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Diphering et addition optimale d'une séquence d'images
 

L'algorithme drizzle réalise une addition optimale des images en terme de résolution spatiale. Le principe utilisé est qu'à une échelle inférieure à la taille du pixel, le décalage entre les images d'une séquence peut être considéré comme aléatoirement distribué. Par exemple, une étoile dans la première image peut être centrée exactement au milieu d'un pixel, alors que dans la seconde image elle peut se retrouvée à cheval sur deux pixels adjacents. A partir du moment où le décalage entre les images est connu à une fraction de pixel près, il est possible de produire une image finale dans une grille plus fine que celle des images de départ, avec une amélioration de la résolution. La résolution est en fait améliorée uniquement si les images de départ sont sous-échantillonnées ou à la limite du sous échantillonnage (voir plus loin). Dans les fait, l'énergie des pixels des images de départ est projeter dans une image d'arrivée ayant des pixels plus fins. Cette énergie est saupoudrée en tenant compte du décalage fractionnaire entre image, d'où le nom de drizzle donné à cet algorithme.

Le drizzle est adapté uniquement aux images sous-échantillonnées ou proches de l'être. Une image est sous échantillonnées si la largeur à mi-hauteur des étoiles est inférieure à 2 pixels. Ce cas se rencontre si la taille des pixels est trop importante par rapport à la distance focale du télescope (le but recherché est souvent ici un grand champ de vue). Il faut aussi bien sur que l'optique produise en elle-même des images très piquées, très fines, exempte d'aberrations majeures. Certains très bon réfracteur ou optiques photographiques sont capables de produire de telles images. Le dirzzling fonctionne encore si la largeur à mi-hauteur dépasse le seuil de sous-échantillonnage, par exemple avec un FWHM de 2,5 pixels, mais le gain en résolution diminue vite. Ce gain peut être important si la largeur à mi-hauteur est inférieure à 2 pixel, de 50% typiquement ou même plus.

On a vu que les images de la séquence doivent être décalées les unes pat rapport aux autres de manière aléatoire. Il n'est pas question de faire ici un guidage très précis entre les poses élémentaires, mais au contraire de décaler volontairement l'axe du télescope de quelques pixels aléatoirement en X et en Y. On produit ainsi une sorte de tremblement entre les pose de manière à ce que le même détail de l'image ne se retrouve pas sur le même pixel, d'où le nom de diphering donné à cette technique de prise d'images. Le nombre d'image doit être statistiquement significatif, au minimum de 6, mais le nombre peut atteindre plusieurs dizaines.

Avant d'utiliser la technique du drizzling il est nécessaire de connaître le décalage précis entre les images de la séquence. Il est aussi important que les images soient acquises dans les mêmes conditions.(temps de pose, brilliance du ciel, etc). Si ce n'est pas le cas, il est essentiel d'harmoniser au préalable les images en utilisant des commandes de normalisation de la famille NGAIN ou NOFFSET.

A titre de démonstration nous utilisons 6 images du champ de la galaxie NGC4294. Le télescope a été intentionnellement décalé entre les poses de plusieurs pixels (diphering). Le but est l'application de l'algorithme drizzle, mais il faut se rappeler que le diphering est aussi un outil très efficace pour éliminer les parasites locaux, comme les impacts de rayons cosmiques, à partir d'un traitement statistique des images.

On utilise la fonction de Prétraitement automatique (1) pour prétraiter les images de manière classique :

On choisi de normaliser l'intensité médiane des images de la séquence en multipliant chacune d'elle par une constante appropriée (c'est notamment la bonne approche si le temps de pose ou la transmission atmosphérique a varié en cours d'observation). Par exemple, ici on choisi une valeur de normalisation de 5000 (c'est approximativement l'intensité médiane relevée en utilisant les outils statistiques, tel la commande STAT) en faisant

>NGAIN2 I I 5000 6

ce qui produit une séquence normalisé i1..., i6 (la séquence de départ est écrasée par la nouvelle séquence puisque les noms génériques d'entrée et de sortie sont les mêmes).

Vous auriez pu aussi utiliser une boite de dialogue pour réaliser la normalisation (commande Normalisation du gain du menu Traitement) :

Maintenant, il faut registrer les images. Le plus simple est d'ouvrir la boite de dialogue Registration stellaire du menu Traitement. Il est important ici de sélectionner une option qui ne produit qu'une translation pour recentrer les images (méthode à une étoile ou ajustement d'une zone) :

Cliquer sur OK. La séquence d'images recentrée j1, ... j6 est produite dans le répertoire de travail. Cependant ces images ne vont pas être utilisées. Ce qui est important ici c'est que la commande de registration a produit dans le même répertoire de travail un fichier shift.lst qui contient les décalages relatifs des images de la séquence a une fraction de pixels près suivant les axes X et Y. Le contenu du fichier shift.lst peut être vu avec un éditeur de texte, ou encore en utilisant la fenêtre de sortie de Iris à partir du menu Fichier (si cette fenêtre n'est pas visible, valider la commande Afficher données du menu Analyse) :

Pour un compositage optimal (du point de vu de la résolution), lancer soit la commande DRIZZLE depuis la console :

>DRIZZLE I 2 6

ou depuis le menu Traitement :

Le premier paramètre est le nom générique des images à compositer. Le second paramètre est le facteur d'échelle de l'image re-échantillonnée. Une valeur de 2 est généralement le bon choix. Le troisième paramètre est le nombre d'images dans la séquence. La commande Drizzle utilise le fichier shift.lst pour le calcul. En ce qui concerne la boite de dialogue Drizzle, puisqu'un fichier shift.lst a déjà été calculé par la registration antérieure, on choisi l'option Pas de registration.

Les images ci-après permettent de comparer le résultat d'une addition simple des 6 images avec l'utilisation de l'algorithme dirzzle. Le gain en résolution est très significatif. Un effet secondaire est que le bruit est aussi légèrement plus important dans l'image calculée avec le drizzle, mais le problème reste modéré en regard du gain en résolution :

Astuce : La boite de dialogue Drizzle offre la possibilité de combiner l'opération de registration et le drizzling. La mise œuvre la technique est donc très simple : on sélectionne une zone de l'image avec la souris à l'intérieur de laquelle le décalage entre images va être calculé, on choisit la registration linéaire multi-étoile, on clique OK, et c'est tout :

La commande Drizzle est par ailleurs tout à fait compatible avec les images couleurs 48 bits :

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