LES APPAREILS NUMERIQUES
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La révolution des appareils numériques
Prenez un boîtier photo d'apparence ordinaire, avec l'avantage de la visée directe, la possibilité de changer ou d'enlever les objectifs pour une adaptation sur un télescope... et emplacer le film par un capteur numérique ! Ce pari réussi fait l'immense succès des reflex numériques en astronomie aujourd'hui. Les modèles actuels offrent des performances remarquables, une fois maîtrisés les quelques points délicats évoqués ci-dessous. Les habitués de la photo argentique ne sont pas dépaysés. Mieux, ils trouvent là un nouveau souffle, avec des performances accrues et l'obtention d'images numériques sans passer par un scanner. Les capteurs actuels mesurent en moyenne 15x22mm (format APS), ce qui représente une surface deux fois moindre qu'une pellicule 24x36, et comptent entre 6 et 8 millions de pixels. Ces derniers mesurent en moyenne 6 microns, ce qui assure une excellente définition. La dynamique (capacité à enregistrer des détails dans des zones très sombres ou très claires) est encore en léger retrait par rapport aux négatifs photo, mais ces derniers perdent le plus souvent cet avantage au moment du scan. Le prix des appareils numériques devient de plus en plus abordable et les performances sont sans cesse améliorées. Attention tout de même à la course aux pixels, qui entraîne, à taille de capteur égale, une diminution de leur taille, et donc de leur sensibilité. Les modèles se succèdent à un rythme effréné, ce qui fait toujours douter de l'opportunité d'acheter... Mais c'est ainsi, la révolution numérique est en marche !
Spécial Canon 350D : cliquez ici pour un passage en revue du Canon EOS 350D avec filtre IR modifié.
Le bruit thermique .
Le capteur d'un APN n'étant pas refroidit, contrairement à celui des cameras CCD par exemple, les pixels réagissent à la chaleur en enregistrant une fausse information, un signal parasite appelé signal thermique. Celui-ci augmente avec le temps de pose, si bien qu'après quelques minutes d'exposition, l'image devient brouillée par une multitude de points colorés : les pixels chauds. Du coup, plus il fera froid dehors, meilleures seront les images ! Ce signal, présent de manière quasi constante d'une image sur l'autre (à temps de pose et températures identiques), sera soustrait grâce ultérieurement à un "dark" : une autre image de même temps d'exposition, réalisée avec le télescope ou l'objectif fermé par son cache.
Notons que certains boîtier reflex, à la manière des petits boîtiers compacts (" photoscopes "), intègrent un réducteur de bruit qui supprime d'office les pixels chauds. C'est un très mauvais choix pour une application en astronomie, puisqu'il prendra les plus petites étoiles pour des parasites et les effacera d'office ! De plus, le traitement postérieur à la prise de vue s'en trouve limité. Parmi ces " mauvais élèves ", citons notamment le Nikon D70, qui même en mode " raw ", lisse les images sans préavis ou, bien pire encore, du Pentax ist Ds.
Agrandissement d'une image posée 2 minutes à 800 ISO avec un Nikon D100 muni de son cache ("dark"). On enregistre un signal thermique important, visible sous forme de points bleus, verts et rouges, ainsi qu'un coin clair parasite en haut à gauche de l'image.
Combiner des images
Une seule pose donne dans de nombreux cas d'excellents résultats. Mais certains objets peu lumineux, comme ceux du ciel profond, demandent un long temps d'exposition, difficilement compatible avec le signal thermique des APN qui limite les poses à quelques minutes maximum. Il faut dans ce cas accumuler plusieurs poses consécutives pour reconstituer l'équivalent d'une exposition plus longue. La combinaison de plusieurs images permet également, même lors de poses courtes, d'améliorer le rapport signal/bruit (même principe que les images obtenues avec des webcams). Ne reste ensuite qu'à additionner les images avec un logiciel. Certains d'entre eux, comme Iris, réajustent automatiquement les éventuels décalages entre les vues.
Nébuleuse de la Lyre au foyer d'un C14 à F/7. A gauche : une pose brute de seulement 10 secondes à 800 ISO avec un Canon 350D modifié. A droite, l'addition de 90 clichés identiques permet d'augmenter fortement la quantité de détails visibles, malgré une pollution lumineuse très sévère au moment de la prise de vue (Marseille, présence de brumes très diffusantes).
Le rendu des couleurs
Un peu comme les pellicules photo, les reflex numériques délivrent un bon rendu des couleurs en lumière du jour, mais ont quelques lacunes en astronomie. La plus importante ne provient pas des filtres colorés disposés sur les pixels, mais d'un filtre anti-IR placé devant le capteur. Celui-ci ne stoppe pas seulement les infrarouges, mais ronge aussi allègrement la partie rouge du spectre visible. L'effet est catastrophique sur les nébuleuses ionisées, dont la principale raie d'émission, la raie H-alpha, est stoppée à 80 ou 90% par ce filtre ! Une solution radicale consiste à retirer ce filtre, ce que l'on peut tenter soi-même (procédure décrite sur le site de Christian Buil : astrosurf.com/buil). Certains fabricants (Hutech) proposent de remplacer le filtre d'origine par un filtre mieux adapté à l'astronomie (cf. EOS 350D avec filtre IR modifié).
La nébuleuse Dummbbell, photographiée avec le même instrument (Celestron 8). A gauche, 5 poses de 2 minutes à 800 ISO avec un Nikon D100, à F/6. A droite, une pose de 50 minutes sur Fuji 400 Hyper à F/10. La quantité de lumière reçue est à peu près la même compte-tenu de la différence de sensibilité et de focale. La dominante bleue de l'image de gauche reflète la réponse à la raie OIII des nébuleuses planétaires (vert émeraude), mais avec tout de même un déséquilibre chromatique. Par contre, la réponse à la raie H-alpha, dans le rouge, est quasi inexistante en regard du cliché argentique.
Champs d'application
Les domaines d'application des reflex numériques sont les mêmes qu'en photographie argentique, avec le gros avantage de se passer de l'étape fastidieuse du scanner, qui entraîne par ailleurs une perte de détails. De plus, grâce au meilleur rendement quantique de son détecteur (jusqu'à 50% de photons efficaces, contre 15% en moyenne pour un film), un appareil numérique permet des poses plus courtes, limitant les effets de la turbulence en imagerie planétaire et les problèmes de guidage en photo du ciel profond. Dans la majorité des cas, les reflex numériques actuels sont devenus plus performants pour l'astronomie que la pellicule photo, qui est sans doute appelée à disparaître dans un proche avenir. Pour seul exemple, les diapositives ont été retirées des rayons et les astrophotographes adeptes de l'argentique ont perdu leur film "miracle", le TP 2415 ! Voici quelques images réalisées avec un Nikon D100, aujourd'hui largement dépassé (fort bruit thermique). Actuellement, les modèles les plus intéressants sont incontestablement les Canon 350D et 20D (voir quelques images avec un 350D).
Nébuleuse d'Orion au foyer d'un C14. Une pose de 30s et une pose de 1 minute combinées avec Photoshop. image réalisée en pleine ville, juste au-dessus d'un lampadaire boule ! Les extensions n'apparaissent pas à cause du manque de sensibilité dans le rouge.
Saturne avec un C14 à F/28. 30 images de 1/15s à 200 ISO, par très forte turbulence. Les résultats des APN en photo planétaire sont intermédiaires entre l'argentique et la webcam, plus performante.
Lune gibbeuse à faible hauteur de l'horizon avec un Meade 10''. Les images de Lune et de Soleil en entier sont de très bonne qualité. La surface sensible des reflex numériques, moitié moindre de la pellicule photo, impose une focale limitée à environ 1200mm pour le Soleil ou une pleine lune.