Objectif :

    L'objectif de ce document est de donner une définition concise d'un terme utilisé dans le jargon de l'astronomie CCD et plus génralement utilisant les détecteurs électroniques. Il ne se substitue donc pas aux ouvrages et documentations thématiques plus complets existants par ailleurs.

Merci de me faire part des erreurs que vous pourriez y déceler.
 

Mis à jour le 23 Mars 2005. 

A

Acquisition : (nf) terme désignant la phase où le détecteur de lumière est en train d'observer le ciel. Ses horloges sont alors à l'arrêt. Le mot 'intégration' est aussi utilisé.

Aliasing : voir Crénelage.

Anamorphose : transformation géométrique dont les caractéristiques sont différentes selon la direction. Par exemple, ce genre de transformation peut permettre de tranformer une image de planète en planisphère.

Anti-blooming : (nm) anti-éblouissement en français. Se dit du dispositif présent dans certains détecteurs et qui évite le débordement des charges accumulées dans les 'pixels' lorsque le signal est trop fort (saturation).

APN : Appareil Photo Numérique

Astrométrie : (nf) science de la mesure et de l'étude des positions des astres dans le ciel. L'usage des caméras CCD en astronomie simplifie les travaux astrométriques  car les positions sont faciles à mesurer sur l'image numérisée. Il existe des outils infomatiques effectuant la recherche et l'analyse automatique des positions des astres. La limitation actuelle des caméras CCD d'amateurs est le faible champ du fait de la petite taille du capteur

B

Bias : voir Précharge

Binning : technique consistant à sommer le signal de plusieurs photosites afin d'en augmenter la valeur au détriment de la résolution spatiale. L'intérêt du binning est de lire la matrice CCD plus rapidement (il y a "moins de pixels") et d'avoir une sensibilité supérieure. En spectroscopie, le binning permet de rassembler le signal du spectre étalé sur plusieurs lignes de la matrice en une seule et ainsi d'obtenir un spectre plus dense.

Bruit : signal aléatoire qui se superpose à un signal que l'on cherche à mesurer. Les charges thermiques dans les détecteurs génèrent du bruit. La conversion du signal analogique en signal numérique apporte aussi du bruit, car la conversion est toujours approchée. Des parasites radio-électriques peuvent aussi détériorer le signal.

C

CCD : acronyme de 'Charge Coupled device' en anglais ou 'Dispositif à Transfert de Charges'. Se dit de détecteurs électroniques sensibles à la lumière et permettant l'obtention d'images qui sont ensuites numérisées par la caméra. En généralisant encore plus, l'astronomie CCD est la science de l'observation du ciel avec des instruments utilisant les capteurs électroniques.

Champ : (nm) zone de ciel exprimée en degré carré (ou minute d'angle carrée) que voit le CCD au travers de l'optique du télescope ou plus généralement de l'objectif placé devant lui. Le champ est fonction de la focale de l'objectif et de la taille du capteur.

Chromatisme : défaut optique des objectifs réfracteurs (à lentilles) dont l'effet est de focaliser les rayons lumineux en différents plans focaux selon leurs longueurs d'onde. Ce défaut est très sensible avec les capteurs CCD car ceux-ci ont une sensibilité spectrale assez étendue. La solution consiste à utiliser un filtre passe bande, une optique traitée (objectif apochromatique) ou un objectif à miroirs uniquement.

Convolution : (nf) opération mathématique consistant à recalculer tous les pixels d'une images : la valeur de chaque pixel devient une combinaison linéaire des valeurs de ces voisins et de lui-même. La matrice de convolution est la matrice des coefficients de la combinaison linéaire. La convolution est dite croisée quand la combinaison se fait d'abord suivant les lignes puis sur les colonnes (avec des matrices monodimensionnelles).

Cosmique (rayonnement) : particules très énergétiques qui peuvent frapper le détecteur de lumière et provoquer un signal dans la matrice.

Courant d'obscurité : (nm) bruit électronique généré par l'agitation thermique du cristal de silicium. Le taux de production de ce bruit est fonction de la température du cristal. Il devient négligeable en dessous de -100°C. Le signal thermique diminue d'un facteur 2 pour un abaissement de 7°C de la température du capteur.

Crénelage : phénomène apparaissant lorsque la fréquence d'échantillonnage (spatial) est trop faible devant la fréquence du signal.

D

Dark : voir Noir

Drain : Zone (généralement entre les colonnes du CCD) de captage des électrons qui ont saturé le puit de potentiel des pixels adjacents lorsque la luminosité est trop forte. Ainsi les pixels qui entourent une zone fortement éclairées n'en sont pas ou peu affectés. Voir Dispositif Anti-Blooming.

Drizzling : Algorithme de compositage d'images sous-échantillonnées consistant à projeter les pixels dans une grille plus fine.

DTC : acronyme de Détecteur à Transfert de Charge. Voir CCD

Dynamique (d'un capteur) : (nf) : rapport entre la capacité maximale d'un photosite (en electron) et le bruit de lecture (en electron). Plus généralement, c'est le rapport entre la valeur la plus grande et la plus faible d'un signal. Pour les CCD, elle peut atteindre plusieurs dizaines de milliers. Le convertisseur analogique-numérique (10, 12, 16 bits, vitesse...) doit être dimensionné en fonction du capteur et de la chaine d'acquisition.

E

Echantillonnage : (nm) : 1. procédé transformant un signal variable continuement (dans le temps ou l'espace) en une suite de valeurs. Exemple d'échantillonnage spatial : une image optique est transformée en un tableau de nombres. Les caméras CCD utilisent la technique du double échantillannage analogique avant conversion analogique-numérique. 2. L'échantillonnage indique également l'échelle d'une image, en seconde d'arc de ciel par pixel ou micron. En pratique, on considère que l'échantillonnage est insuffisant lorsque la largeur à mi-hauteur est sous la barre de 2 pixels. (Voir théorie de l'information et le théorème de Shannon)

Electroluminescence : (nf) : phénomène générant de la lumière à partir d'un courant électrique. Certains composant électroniques provoquent ce phénomène qui peut alors être gênant pour l'acquisition des images (exemple : étage amplificateur en sortie de certains CCD)

FFT : acronyme de Fast Fourier Transform. Voir Transformée de Fourier.

Filtres (numériques) : (nm) opérations mathématiques consistant à recalculer les pixels d'une image. On distingue les filtres linéaires (passe-haut, passe-bas, ...) qui conservent les propriétés de photométries et les autres (filtres statistiques comme le médian, maximal, minimal, out-range...). Certains filtres réhaussent les contrastes (passe-haut) ou les atténuent (passe-bas). Ils existe des filtres dits morphologiques qui permettent d'extraire les contours d'objets.

Filtres (optiques) : Voir UBVRI.

FLAT : voir PLU

FWHM : Abbréviation de Full Width at Half Maximum ou en français Pleine Largeur à Demi Maximum. Caractérise la largeur du profil de luminosité d'une étoile, généralement modélisé par une gaussienne. Cette grandeur est caractéristique de la qualité de l'image (en fait du ciel, du système optique et de capture).

G

Gain : facteur multiplicatif (d'amplification)

Gauss (Filtre de) : Filtre numérique consistant à convoluer l'image par une gaussienne.

Gaussienne : surface de forme donnée par l'équation de Gauss : I(r) = I(0) exp( - r² / sigma²) où r est la distance au centre (de l'étoile) Cette surface est utilisée pour modéliser une image d'étoile.

H

Histogramme d'une image : courbe donnant en ordonnée le nombre de pixels prenant l'abscisse pour valeur pour une image (En abscisse : les valeurs, en ordonnée : les nombres de pixel)

I

Intégration : (nf) : voir 'Acquisition'

J

Johnson-Morgan : nom d'un système de filtres optiques UBVRI

K

Kron-Cousins : nom d'un système de filtres optiques UBVRI.

Linéarité : (nf) qualité d'un détecteur dont le signal de sortie est proportionnel au signal reçu. Les capteurs CCD sont linéaires entre une valeur minimale de seuil et un maxi de saturation. La présence d'un dispositif anti éblouissement peut limiter la plage d'éclairement où le capteur a une réponse linéaire.

M
 

Masque flou : (nm) technique de réhaussement des détails et du constraste d'une image. Elle est composée d'une étape d'extraction des détails par soustraction d'une image floue à l'original puis d'une étape où l'on rajoute à l'original l'image des détail amplifiés. L'image floue est obtenue en appliquant un filtre passe-bas à l'image originale. Cette technique est surtout utilisée en imagerie planétaire.

Matrice : (nf) ensemble des photosites constituant le détecteur de lumière. Les matrices sont rectangulaires ou en ligne (barettes).

Matrice de convolution : (nf) Voir Convolution.

N

Noir : image d'obscurité. Elle est utilisée lors de la correction radiométrique et doit donc être obtenue dans les conditions proches de celle de l'image à traiter (temps de pose, température du capteur).

Noir générique : technique consistant à stocker une collection d'image d'obscurité à différentes température du capteur et à utiliser en prétraitement celle dont la température correspond à celle de l'image à traiter.

Noir (optimisation du) : méthode consistant à n'utiliser qu'une seule image de noir pour les prétraitements. Ceux-ci s'effectuent en cherchant à partir d'une zone de fond de ciel un coefficient multiplicatif d'un noir générique unique et soustraction de ce noir à l'image. Le but est de minimiser le bruit sur le résultat.

O

Offset : voir Précharge.

P

Peltier : module thermoélectrique (du nom du découvreur de l'effet) généralement plat effectuant un transfert de calorie d'une de ses faces à l'autre. Le rendement est généralement faible, et est une fonction décroissante de l'écart de température entre les faces. Pour obtenir un écart important de température, on peut associer plusieurs étages de modules Peltier et un refroidissement externe à liquide caloporteur. La limite pratique de l'écart est de l'ordre de 50°C.

Photométrie : (nf) science de la mesure des flux lumineux. L'utilisation des capteurs CCD permet d'avoir rapidement une mesure de l'intensité lumineuse. L'utilisation des filtres passe-bandes permet des mesures dans des "couleurs" standard. La photométrie d'ouverture consiste à mesurer le flux d'un astre en additionnant les niveaux atteints par les pixels dans une zone (l'ouverture) entourant l'objet et à soustraire à cette somme le flux donné par le fond de ciel en plaçant l'ouverture à un endroit sans étoile.

Photométrique (système) : ensemble de filtres optiques de caractéristiques spectrales bien définies permettant d'étudier la répartition de l'énergie émise par les astres dans différentes longueurs d'ondes. Les systèmes les plus connus sont Kron-Cousins, Johnson-Morgan, Thuan et Gunn... Le fondement d'un système est basé sur la mesure des flux d'étoiles étalons au travers des filtres considérés.

Photon (nm) : onde-particule transportant la lumière. Son énergie est fonction de sa fréquence ou de sa longueur d'onde. Les photons sont capturés dans les détecteurs de lumière et 'convertis' en charges électriques (électrons) par effet photoélectrique dans le silicium.

Photosite (nm) : capteur élémentaire où a lieu l'effet photoélectrique qui convertit les photons en électrons. Un capteur CCD ou CMOS est composé de milliers voire millions de photosites organisés en une matrice rectangulaire qui mènera à une image numérique. A chaque photosite correspondra un pixel.

Pixel (nm) : élément de base d'une image numérique.

PLU: acronyme de Plage de Lumière Uniforme. Il s'agit d'une image d'un object étendu dont la luminosité est la plus uniforme possible. Elle peut être obtenue en photographiant le ciel bleu au crépuscule ou un écran éclairé uniformément. Elle est utilisée lors de la correction radiométrique (prétraitement) pour corriger l'erreur de réponse des photosites et les défauts d'éclairements (vignettage, ombres de poussières...)

Pogson (relation de) : relation liant le flux lumineux mesuré à la magnitude d'un objet : m = C - 2.5 log flux. La constante (représente le système de mesure) est déterminée en mesurant une étoile étalon dans des conditions les plus proches possibles.
 

Précharge (nf) : valeur constante de chaque pixel du détecteur lorsque le temps d'intégration et le bruit thermique sont nuls.

Préflashage (nm) : technique effectuant un éclairage sur le CCD avant la pose afin de saturer les pièges à charges dans la matrice et de limiter ses défauts de linéarité. Cela au détriment de l'augmentation du bruit (bruit de photon)

Q

R

Réduction photométrique : technique de transformation des magnitudes instrumentales (des flux issus de l'image) en magnitudes exprimées dans un système photométrique standard.

Rendement (quantique) (nm) : c'est le ratio du nombre d'électrons générés dans un pixel sur le nombre de photons incidents. Il est de l'ordre de 40 à 80% dans les capteurs CCD

Résolution (spatiale) (nf) : fonction de la taille des éléments du capteur de lumière. Plus cette dernière est grande moins bonne est la résolution.

S
 
                         Seeing : terme anglais qui désigne la "qualité" du ciel.

Sensibilité : (nf) caractérise le nombre de charges électriques générées par chaque pixel du capteur pour un éclairement donné.

Sensibilité (spectrale) (nf) : caractérise la réponse du détecteur en fonction de la longueur d'onde du signal reçu. Les détecteurs à CCD se caractérise par une sensibilité allant de 400 à 1000 nm avec un maximum vers 650nm. Ils sont donc sensible dans le proche infrarouge. Les nouveaux détecteurs ont été optimisés pour réhausser leur sensibilité dans le bleu.

Signal (d'obscurité) (nm) : même dans le noir parfait, tout capteur électronique de lumière accumule des charges (électrons) du fait de l'agitation thermique du réseau cristallin qui le compose. Le nombre de charges ainsi accumulées est fonction de la température du système et du temps d'intégration. Afin de limiter ce signal parasite, les capteurs sont refroidis.

T

TDI (mode) : de l'anglais Time Delay Integration. Ce mode d'acquisition d'images consiste à déplacer l'image optique sur le capteur en synchronisme avec le transfert de trame du capteur. La durée de la pose est alors donnée par le temps de passage sur le capteur. Utilisé avec un télescope fixe, il permet de prendre des images au kilomètre...

Transformée de Fourier: opération mathématique consistant à trouver la densité spectrale d'un signal constituant une image par exemple. L'opération inverse s'appelle transformée de Fourier inverse. La transformation passe l'image du domaine spatial au domaine fréquentiel. La transformée de Fourier rapide (FFT en anglais) est un algorithme mathématique optimisé effectuant la transformation de Fourier sur une image dont les dimensions sont des puissances de 2.

Turbulence : (nf) phéomène atmosphérique qui dégrade la qualité des images.

UBVRI : ensemble de filtres optiques passe-bandes calibrés permettant des mesures de flux allant du proche UV (peu utilisé) au proche infrarouge. La définition Kron-Cousins est :

Filtres	U	B	V	R	I
Longueurs d'onde centrales (nm)	360	440	550	650	800
Largeurs à mi hauteur (nm)	70	100	90	100	150

W

X

Y

Y a plus rien

Z

Zé fini...

Bibliographie :

- Astronomie CCD par C. BUIL . SAP 1989.
- Le guide pratique de l'astronomie CCD par P. MARTINEZ et A. KLOTZ. ADAGIO 1994.