L'IMAGERIE COULEUR AVEC LE CCD KAF-0400C
Le CCD KAF-0400C est une version couleur du classique KAF-0400. Ces deux composants sont tout à fait compatibles sur le plan électrique, mais en revanche, la caméra Audine doit subir une petite modification au niveau du drain thermique pour accueillir le KAF-0400C. Ce dernier est en effet conditionné dans un boîtier de plus petite taille. Cette modification consiste à ajouter une petite pièce mécanique au sommet du drain de manière à amener le froid jusqu'à l'arrière du KAF-0400C. Il est en outre nécessaire de souder la version couleur sur un circuit imprimé intermédiaire pour qu'il puisse s'enficher dans le support du KAF-0400.
Une caméra Audine aménagée avec le KAF-0400C.
 
Le principe de la production des couleurs avec le KAF-0400C repose sur de minuscules filtres colorés, rouge, vert et bleu, disposés juste en avant des pixels. L'organisation adoptées par Kodak est une matrice dite CFA, dont on peut voir ci-dessous l'agencement :
 
B V B V B
V R V R V
B V B V B
V R V R V
 
Pour constituer une image couleur il est nécessaire de traiter l'image sortant du KAF-0400C par des algorithmes d'interpolation de manière à estimer, par exemple, quel est l'intensité du vert et du bleu au niveau d'un pixel recouvert d'un filtre rouge. Pour extraire cette information on utilise ce que l'on sait du signal provenant des pixels vert et bleu entourant le pixel actuellement traité. Ce travail d'interpolation aboutit en fin de compte à 3 images, de même taille que l'original (760x480 pixels), correspondant aux composantes colorées primaires rouge, vert et bleu. Ces 3 images sont ensuite recombinées (commande TRICHRO dans QMiPS32 ou avec un logiciel comme Paint Shop Pro après conversion des images PIC en format BMP) pour produire une image en vrai couleurs 24 bits.

La figure suivante montre la sensibilité relative pour les 3 couleurs constituant la matrice CFA du KAF-0400C. Ces courbes représentent le produit de la réponse spectrale d'un pixel par la transmission spectrale du filtre associé.

Sensibilité au travers des 3 filtres colorés du KAF-0400C.

Il apparaît sur cette figure que le filtre bleu coupe très mal la partie rouge et infrarouge du spectre. En d'autres termes, le filtre bleu voit autant de bleu que d'infrarouge, ce qui est évidemment gênant pour restituer une bonne balance des couleurs. Aussi est-il indispensable d'interposer dans le trajet optique un filtre coloré éliminant la partie infrarouge du spectre. Les courbes ci-après montrent la sensibilité spectrale lorsqu'on utilise un filtre BG18 ou un filtre KG3 en association avec le KAF-0400C.

Sensibilité spectrale du KAF-0400C + un filtre BG18.
Sensibilité spectrale du KAF-0400C + un filtre KG3.

Transmission d'un filtre BG18 de 1 mm d'épaisseur

  Lambda(µm) Transmission
    .30         .000
    .32         .005
    .34         .174
    .36         .402
    .38         .521
    .40         .603
    .42         .658
    .44         .713
    .46         .759
    .48         .786
    .50         .813
    .52         .813
    .54         .795
    .56         .722
    .58         .594
    .60         .411
    .62         .274
    .64         .146
    .66         .064
    .68         .027
    .70         .009
    .72         .003
    .74         .001
    .80         .000
    .85         .000
    .90         .000
    .95         .000
 
Transmission d'un filtre KG3 de 2 mm d'épaisseur

  Lambda(µm) Transmission
    .30         .018
    .32         .284
    .34         .654
    .36         .823
    .38         .859
    .40         .836
    .42         .815
    .44         .819
    .46         .819
    .48         .835
    .50         .846
    .52         .840
    .54         .842
    .56         .858
    .58         .849
    .60         .830
    .62         .793
    .64         .740
    .66         .674
    .68         .601
    .70         .513
    .72         .423
    .74         .333
    .80         .124
    .85         .042
    .90         .013
    .95         .004
 
Le filtre BG18 coupe très bien l'infrarouge, mais à un tel point qu'il élimine aussi une bonne part du spectre rouge et en particulier la région de la raie H-alpha, ce qui est gênant en astronomie. Le filtre KG3 est plus satisfaisant sur ce point, mais donne une moins bonne pureté spectrale pour des scènes de la vie quotidienne...

A gauche, l'affiche du film STAR WARS observé avec une caméra Audine équipée d'un KAF-0400C et d'un filtre BG18. A droite, la même scène observée avec un filtre KG3. La fidélité des couleurs est meilleure avec un BG18 pour ce type d'objet (spectre approximativement continu). En revanche, lorsqu'il s'agit d'observer des nébuleuses avec des raies d'émission, il vaut mieux associer le KAF-0400C avec un KG3, sans hésitation.
 
Lorsqu'on prend une image avec un KAF-0400C, les couleurs n'apparaissent pas immédiatement à l'écran. Ce n'est qu'à posteriori, en association judicieusement l'intensité des pixels, par un processus d'interpolation, qu'il sera possible d'extraire les 3 composantes primaires rouge, vert et bleu, qu'il suffit de combiner pour produire une image en vrai couleurs. Pour les illustrations de cette page on a utilisé le logiciel QMiPS32 pour l'extraction des couleurs primaires, puis le logiciel Paint Shop Pro pour générer une image en vrais couleurs.
Une image portion d'image brute typique du champ de M57 acquise avec un KAF-0400C + filtre KG3 et un télescope de 190 mm en 2 minutes de pose.
Agrandissement de l'image précédente. On observe bien le différence de niveau entre les pixels en fonction du type de filtre qui lui est associé (les pixels les plus sombres représentent correspondent à la couleur bleu). Du fait de la séparation spatiale des pixels colorés, on note au passage que le KA-0400C dégrade le résolution spatiale par rapport au KAF-400.
Portion agrandie d'un flat-field effectué avec le KAF-0400C. On reconnait la structure de matrice CFA. Cette image a été réalisée en pointant une feuille blanche diffusante éclairée à la lumière du jours. En procédant ainsi la réponse spectrale de chaque pixel est connue par avance. L'observation d'une cible éclairée par le Soleil n'est pas un hasard : elle permet d'obtenir une balance des couleurs qui fait qu'une étoile de même type spectral que le soleil apparaîtra blanche en final.
Division de l'image brute de M57 par le flat-field. Comme prévu l'intensité des pixels c'est uniformisée, mais un petit résidu subsiste et c'est lui qui fait que l'on observera une image colorée de M57.
A ce stade le processus d'interpolation à eu lieu. L'image présenté est la composante verte pour une image individuelle posée 2 minutes. On a utilisé pour cela la commande CFA de QMiPS32 ou de Iris.
Combinaison de 12 images individuelles posées chacune 2 minutes avec l'aide du logiciel Paint Shop Pro.
Agrandissement de l'image précédente.

Voici un petit résumé des procédures à réaliser pour arriver à l'image ci-dessus :

Etape 1 : faire un grand nombre d'images de l'objet en prenant bien soint de le déplacer à chaque image de quelques pixels en X et en Y.
Etape 2 : retirez l'offset et le dark de chaque image.
Etape 3 : divisez chaque image par le flat-fiel.
Etape 4 : appliquez la commande CFA à chaque image élémentaire.
Etape 5 : recentrée toutes les images correspondant à une couleur donnée.
Etape 6 : produire 3 fichiers BMP contenant le résultat. Si vous utilisez une commande comme SAVEBMP, il faut bien faire attention de par écréter le signal pour conserver toue la dynamique dans l'image trichrome finale.
Etape 7 : générer une image 24 bits avec un logiciel comme Paint Shop Pro à partir des 3 images BMP.

La nébuleuse M27. Caméra Audine équipée d'un KAF-0400C et d'un filtre KG3. Compositage de 14 images posées 2 minutes avec un télescope de 190 mm de diamètre le 25/06/1999.

L'avantage primordial du KAF-0400C est de produire des images couleurs pratiquement directement : inutile de réaliser 3 séquences d'images fastidieuses au travers de filtres colorées. Cependant, pour des travaux de photométrie de précision, il est préférable de travailler de cette dernière façon (meilleure maitrise de la transmission des filtres, meilleures résolution spatiale).

En contre partie, le KAF-0400C est nettement moins sensible que le KAF-0400, typiquement d'un facteur 3 à 4 sur la moyenne des filtres RVB. Ce n'est donc pas le composant idéal pour l'observation de routine du ciel très profond.