d’ailleurs proportionnel au flux lumineux qui est tombé sur le capteur, les fameux photons. Et, bien sûr, il est facile de mesurer un signal électrique. Celui-ci étant proportionnel à la luminosité, il est alors facile d’en déduire l’éclat de tel ou tel objet.
Christian - Au fait, ça veut dire quoi CCD ?
Aude - C’est encore de l’anglais et ça veut dire « Charge Coupled Device », que l’on peut traduire en français par « dispositif à tranfert de charges ».
Christian - Pourquoi « transfert de charges » ?
Aude - Il faut voir le capteur CCD comme le
damier d’un jeu d’échecs. Les charges sont les électrons dont nous venons de
parler et l’on pourrait comparer ces électrons aux différentes pièces d’un jeu
d’échecs. Voici un petit dessin pour vous faire comprendre ce concept :
Aude - Imaginons que nous avons 4 pièces sur le damier, le roi, la reine, la tour et le fou. La position de ces pièces sur le damier correspond à la position des étoiles sur l’image. A la fin du temps de pose, ces 4 pièces doivent sortir du damier par la droite en passant de case en case vers la droite, puis vers le haut au niveau de la dernière colonne à droite. Elles vont donc se déplacer toutes ensemble d’une case à la fois jusqu’à la sortie. Eh bien, c’est la même chose sur un capteur CCD sauf que, à la place des pièces, ce sont des électrons..
Raymond - Et il se passe quoi ensuite ?
Aude - Au fur et à mesure que les électrons stockés dans les cases du damier sortent du capteur CCD, ils sont envoyés vers l’électronique de la caméra qui les traite et les transmet à l’ordinateur afin de visualiser l’image à l’écran. En fait, on reconstitue l’image du damier sur l’écran de l’ordinateur.
Alain - Le transfert de charges, c’est donc le fait que les électrons sont transférés de case en case sur le damier ?
Aude - Oui, c’est ça, et les cases c’est ce qu’on appelle les photosites, ou pixels, du capteur. Un capteur peut ainsi avoir plus ou moins de pixels et ceux-ci peuvent être plus ou moins gros. Leur taille est de l’ordre de quelques microns. Ils peuvent être carrés ou rectangulaires.
Christian - Est-ce que toutes les caméras CCD sont basées sur ce principe ?
Aude - Oui, il y a bien sûr des variantes mais, grossièrement, ce principe s’applique partout.
Christian - Justement, enchaîna Christian, j’ai vu des caméras CCD dans le commerce qui coûtaient assez cher et d’autres relativement bon marché. C’est quoi la différence ?
Aude - Il y a plusieurs raisons aux différences de prix. La première, c’est le type de capteur. Comme je viens de vous expliquer, il y a des capteurs de grandes dimensions contenant un nombre très élevé de pixels, des millions. Ces capteurs-là, sont bien entendu les plus chers. C’est parce qu’ils ont beaucoup de pixels qu’ils peuvent produire des images très fines, très détaillées et permettant de couvrir un champ important.
Raymond - Plus il y a de pixels sur le capteur, meilleure est la qualité de la caméra alors ?
Aude - C’est plus compliqué que ça. Le nombre de pixels et la taille du capteur lui même influent sur la finesse des images et le champ stellaire visible. Ceci dit, d’autres paramètres entrent en jeu.
Alain - Comme quoi, par exemple ?
Aude - La qualité des composants électroniques et leurs performances. Certaines caméras disposent aussi de deux capteurs CCD : l’un sert à faire des images, et c’est le plus performant, l’autre sert au suivi du télescope.
Christian - Pourquoi le suivi du télescope ? s’étonna Christian.
Alain - Je crois que je connais la réponse. On centre une étoile sur ce deuxième capteur et la caméra pilote alors la monture du télescope pour que cette étoile reste pile au même endroit sur le capteur. C’est bien ça ?
Aude - Je pouvais pas mieux dire !
Raymond - Attendez ! Une chose m’intrigue. Qu’est-ce qui vaut mieux : avoir un gros capteur avec de nombreux pixels, chacun étant très petit, ou bien ce même gros capteur avec peu de pixels mais chacun étant plus grand ?
Aude - Très bonne question, Raymond, et j’aurais dû penser à vous expliquer ça tout à l’heure. Assurément, il vaut mieux avoir de nombreux petits pixels et je sens que Christian va me demander pourquoi !
Christian - C’est vrai que j’allais le faire ! dit Christian en riant. Tu as des dons de divination Aude ou bien je suis si prévisible que ça ?!
Aude - Ni l’un, ni l’autre ! C’est juste que l’on me pose souvent cette question au cours de ce stage. En fait, de petits pixels impliquent que l’image sera plus fine, plus résolue. D’autre part, et ça c’est un point important, on peut toujours faire du binning avec de petits pixels.
Raymond - Hop là ! interjecta Raymond. Binning, kézako ?
Aude - Encore de l’anglais. On pourrait traduire ça en français par « appariement » mais ce n’est pas très parlant et tout le monde utilise « binning. »
Christian - Oui mais binning c’est vraiment pas parlant non plus ! Si j’entends ce mot, je m’imagine que ça veut dire « mettre à la poubelle » puisque « bin » veut aussi dire « poubelle » en anglais !
Aude - En fait, ça veut dire regrouper les pixels par 2, par 3, etc. Dans certains logiciels, on trouve également le terme français « définition ».
Alain - Définition ? Pourquoi définition ?
Aude - Parce que si l’on fait de la haute définition et donc du binning 1 x 1, cela veut dire que l’on ne regroupe pas les pixels ensemble, qu’ils sont donc tous actifs et que chacun enregistre une information distincte de celle de ses voisins. Si l’on fait de la moyenne définition, et donc du binning 2 x 2, on regroupe alors les pixels 2 par 2. C’est pareil pour la basse définition et donc du binning 4 x 4. Vous me suivez ?
Alain - En binning 2 x 2, le capteur CCD possède donc des pixels 2 fois plus grands ? C’est ça ?
Raymond - Ouais, et un nombre de pixels deux fois moindre sur chaque axes du CCD, soit quatre fois moins de points sur l’ensemble de l’image alors !
Aude - Vous avez tous les deux raison !
Raymond - Concrètement, pourquoi on choisit de faire un binning plutôt qu’un autre ? Qu’est-ce que cela implique pour les images ?
Aude - Ca c’est un point important, et j’allais y venir. Si vous faites du binning 1 x 1, vous disposez donc du nombre maximum de pixels du capteur et la taille de ceux-ci est donc minimale. La résolution du capteur est donc maximale, c’est-à-dire qu’il est capable de voir les plus fins détails puisqu’il dispose de tout son potentiel en pixels. Pour simplifier, cela veut dire que cette image aura donc beaucoup de pixels et, par conséquent, elle apparaîtra assez grande et très fine à l’écran du PC. Disons que c’est la meilleure qualité possible sur le plan de la résolution.
Christian - C’est quoi déjà un pixel ?
Aude - C’est le plus petit élément d’affichage à l’écran d’un ordinateur. En fait, chaque pixel sur le capteur CCD correspond à un pixel particulier à l’écran de l’ordinateur. Donc, plus vous avez de pixels sur le capteur et plus vous avez de pixels à l’écran pour représenter l’image. Par contre, en binning 2 x 2, vous disposez de quatre fois moins de pixels sur le capteur et donc de quatre fois moins de pixels à l’écran : l’image apparaîtra donc plus petite.
Christian - Attends, pourquoi voudrait-on acheter un capteur avec beaucoup de pixels pour ensuite se priver d’un bon nombre d’entre eux en faisant du binning ?
Aude - Voilà encore une question excellente. La réponse c’est que plus les pixels sont gros et plus ils sont sensibles, donc plus court est le temps d’acquisition d’une image CCD pour détecter un objet donné. Comme nous l’avons expliqué tout à l’heure quand nous parlions des télescopes, c’est intéressant d’avoir des temps d’acquisition courts car cela réduit les problèmes de suivi par exemple. Et c’est bien d’avoir le plus de sensibilité possible pour détecter des objets très peu lumineux.
Raymond - En général, de quoi on se sert ?
Aude - On se sert du binning 4 x 4 pour pointer efficacement le télescope. En effet, ces images sont très petites, puisque leur nombre de pixels est réduit au minimum, et elles sont donc très rapides à prendre et à transmettre à l’écran de l’ordinateur. Quelques secondes suffisent. Au contraire, pour faire la focalisation du télescope et donc avoir des images nettes, on utilise le binning 1 x 1. On lance une pose, on regarde ce que ça donne à l’écran, on bouge la molette de focalisation du porte-oculaire et hop on relance une autre pose et ainsi de suite, jusqu’à ce que les étoiles paraissent les plus fines possibles. A part la focalisation, la plupart des images sont réalisées en binning 2 x 2 ou 1 x 1. Le 2 x 2 est intéressant car les images sont plus petites et sont donc plus rapidement transférées à l’ordinateur. Ceci n’est d’ailleurs pas le seul avantage mais je vous parlerai d’un autre gros avantage dans un instant.
Alain - Apparemment, certains amateurs utilisent également des Webcams. Qu’est-ce que ça vaut ?
Aude - On peut faire pas mal de choses intéressantes avec des Webcams, par exemple des images de Mars ou de Jupiter. C’est certainement une excellente façon de se lancer à très faible coût dans l’astronomie CCD. Mais attention, certains réalisent aussi de véritables prouesses avec ces petites caméras et j’ai vu des images étonnantes sur le Web.
Raymond - Au fait, comment fait-on concrètement pour installer sa caméra sur son télescope et la connecter à son ordinateur ?
Aude - Ah oui, j’allais justement y venir. Pour faire des images du ciel profond (galaxies, amas d’étoiles, nébuleuses, etc.), il suffit d’enlever l’oculaire du porte-oculaire et de le remplacer par la caméra CCD. Par exemple, si je prends le cas de la caméra Audine que je possède, il y a 2 câbles à connecter à la caméra : le câble d’alimentation pour que la caméra reçoive le courant électrique nécessaire à son fonctionnement, et un câble que l’on branche sur l’ordinateur, à l’endroit où l’on connecte généralement son imprimante.
Raymond - On branche sa caméra à la place de l’imprimante alors ? C’est plutôt bizarre ça non ?
Aude - Oui mais les astronomes sont des petits malins ! Ils ont trouvé une interface commode et économique, que l’on appelle aussi interface parallèle ou port imprimante, pour faire fonctionner les caméras CCD. C’est une sorte de détournement caractérisé, mais assumé ! Voici une image représentant mon télescope et ma caméra :
Christian - C’est lequel déjà le port parallèle ?
Aude - C’est celui qui possède un connecteur assez large à 2 rangées de broches sur lequel tu connectes généralement ton imprimante.
Raymond - Ensuite, on peut donc commencer à faire les images, demanda Raymond, impatient de passer à l’action.
Aude - Presque. Il vaut mieux tout d’abord mettre la caméra sous tension pour que son système de refroidissement la mette à la bonne température.
Alain - Pourquoi faut-il refroidir ?
Aude - Parce que ça permet au capteur CCD de générer moins de perturbations qui seraient visibles sur les images. Plus le capteur est froid, moins il génère ces perturbations.
Raymond - A quoi ressemblent concrètement ces perturbations sur les images ?
Aude - Ca ressemble à des petits points blancs et c’est ce que l’on appelle des points chauds. Ces points chauds sont d’ailleurs enregistrés sur un type d’image particulier que l’on appelle l’image de noir. Voici d’ailleurs une image de noir à l’écran :
Aude - C’est l’un des types d’images que nous allons faire dans quelques instants. Il est fondamental que le capteur ait à peu près la même température pendant toute la séance d’imagerie et il faut donc toujours laisser pré-refroidir la caméra pendant environ 1/2 heure avant de commencer la séance. Au-delà de cette durée, on peut considérer que le capteur CCD s’est stabilisé et qu’il est capable de réaliser des images reproductibles, c’est-à-dire qu’elles seront toujours réalisées dans les mêmes conditions. Si l’on ne procède pas ainsi, les points chauds de l’image de noir ne seront pas les mêmes que ceux des images du ciel car la température du capteur aura changé entre les deux et il sera donc difficile, par la suite, de pré-traiter correctement les images. Mais nous reviendrons là-dessus plus tard.
Raymond - Point chaud… ça désigne donc tous ces points blancs que l’on voit sur ton image ?
Aude - Exactement. Comme les pixels ne sont pas assez froids, ils génèrent un signal parasite matérialisé par un point blanc appelé également point chaud. Ce signal n’est d’ailleurs pas le même d’un pixel à l’autre, ce qui crée la structure granuleuse de l’image ci-dessus. Plus le signal parasite est important, plus le point blanc est intense. En même temps, plus le capteur est froid et moins ce signal parasite est important, ce qui fait donc disparaître ces points blancs. L’image ci-dessus sert justement à enregistrer tous les points chauds produits par la caméra une fois que le capteur a refroidi. Il nous suffira donc, par la suite, de soustraire cette image, dite de prétraitement, de l’image de notre objet céleste pour éliminer les points chauds de cette dernière. Mais, avant d’aller plus loin, je voudrais justement vous dire quelques mots sur ces fameuses images de prétraitement et pourquoi nous les faisons. Ca va vous faire mieux comprendre ce que je viens de dire.
Aude - En premier lieu, avant d’acquérir des images, il nous faut vérifier que notre logiciel d’acquisition est correctement paramétré par rapport à notre caméra CCD.
Christian - Paramétré ? demanda Christian dubitatif.
Aude - Oui. Il faut dire au logiciel avec quelle caméra il doit communiquer. Vous savez qu’il existe plusieurs marques de caméras CCD et chaque marque possède des caractéristiques que les autres marques ne possèdent pas. Or, comme c’est le logiciel d’acquisition qui est chargé de les piloter, il faut préalablement dire au logiciel avec quelle caméra il doit « parler ».
Alain - Attends, qu’est-ce que tu veux dire par « piloter » ?
Aude - Je veux dire que c’est le logiciel qui donne des ordres à la caméra CCD pour la faire fonctionner.
Christian - C’est quoi ces ordres ?
Aude - Par exemple, le logiciel d’acquisition dit à la caméra quand doit commencer une pose et quand elle doit finir. Pour « parler » à la caméra, le logiciel utilise le langage que peut comprendre cette caméra. Et comme chaque marque de caméra possède son propre langage, il faut tout d’abord indiquer au logiciel la marque de caméra présente sur le télescope.
Raymond - Et comment on fait pour dire ça à son logiciel d’acquisition ?
Aude - Cela se trouve souvent dans un menu type « Préférences » ou « Paramètres » ou encore « Configuration », ça dépend du logiciel. C’est là-dedans que vous devez indiquer au logiciel le nom de votre caméra. Il suffit de sélectionner une option. Si vous possédez une Audine par exemple, vous cochez l’option Audine. A partir de là, votre logiciel sait qu’il doit parler le langage de l’Audine.
Raymond - OK, bon, on les fait ces images ?
Aude - J’y viens. Nous allons donc acquérir 2 types d’images : des images de prétraitement, d’une part, et des images d’un objet céleste, d’autre part. Rappelez-vous bien que les images de prétraitement n’ont qu’un seul but : améliorer la qualité des images de l’objet céleste. L’objet céleste, ça peut être une galaxie de votre choix, une nébuleuse, un groupe d’étoiles, etc.
Raymond - Ca fait combien d’images en tout ça ?
Aude - Il y a 3 types d’images de prétraitement, en plus des images de l’objet céleste.
Alain - Pourquoi DES images de l’objet céleste ? Il faut en faire plusieurs ?
Aude - Oui, qu’il s’agisse des images de prétraitement ou des images de l’objet céleste, il vaut mieux faire une dizaine d’images environ dans chaque cas. On les combinera par la suite, grâce aux puissantes capacités de l’ordinateur, afin d’en tirer le meilleur parti. Le gros avantage de faire de multiples images du même objet c’est que si une image présente un problème quelconque, on ne perdra qu’une fraction de l’observation, alors que si on ne fait qu’une seule image de l’objet, on perd tout.
Christian - C’est quoi alors ces 3 types d’images de prétraitement ?
Aude - Ce sont : les images d’offset, les images de noir et les images de PLU. Lorsqu’on fait une image d’un objet céleste (une galaxie par exemple), celle-ci présente, qu’on le veuille ou non, 3 types de défauts. Pour simplifier, il y a d’abord les défauts générés par l’électronique de la caméra et le capteur qui produisent un signal à peu près constant qui s’ajoute à celui des objets du ciel et qui est enregistré dans une image que l’on appelle image d’offset. Ensuite, toute image du ciel contient des défauts générés par le CCD lui-même et qui sont fonction du temps de poses et de la température du capteur. Ces défauts sont enregistrés dans une image que l’on appelle image de noir. Enfin, toute image contient des défauts liés, entre autres, à des poussières situées sur le trajet optique de la lumière et présentes sur les verres ou le miroir du télescope. Ces défauts provoquent des variations d’éclairement à la surface du capteur et ils sont enregistrés dans une image que l’on appelle image de PLU.
Christian - Il y a une chose que je n’ai pas bien comprise : c’est quoi la différence entre l’électronique de la caméra et le capteur, je pensais que c’était la même chose ?
Aude - C’est vrai que le capteur peut également être considéré comme un composant électronique mais on a l’habitude de le considérer à part vu son importance et son coût. On désigne donc par le terme « l’électronique » les cartes à circuits imprimés ainsi que les composants se trouvant à l’intérieur de la caméra. D’autres questions ?
Personne n’intervenant à la suite de Christian, Aude proposa donc de commencer par étudier les images d’offset.
Christian - Moi, il y a quelque chose qui me chagrine. Pourquoi on dit « offset » ? Je connais assez mal l’anglais mais je crois savoir que « offset » ça veut dire « décalage » en français ou quelque chose comme ça…
Aude - Ta traduction est la bonne car il s’agit effectivement d’un problème de décalage produit artificiellement par la caméra. Par exemple, supposons que l’on observe une galaxie avec un fond de ciel très noir. Normalement, l’image devrait montrer un fond de ciel très sombre, quasiment noir. Or, à cause du signal d’offset, on observe que le fond du ciel dans l’image est gris. Il y a donc un décalage du noir vers le gris. Pour retrouver le vrai aspect du ciel, on est donc amené à retirer ce signal de décalage à l’image brute. Je vais vous montrer une image d’offset dans quelques instants mais quelques petites précisions tout d’abord. Ces images correspondent aux défauts générés par l’électronique et le capteur de la caméra et elles ne comportent que ces défauts, à l’exclusion de tout autre signal. Si nous voulons des images représentant uniquement ces défauts, c’est parce que nous voulons par la suite, grâce aux prétraitements que nous effectuerons, les soustraire des images des objets célestes qui, elles aussi, présentent les mêmes défauts. Suis-je claire ?
Alain - D’accord, si on prend par exemple les images d’une nébuleuse, elles possèdent donc des défauts d’offset. Or, ces défauts étant enregistrés sur les images d’offset, il suffit de faire une soustraction et hop les images du ciel en sont débarrassées. Images du ciel avec défaut d’offset – Images d’offset = Images du ciel sans défaut d’offset. C’est bien ça ?
Aude – Tout à fait !
Raymond - Pourrais-tu être un peu plus précise sur ces défauts, demanda Raymond que le mot « électronique » mettait toujours en éveil.
Aude - Oui, mais je ne veux pas trop entrer dans des détails techniques qui n’ont pas leur place dans ce stage d’initiation. L’offset est un signal approximativement constant pour tous les pixels d’une image et il prend naissance à la fois au sein du capteur CCD et au sein de l’électronique qui amplifie les données sortant du capteur CCD. C’est l’ensemble de ces phénomènes qui produit le signal d’offset. C’est un signal naturel dans ce type d’électronique et caractéristique d’un circuit donné. Si l’offset était identique pour tous les pixels d’une image, sa valeur pourrait se traduire par un simple nombre, 2352 par exemple. Il suffirait alors de faire une simple soustraction pour enlever l’offset de l’image : « image avec offset » – 2352 = « image sans offset ». Mais, en pratique, l’offset n’est jamais rigoureusement identique en tous points de l’image. Il sera, par exemple, de 2350 au centre de l’image et de 2363 au bord. C’est la raison pour laquelle il est recommandé de faire des images d’offset.
Raymond - Et comment est-ce qu’on acquiert ces fameuses images d’offset ?
Aude - La procédure est assez simple : le télescope doit être placé dans un endroit obscur, normalement on procède la nuit, et le tube du télescope doit être fermé afin qu’aucune lumière ne pénètre à l’intérieur pour venir impressionner le capteur CCD.
Alain - Le télescope ne sert à rien alors et on pourrait faire ces images d’offset sans télescope non ? hasarda Alain.
Aude - Très bonne remarque, cela est tout à fait possible. Par contre, pour obtenir des résultats optimaux, il vaut mieux faire les images d’offset dans les mêmes conditions environnementales que les images de l’objet céleste. Le plus simple est donc d’effectuer ces images d’offset lors de la séance d’observation, juste avant ou juste après. Votre télescope étant donc obturé et dans le noir, vous choisissez sur votre logiciel d’acquisition de faire une pose de 0 seconde et de prendre 9 images d’offset par exemple. Il faut par ailleurs que le binning de ces images soit le même que celui de toutes les autres images.
Raymond - Et ça se trouve où cette fonction dans les logiciels d’acquisition ?
Aude - Il y a toujours un menu qui s’appelle « Acquisition » ou « Caméra », ça dépend du logiciel. Cela se présente généralement sous la forme d’une boîte de dialogue dans laquelle vous indiquez la durée et le nombre des poses ainsi que le nom des images à sauvegarder. Ces images sont d’ailleurs souvent enregistrées automatiquement par le logiciel avec le nom : offset1, offset2, offset3, etc.
Raymond - Il y a une chose que je ne comprends pas. Une pose de 0 seconde, ça veut dire aucune pose du tout, non ?
Aude - N’oublie pas, Raymond, que cette image d’offset n’est pas une véritable image au sens où on l’entend en général. Nous choisissons un temps de pose est suffisamment court pour que tous les autres défauts soient négligeables et que seul le défaut d’offset apparaisse.
Après avoir effectué nos 9 images d’offset, Aude demanda alors à Christian, Raymond et Alain d’en visualiser une pour faire quelques commentaires.
Aude - Vous constatez ici une image typique d’offset, relativement uniforme, avec tout au plus une barre verticale très légère à peine visible vers le centre. Tout cela traduit des perturbations électroniques. Dans un monde idéal, ces perturbations n’existeraient pas et nous obtiendrions une image absolument uniforme.
Aude laissa un petit temps mort au cas où les 3 stagiaires auraient d’autres questions mais, ne voyant rien venir, elle leur proposa de passer à l’acquisition des images de noir.
Christian - Alors là, Aude, il faut que tu nous expliques d’abord pourquoi on dit « images de noir » !
Aude - C’est une traduction littérale de l’anglais « dark frame ». En fait, ce que l’on veut dire par là c’est que cette image de noir représente le signal produit par le capteur CCD lorsque celui-ci est placé dans l’obscurité totale et que l’on prend une image avec le même temps de pose et la même température de capteur que lorsqu’on prend les images du ciel.
Alain - Il n’y a donc aucune différence entre les conditions de prise de vue des images de noir et celles des images célestes ?
Aude - Non, les conditions sont exactement les mêmes, et il faut que ça le soit d’ailleurs pour l’efficacité même de cette opération. La seule différence c’est que, pour les images de noir, le tube du télescope est fermé et aucune lumière ne vient impressionner le capteur CCD.
Raymond - C’est exactement pareil qu’une image d’offset alors, sauf que l’image d’offset a un temps de pose égal à zéro et que l’image de noir a le même temps de pose que l’image céleste. C’est bien ça ?
Aude - Exactement Raymond. Si tu prévois de faire des images de la nébuleuse M27, par exemple, avec un temps de pose de 30 secondes, alors tu dois faire des images de noir avec un temps de pose de 30 secondes.
Christian - C’est quoi qu’on voit sur une image de noir ? demanda Christian toujours un peu gêné par le terme « image de noir ». Rien que du noir ?
Aude - Pas tout à fait et d’ailleurs regarde cet exemple d’image de noir et tu vas voir que ce n’est pas le cas.
Aude montra alors à l’écran du PC l’image suivante qui était une image de noir posée 30 secondes :
Christian - C’est quoi tous ces points blancs ? Ca ressemble à des étoiles… C’est des étoiles ?
Aude - C’est vrai que ça pourrait ressembler à un champ stellaire très dense mais ce sont uniquement des signaux artificiels produits par le capteur CCD. Ces signaux sont d’origine thermique, c’est-à-dire qu’ils dépendent de la température du capteur.
Alain - Oui mais tu as dit, il y a un moment, qu’on refroidissait le capteur pour pas qu’il génère de perturbations, demanda Alain surpris.
Aude - C’est vrai mais en le refroidissant on ne fait que limiter ces phénomènes et on ne les supprime pas. C’est pourquoi il faut refroidir au maximum si l’on veut créer le minimum de perturbations. C’est également pourquoi il faut que le temps de pose de l’image de noir soit le même que celui des images de votre objet céleste. En effet, ces perturbations dépendent du temps de pose et ce phénomène doit être rigoureusement le même dans les deux cas. A votre avis pourquoi ?
Alain - Peut-être pour la même raison que les images d’offset ?
Christian - Que veux-tu dire ?
Alain - Eh bien, je suppose que l’on va vouloir soustraire les images de noir des images célestes. Non ?
Aude - Tout à fait, les images célestes sont également victimes de ce phénomène d’origine thermique. Il faudra, par la suite, les traiter en leur soustrayant les images de noir. Or, si on avait des temps de pose différents entres les images de noir et les images du ciel, le phénomène thermique ne serait pas le même. Comme je vous ai dit, le phénomène thermique est directement proportionnel au temps de pose et à la température du CCD.
Alain - Tu veux dire que plus on pose et plus le phénomène thermique s’amplifie ?
Aude - Exactement. Il est donc crucial d’avoir les mêmes temps de pose si nous voulons débarrasser les images du ciel de ce problème selon la proportion exacte. Vous voyez que si on ne faisait pas cela, nos images célestes comporteraient ces fausses étoiles en plus des vraies étoiles et ça serait plutôt confus !
Raymond - Alors, concrètement, comment on fait pour faire ces images de noir ?
Aude - Très simple. Après tes images d’offset, tu n’as rien à changer à ton équipement, tu vas dans ton logiciel d’acquisition et tu modifies uniquement le temps de pose pour le mettre à 30 secondes par exemple. Le binning ne doit pas être modifié. Ensuite, tu donnes un autre nom à tes images, par exemple « noir », et tu fais également 9 images, le même nombre que pour les images d’offset. Le logiciel sauvegardera alors ces images sous les noms : noir1, noir2, noir3, etc.
Christian - C’est important d’en faire 9 ?
Aude - Non, j’ai choisi 9 images pour cette séance, qu’il s’agisse des images d’offset, de noir, ou de celles de l’objet céleste. Un général le nombre d’images d’offset et de noir doit être égal ou supérieur au nombre d’images de l’objet observé . Dans notre cas : 9 images d’offset, 9 images de noir et 9 images célestes de M27. Mais tu peux choisir le nombre que tu veux et décider d’en faire 20 de chaque si tu veux. Seules les images de PLU ne doivent pas respecter cette règle, mais on verra ça plus tard.
Christian - Finalement, qu’est-ce que ça change de faire 9 images de chaque ou 20 images de chaque ?
Aude - Nous allons parler de ça dans quelques instants, lorsque nous discuterons des images célestes. Pour l’instant, continuons avec nos images de noir.
Raymond - Dans les logiciels d’acquisition, est-ce qu’il y a une fonction particulière pour faire des images de noir ?
Aude - Pas forcément, car finalement les conditions de prise de vue sont similaires à n’importe quelle autre image. Il suffit de faire des acquisitions, en choisissant le menu « Acquisition », et de décider d’appeler ces images « noir », de choisir le nombre d’images et leur temps de pose. C’est tout.
Alain, qui ne disait rien depuis quelques instants, semblait un peu pensif et Aude lui demanda donc si quelque chose n’était pas clair pour lui.
Alain - Oui, en fait je suis en train de me demander une chose : imagine que l’on fasse une soirée d’observation et que l’on décide de prendre des images de plusieurs galaxies. Est-ce nécessaire, pour chaque galaxie, de refaire ces images d’offset et de noir ?
Aude - Voilà une excellente question. Les images d’offset et de noir sont faites une fois pour toutes lors d’une soirée d’observation. Elles peuvent servir à traiter toutes les images d’objets célestes réalisées lors de cette soirée, même si vous avez pris plusieurs galaxies ou amas stellaires.
Raymond - Alors, il faut les refaire lors d’une autre soirée d’observation ?
Aude - Pour avoir les meilleurs résultats, oui.
Alain - Qu’est ce que tu veux dire par là ?
Aude - Si, par exemple, tu veux faire des mesures de luminosité sur tes images, alors je te recommande de refaire toutes tes images de prétraitement pour la fiabilité de ta mesure. Mais certains pourraient considérer ma position comme trop puriste et je connais des astronomes qui ne refont pas systématiquement ces images et les gardent pour plusieurs soirées. Par contre, les images de PLU doivent absolument être refaites lors de chaque soirée d’observation.
Raymond - Mais pourquoi on peut pas garder les images de PLU ? demanda Raymond un peu déçu.
Aude - Parce que d’une fois sur l’autre ces images perdent de leur intérêt. Rappelez-vous que les images de PLU servent à éliminer des défauts présents sur les surfaces optiques, des poussières par exemple. D’une fois sur l’autre, il y aura d’autres poussières ou bien tu auras enlevé et replacé la caméra sur le télescope : les défauts ne seront plus orientés pareil par rapport au capteur CCD et ne tomberont donc plus aux mêmes endroits de l’image. Résultat : ton ancienne image de PLU ne pourra plus servir à corriger ta nouvelle image céleste.
Raymond - Justement, si tu nous parlais un peu de ces images de PLU. C’est quoi au juste ?
Aude - PLU, ça veut dire Plage de Lumière Uniforme et, en anglais, on appelle ça « flat field frame », dit Aude pensant devancer la question que Christian ne manquerait pas de lui poser.
Christian - « Plage de Lumière Uniforme », c’est bien joli, mais c’est pas très clair comme terme et je comprends toujours pas bien à quoi ça sert…
Aude - Les images d’offset et de noir servent à corriger des défauts propres à la caméra mais, à votre avis, est-ce que, outre la caméra, un autre équipement ne peut pas présenter des défauts ?
Raymond - Tu veux parler du télescope n’est-ce pas ? demanda Raymond, l’œil pétillant.
Aude - Exactement, mais à votre avis quel genre de défaut peut présenter le télescope ?
Christian - Alors là, je vois pas. Alain, t’as une idée ?
Alain - Euh… non, dit Alain perplexe. Un problème de suivi peut-être ? Ou alors si… tu parlais tout à l’heure de poussières pouvant se trouver sur les surfaces optiques…
Aude - Oui voilà vous y êtes. Il s’agit tout simplement du fait que les surfaces optiques du télescope peuvent comporter des poussières ou des traces et que celles-ci peuvent provoquer des anomalies sur nos images célestes. D’autre part, certains défauts optiques du télescope peuvent être également corrigés. Tous ces défauts font que « l’éclairement » du capteur CCD varie de façon anormale et il faut donc corriger ce problème. De plus, le télescope n’est pas seul incriminé ici. En effet, fabriquer un capteur CCD n’est pas une chose simple et l’on n’arrive pas vraiment à fabriquer des capteurs dont tous les pixels présentent la même sensibilité. Il y a toujours de très légères variations et cela est également compensé par l’image de PLU. Il existe plusieurs façons de réaliser des images de PLU, principalement trois : en faisant des images du ciel au crépuscule ou à l’aube, en faisant des images d’un écran de couleur blanche situé à 2 ou 3 mètres du télescope, et enfin en faisant des images célestes la nuit dans des régions du ciel ne comportant pas trop d’étoiles.
Raymond - Ca a pas l’air simple cette affaire !
Aude - Effectivement, faire de bonnes images de PLU n’est pas aussi simple que faire des images d’offset ou de noir. Pour ne pas trop vous embrouiller, je vais vous indiquer ce qui me paraît être la méthode la plus simple pour obtenir des PLU, même si cette méthode n’est sûrement pas la plus rigoureuse. Vous pourrez toujours apprendre plus tard les deux autres méthodes quand vous vous sentirez plus à l’aise avec l’acquisition d’images CCD.
Alain - Et quelle est cette méthode ?
Aude - C’est celle qui consiste à faire des images d’une région du ciel comportant un minimum d’étoiles. Entre chaque image, on dépointe le télescope afin que les étoiles ne soient jamais aux mêmes endroits entre les images.
Alain - Et pourquoi veut-on que les étoiles ne soient pas aux mêmes endroits ?
Aude - Parce que cela nous permet ensuite de les supprimer grâce à des opérations de prétraitement. Je ne vais pas rentrer ici dans les détails du prétraitement des images de PLU mais sachez qu’il est absolument nécessaire que chaque image soit unique dans le lot d’images de PLU en terme de position des étoiles qui la composent. C’est pour cela qu’on dépointe le télescope : on reste dans la même région du ciel mais la zone visée est légèrement différente entre chaque image.
Raymond - Donc, grâce aux prétraitements, on enlève les étoiles apparaissant sur ces images, alors pourquoi faire des images si c’est pour enlever les étoiles ?!
Aude - Parce que les images de PLU ne nous servent qu’à traiter les véritables images célestes dont nous allons parler après. Rappelez-vous ce que je vous ai dit au début du stage : les images d’offset, de noir et de PLU ne sont que des images de prétraitement, elles ne servent qu’à améliorer les images célestes.
Christian - Et pourquoi enlever les étoiles alors ? demanda Christian visiblement intrigué par l’opération.
Aude - Parce qu’on veut qu’il ne reste sur ces PLU que les défauts des surfaces optiques de l’instrument et uniquement ceux-ci.
Alain - C’est parce qu’on va les soustraire, elles aussi, des images célestes ?
Aude - Non, on ne fera pas une soustraction avec les images de PLU mais une division, mais je vous expliquerai cette opération dans un autre stage consacré aux prétraitements. Pour l’instant, contentons-nous de faire l’acquisition de ces images. Je vous rappelle qu’il faut utiliser les mêmes paramètres que les autres images, à savoir : même binning et même temps de pose. Par contre, vous n’êtes pas tenus d’en faire 9 et il est même conseillé d’en faire un maximum, disons une bonne vingtaine. Voici une première image de PLU que j’ai prise hier soir :
Aude - Vous notez qu’on voit des étoiles mais que, sur cette deuxième image de PLU, prise juste après, les étoiles ne sont pas les mêmes et ne sont donc pas aux mêmes endroits étant donné que le télescope a bougé entre chaque acquisition de PLU. Par contre les défauts provoqués par des corps étrangers situés sur le trajet optique de la lumière sont toujours là et on les retrouve aux mêmes endroits. Ce sont ces sortes de tâches plus ou moins noirâtres circulaires.
Raymond - Il y a deux choses qui me chagrinent. La première, c’est au sujet du nombre d’images de PLU. Pourquoi on n’en fait pas 9 ?
Aude - Cela est lié aux prétraitements que nous allons faire après avec ces images et je ne peux donc pas trop en parler ici. Pour simplifier, disons qu’on veut un maximum de PLU car on va les combiner par la suite et on veut que le résultat de cette combinaison soit aussi efficace que possible. Plus on aura de PLU à combiner et plus l’image de PLU résultante sera efficace pour traiter les images du ciel. Je sais que ça répond pas complètement à ta question Raymond mais je pourrai t’expliquer tout ça en détail dans l’autre stage que j’anime, celui sur les prétraitements. Mais tu avais une autre question Raymond, non ?
Raymond - Oui : tu as dit qu’il fallait pointer une région du ciel avec pas trop d’étoiles, pourquoi ?
Aude - Il ne faut par exemple pas pointer le télescope en direction de la Voie lactée car c’est bien sûr une région où ça fourmille d’étoiles. On fait ainsi pour simplifier le travail du logiciel de prétraitement qui est chargé, par la suite, de supprimer les étoiles. S’il y en a beaucoup, cette suppression est plus difficile à faire.
Raymond - Et qu’est-ce que ça donne une fois que ces images de PLU sont pré-traitées ? demanda Raymond.
Aude - Voilà ce que ça donne :
Aude - Tu vois, les étoiles ont disparu et il ne reste plus que le fond du ciel ainsi que les défauts optiques que l’on remarque mieux ici.
Alain - Et comment ça se passe avec le logiciel d’acquisition ? Comment on fait pour dépointer le télescope entre les poses ?
Aude - C’est vrai que tous les logiciels ne proposent pas cette fonction car, comme je l’ai expliqué tout à l’heure, cette méthode pour faire des images de PLU n’est pas la seule et elle n’est pas couramment utilisée. Vous pouvez donc dépointer manuellement le télescope entre les poses, juste assez pour que le champ du télescope soit différent à chaque fois. Vous pouvez aussi utiliser un logiciel qui propose cette fonction. Cela peut se trouver dans le menu « Télescope » ou dans la boîte de dialogue « Acquisition » ou encore dans un autre menu. C’est alors le logiciel qui se charge, entre les poses, de piloter le télescope de façon à le déplacer très légèrement avant de commencer l’image de PLU suivante.
Alain - C’est le télescope qui décide de la valeur du déplacement ou bien c’est à nous d’indiquer une valeur ?
Aude - Pour les logiciels que je connais, c’est à nous de l’indiquer. Vous pouvez indiquer par exemple une valeur de 10 secondes d’arc. Ceci vous garantit que les étoiles ne se trouveront jamais aux mêmes endroits sur les images.
Alain - Peux-tu quand même nous dire deux ou trois mots sur les deux autres méthodes d’acquisition des images de PLU ?
Aude - Oui. La première méthode, et certainement la plus utilisée et la plus fiable, mais pas la plus simple, consiste à faire les images au crépuscule. A ce moment, le ciel n’est ni trop brillant, ce qui pourrait saturer le capteur CCD qui recevrait trop de lumière, ni trop sombre, ce qui permet de ne pas voir les étoiles car elles sont comme noyées dans la lumière du crépuscule. On fait alors des poses assez brèves de quelques secondes. Le problème c’est que le créneau temporel pour faire ces poses est limité à ½ heure maximum : si c’est trop tôt, le ciel est trop clair et si c’est trop tard, il est trop sombre.
Christian - Et quelle est l’autre méthode ?
Aude - L’autre méthode consiste à disposer un écran diffusant à l’entrée du télescope. Cet écran doit être éclairé par l’arrière de façon à ce que la lumière à sa surface soit répartie le plus uniformément possible. Le problème c’est que c’est difficile d’imiter les conditions du ciel nocturne de cette façon pour des raisons géométriques et de couleur de la lumière utilisée pour éclairer l’écran.
Aude expliqua alors à nouveau à ses 3 stagiaires qu’il était très important de ne pas bouger la caméra par rapport au télescope, par exemple en la démontant du porte-oculaire puis en la remontant, entre les acquisitions d’images de PLU et les acquisitions des images célestes. Elle leur demanda s’ils avaient bien compris le pourquoi de la chose.
Christian - Je crois…, dit Christian en se triturant le lobe de l’oreille droite.
Aude - Si vous faites cela, vous n’allez jamais pouvoir remonter la caméra en la positionnant exactement là où elle se trouvait auparavant. Or, cette position doit être la même au micron près. Il en résultera que les images célestes et les images de PLU ne se superposeront pas. Je veux dire que les défauts optiques de l’image de PLU et ces mêmes défauts sur les images célestes ne se trouveront pas aux mêmes endroits puisque la caméra aura bougé par rapport au télescope. La correction par l’image de PLU ne se fera donc pas correctement.
Les stagiaires avaient maintenant fait le tour des diverses images de prétraitement et il était grand temps de passer à l’essentiel : l’acquisition des images célestes. Christian, Alain et Raymond ne faisant plus mine de vouloir poser de questions, Aude leur proposa donc de passer à ce nouveau sujet.
Raymond - Tiens, une chose m’intrigue. Comment tu fais pour pointer M27 si ta caméra est montée à la place de l’oculaire et que tu ne peux donc pas regarder visuellement ?
Aude - C’est justement pourquoi je vous conseillais fortement, au début du stage, lorsque nous parlions des télescopes, d’utiliser une monture GOTO. Ainsi, c’est le télescope qui pointe tout seul et tu n’as pas à te préoccuper de ce genre de problème. Sinon, il te faut un chercheur monté en parallèle sur le télescope pour pointer manuellement ce dernier.
Raymond - Bon, alors c’est simple maintenant, M27 est dans le champ du télescope et on lance l’acquisition des 9 images de M27, non ?
Aude - Presque ! Il faut s’assurer que la caméra est correctement focalisée, c’est à dire que les étoiles sont bien fines sur une image de test. Si ce n’est pas le cas il faut agir sur le dispositif de mise au point du télescope et recommencer à faire une image test, et cela jusqu’à ce que le résultat soit jugé correct. C’est une étape critique qu’il faut faire avec le plus grand soin pour réaliser des images bien résolues. Un détail encore, un petit plus. Je dépointe très légèrement le télescope entre les poses de manière à ce que les corps célestes ne se trouvent jamais sur les mêmes pixels suivant les images.
Christian - Tu dépointes le télescope comme tout à l’heure pour les images de PLU ?
Aude - Non, cette fois-ci le dépointage est extrêmement faible, l’équivalent de quelques pixels, car nous voulons photographier toujours le même champ d’étoiles, à savoir M27. Il s’agit juste d’un dépointage infime, presque invisible sur les images.
Alain - Et pourquoi prendre cette peine ?
Aude - Parce que si un pixel du capteur est défectueux et reçoit des photons de lumière, tu sais ainsi qu’à l’image suivante ces photons n’iront pas frapper toujours ce même pixel. Les défauts seront ainsi réduits car ils seront moyennés sur les 9 images. C’est vrai qu’on pourrait m’accuser de chipoter mais bon…
Raymond - D’accord, mais comment on fait ça avec le logiciel d’acquisition ?
Aude - Cette fonction n’est pas toujours présente. Il faut chercher dans la boîte de dialogue des paramètres d’acquisition. Ceci dit, si c’est pas possible, c’est pas la fin du monde ! Si vous voyez qu’il existe une case permettant d’indiquer un déplacement automatique du télescope entre les poses, utilisez cette fonction, sinon tant pis.
Pour clore ce stage, Aude expliqua alors, qu’avec toutes ces images, il fallait s’organiser sur le disque dur de l’ordinateur de façon à ne pas s’y perdre.
Aude - A votre avis, ça fait donc combien d’images au total pour M27 ?
Alain - 9 images d’offset + 9 images de noir + 20 images de PLU + 9 images de M27, ça fait donc 47 images si je sais compter.
Aude - Imaginez maintenant que vous pointiez M31 pour faire d’autres images, puis M13, M82 et M81 ! Ca va en faire des images sur votre disque dur, non ? Et si vous devez pré-traiter ces images quelques jours plus tard, vous aurez alors oublié certains détails de cette soirée et cela compliquera encore les choses.
Alain - Qu’est-ce que tu conseilles alors pour organiser ces fichiers ?
Aude - Créez d’abord un dossier unique pour chaque soirée d’observation et donnez lui comme nom le jour, le mois et l’année d’observation, par exemple C:\astro\14082001 pour la soirée d’observation qui a commencé le 14 août 2001 et qui a duré jusqu’au lendemain matin, soit le 15 août. Ensuite, vous faites 3 sous-dossiers :
C:\astro\14082001\offset
C:\astro\14082001\noir
C:\astro\14082001\PLU
Puis, vous faites autant de dossiers que d’objets célestes en donnant le nom de l’objet céleste à chaque dossier, par exemple :
C:\astro\14082001\M27
C:\astro\14082001\M13
De cette façon, même des années plus tard, vous vous y retrouverez dans vos images. Bon, maintenant que vous savez « presque » tout des acquisitions d’images, à vous de jouer ! Bien sûr, nous n’avons fait qu’effleurer le sujet mais, dans un premier temps, cela suffit, je pense, pour vous lancer dans cette technique. Plus tard, vous voudrez certainement améliorer les choses et vous ferez des comparaisons entre plusieurs méthodes pour savoir quelle est la plus efficace. Pour l’instant, à vos télescopes : c’est le moment d’acquérir des compétences ! Pour finir, voici quand même l’une des images de M27 que nous venons d’acquérir :
