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Prétraitement des images noir et blanc (2/2)

Toute comme la commande Prétraitement automatique (2), la commande Prétraitement automatique (1) du Prétraitement réalise le prétraitement complet d'une séquence d'images. Le résultat est une nouvelle séquence prétraitée, mais avec cette fonction, les images ne sont pas alignées. La phase d'alignement est réservée à une étape ultérieure, en utilisant des outils spécifiques, particulièrement si le champ présente peu d'étoiles ou au contraire, trop d'étoiles.

Soit les trois images brutes de la région de la galaxie Messier 105 :

et les trois images maîtres associées :

Que faire si on ne dispose pas d'une image de référence de l'offset ?

Pas de panique ! Il y a deux solutions...

Méthode 1

Charger en mémoire l'une des images à traiter (image "science") :

>LOAD M105_1

>FILL 377

L'image courante est a présent remplie avec la valeur 377. Sauvegarder cet offset artificiel :

>SAVE OFFSET

Méthode 2

Relever le format des images à traiter :

>LOAD M105_1
>INFO

La commande INFO retourne la taille de l'image, soit ici 384 x 256 pixels.

Créer une image vierge de cette dimension :

>NEW 384 256

donner aux pixels l'intensité caractéristique de l'offset :

>FILL 377

et sauvegarder le résultat

>SAVE OFFSET

Je ne dispose pas d'une image du flat-field !

Pas de panique encore, mais attention, il n'est jamais bon de ne pas utiliser une vraie carte flat-field... Le procédure présentée ici est un simple recours, mais ne peut être considérée comme un système. Pour produire une image flat-field artificielle, parfaitement uniforme, faire par exemple :

>LOAD M105_1
>FILL 10000
>SAVE FLAT

Prétraitement

Tout d'abord, charger en mémoire la première image de la séquence à traiter. Définissez une zone avec le pointeur de souris de 100 à 200 pixels de large, en essayant si possible d'exclure des objets brillants. Cette zone de l'image ainsi sélectionnée est utilisée par Iris pour effectuer le calcul de minimisation du bruit thermique (voir plus loin).

Après avoir sélectionné la zone, ouvrir la boite de dialogue Prétraitement automatique (1) du menu Prétraitement, et entrer les paramètres :

Cliquer sur OK. La séquence d'images i1.pic, i2.pic and i3.pic est produite dans le répertoire de travail. Ces images sont prétraitées : l'offset a été retiré, ainsi que le signal d'obscurité, puis la réponse des pixels est harmonisée par la division du flat-field. Pour afficher ces images, faire successivement :

>LOAD I1
>LOAD I2
>LOAD I3

Comment ajuster les seuils de visualisation d'une séquence ?

Iris préserve dans l'entête des fichiers images (PIC ou FITS) les seuils de visualisation effectifs juste avant la création de ces fichiers. Ces seuils sont retrouvé lors de l'ouverture des fichiers. Il est possible de modifier les seuils dans l'entête d'une séquence en utilisant la commande TH_CUT. Par exemple :

>TH_CUT I I 1600 500 3

Les nouveaux seuils de visualisation des images I1, I2 et I3 sont (1600, 500).

Vous pouvez aussi utiliser la commande équivalente Seuil du menu Visu :

L'optimisation du signal d'obscurité

Pour le long temps d'exposition, un problème critique lors du prétraitement est le retrait du signal thermique d'obscurité. On le sait, ce signal parasite s'ajoute au signal utile d'une manière d'autant plus intense que la température du détecteur est élevée et proportionnellement à la durée du temps de pose.

Une solution classique pour retirer la signal d'obscurité consiste à soustraire à l'image scientifique une image acquise dans l'obscurité, à la même température et avec le même temps de pose.  Dans ce cas le calcul est simple. Cependant, en pratique, cette procédure n'est pas toujours applicable. A moins d'avoir une température mesurée et régulée avec grande précision au plus près du capteur électronique, il plane toujours une incertitude entre la valeur de la  température du capteur au moment de la prise de vue science et le moment de la prise de vue dans l'obscurité. Ainsi la température d'un capteur d'appareil photo numérique ne peut être considérée comme stable dans le temps, par exemple car les circuits annexes et le détecteur lui même s'échauffent en fonction de la périodicité des prises de vue. Il se peut même que la température ne puisse être considérée comme homogène d'un bord à l'autre de la surface sensible.

La procédure la plus efficace est d'acquérir l'image du signal d'obscurité dans des conditions les plus proches possibles des images du ciel (temps de pose et température) mais de multiplier la carte du signal d'obscurité par un coefficient de manière à ce qu'après soustraction aux images du ciel, le bruit soit minimisé dans ces dernières. Par exemple pour une température identique, si les images du ciel sont posée 60 secondes et si les images du dark sont posées 120 secondes, le coefficient sera s'en doute proche de 0,5.

On peut remarquer que la carte du signal d'obscurité contient son propre bruit. Ce bruit se retrouve en partie après soustraction dans les images prétraitées. Il est donc important de produire une carte maître du signal d'obscurité la moins bruitée possible.

Finalement une bonne méthode pour elliminer le signal d'obscurité des images brutes consiste à dérouler la séquence suivante :

- Prendre un certain nombre d'images dans l'obscurité (5 à 15) avec un temps de pose similaire aux images du ciel (jamais plus court). Essayer d'avoir une température peu différente aussi..

- Prendre juste à la suite une séquence dans l'obscurité totale, mais avec le temps d'intégration minimal. Ces images contiennent le signal d'offset de votre système. Calculer l'image maître du signal d'offset en faisant la somme médiane des images de la séquence.

- A chaque image élémentaire du signal d'obscurité, soustraire la carte du signal d'offset calculée à l'étape précédente. Le résultat est une séquence qui ne contient que la contribution thermique (le signal d'obscurité et le signal d'offset sont distincts).

- Additionner les images élémentaires du signal d'obscurité pour obtenir la carte maître du signal thermique (vous pouvez utiliser une simple somme arithmétique, ou mieux une somme médiane car cette dernière est très robuste pour éliminer les artefact qui peuvent affecter des pixels d'une des images de la séquence). Le fait d'utiliser plusieurs images du dark est la clef pour réduire le bruit dans l'image maître finale (le signal thermique d'additionne mais sa felt se moyenne). Voir ici quelques outils pour aider à construire les images maître. La carte du signal d'obscurité (comme celle du signal d'offset) peut être considéré comme une constante de l'instrument. Elle peut en général être utilisée pour traiter toutes images brutes de la nuit, voir les images de plusieurs nuits. Mais des vérifications sont a faire régulièrement, pas exemple pour se rendre compte si de nouveaux points chauds ne sont pas apparu.

- Soustraire l'image maitre du signal thermique aux images brutes de la séquence du ciel. La difficulté est ici de trouver le coefficient optimal à appliquer à l'image du dark avant soustraction...

Iris propose deux approche pour résoudre ce problème :

- La première consiste à réduire au minimum le bruit dans une zone sélectionnée de l'image après soustraction du dark. Le calcul est réalisé analytiquement à partir d'une analyse statistique dans la zone de sélection.
- La seconde consiste à minimisée l'entropie de l'image. Le calcul est fait sur la globalité de l'image, il n'y a donc pas de zone à sélectionner.

Il est facile de tester ces deux méthodes.

Charger en mémoire l'une des images brutes puis ouvrir la boite de dialogue Optimisation du noir du menu Prétraitement. Choisir l'option Réduction de l'entropie et entrer le nom de votre image maître du signal d'obscurité (ne pas s'occuper du champ Fichier cosmétique pour l'instant) :

La valeur du coefficient minimisant l'entropie est retournée, ici 0.323. Vous pouvez trouver cette valeur tapant la commande suivante depuis la console :

>OPTE DARK

Si l'image de référence du signal d'obscurité est multipliée par ce coefficient et si le résultat est utilisé pour corriger les images brutes, l'entropie de ces dernières est miminale. C'est un bon critère pour calculer le coefficient optimal. Depuis la console, vous pouvez par exemple faire :

>LOAD DARK
>MULT O.323
>SAVE TMP
>LOAD M105_1
>SUB TMP 0
>SAVE I1
>LOAD M105_2
>SUB TMP 0
>SAVE I2
>LOAD M105_3
>SUB TMP 0
>SAVE I3

ou utiliser une forme plus compacte :

>LOAD DARK
>MULT O.323
>SAVE TMP
>SUB M105_ TMP I 0 3

Si vous sélectionnez l'option Soustraction de la boite de dialogue Optimisation du noir, la soustraction du noir est réalisée immédiatement, avec le bon coefficient, ce qui permet de juger vite le résultat sur un cas test...

L'optimisation du noir est automatique si vous sélectionnez l'option Optimisation du noir de la boite de dialogue Prétraitement automatique (2). Si cette option n'est pas choisie, le coefficient est unitaire (la carte du signal d'obscurité est utilisée telle quelle).

De nombreuses variations sont possibles. Par exemple séparer en deux opérations distinctes le calcul du coefficient et le prétraitement :

>LOAD M105_1
>OPTE DARK
>LOAD DARK
>MULT 0.323
>SAVE N

et finalement, prétraiter avec les paramètres :

Pour tester la méthode de réduction du bruit de la boite de dialogue Optimisation du noir choisir l'option Réduction du bruit RMS. Mais avant d'ouvrir la boite de dialogue, vous devez avoir sélectionné à la souris une partie de l'image excluant les objets majeurs:

Iris retourne la valeur 0,319 (l'écart est peu significatif ave la méthode de réduction de l'entropie). La commande équivalante depuis la console est :

>OPT DARK

L'optimisation du noir par minimisation du bruit est l'algorithme utilisé dans la boite de dialogue Prétraitement automatique (1) du menu Prétraitement.

Noter que les fonctions de calcul du noir optimal sont compatibles avec les images couleurs (les couches R, V et B subissent un évaluation séparée). Par exemple :

Le résultat après la réduction de l'entropie.

Correction cosmétique

La correction cosmétique consiste à traiter spécifiquement certains pixels ou certaines colonnes ou certaines lignes. Un pixel chaud intense, saturant l'image, est impossible à traiter par exemple. Iris peut effectuer un traitement spécifique pour pixel, on dit un traitement cosmétique. En l'espèce le mauvais pixel est remplacé dans l'image prétraitée par la valeur des pixels adjacent.

Les parties de l'image qui doivent subir une traitement cosmétique sont indiquée dans un fichier texte, dit cosmétique. Voici le contenu caractéristique d'un tel fichier :

P 120 310 
P 9 501 
P 232 140 
L 100 0 
C 20 0

Les coordonnées des pixels déviants sont précédés de la lettre P. Ils sont ici situés aux coordonnées (120.310), (0.501), (232, 140). La ligne 100 est considérée comme mauvaise, ainsi que la colonne 20. Les colonnes et lignes indiquées dans le fichier cosmétique sont remplacée par les colonnes et lignes adjacentes. Le nom du fichier cosmétique doit obligatoirement complété par l'extension .lst. Par exemple le nom du fichier cosme.lst est valide.

Iris peut détecter plus ou moins automatiquement les points chauds d'une image et écrire le fichier cosmétique automatiquement avec ces informations.  La commande pour cela est FIND_HOT. (uniquement en mode console). Elle est réellement très pratique. Chargez l'image maître du signal d'obscurité ::

>LOAD DARK

puis

>FIND_HOT COSME 1000

Dans cet exemple, tous les pixels qui ont une intensité supérieure au seuil de 1000 sont marqués comme des pixels déviant dans le fichier cosme.lst. Iris trouve ici 38 pixels chauds qui ont cette caractéristique, ce qui n'est aberrant pour le type d'image traitée.

Vous avez bien sur la liberté du nom pour le fichier cosmétique, par exemple pour le nom bad.lst, faire :

>FIND_HOT BAD 1000

Essayer diversent valeurs pour le seuil. Le nombre de pixels chauds à comptabilisé dépend de la taille du capteur, de sa technologie, de la température... Par exemple, avec des détecteurs tel que ceux qui équipent les appareils photo numériques reflex, de grande taille, le nombre de pixel chauds marqués optimal peut dépasser la centaine (ce qui ne représente qu'une petite fraction de la surface du capteur). Le contenu du fichier cosmétique est relativement stable pour un capteur donné, mais il ne faut pas oublier de rafraîchir ces valeurs de temps à autres.

Pour prendre en compte le fichier cosmétique durant le prétraitement, il suffit d'indiquer le nom du fichier dans le champ correspondant de la boite de dialogue. Par exemple :

La boite de dialogue d'optimisation du noir accepte aussi un fichier cosmétique. Les pixels marqués ne sont pas alors utilisés lors du calcul du coefficient optimal.

Il est toujours possible d'effectuer la correction cosmétique en dehors d'un traitement automatique et sur une image individuelle en utilisant la commande COSME. Le paramètre de cette commande est le nom du fichier cosmétique et le traitement s'applique à l'image en mémoire. Par exemple si le fichier cosmétique à pour nom cosme.lst on fera :

>COSME COSME

et le nom du fichier est bad.lst

>COSME BAD

Vous pouvez appliquer la correction cosmétique à une séquence d'images. Ouvrir la boite de dialogue Correction cosmétique du menu Prétraitement, puis faire par exemple :

La calcul s'applique à la séquence d'images I1, I2, I3. Le résultat est une séquence de même nom (les images de la séquence initiale sont remplacées). Vous pouvez aussi faire depuis la console :

>COSME2 I I COSME 3

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