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Correction de la turbulence atmosphérique

Le morphing n'est pas seulement une technique permettant de réaliser des effets spéciaux artistiques en imagerie numérique. Le morphing a des applications pour corriger les distortions produites par les optiques, l'interpolation du mouvement des objets ou encore traiter les déformations de l'image causées par la turbulence atmosphérique. C'est cette dernière application que traite la commande DISTOR (mais elle est utilisable pour résoudre un problème de distortion lors de la prise de vue avec de optiques grand-champ).

L'objectif est de re-échantillonner l'image à traiter relativement à une image de référence de manière à réduire au minimum les différences géométriques entre-elles. Les distortions de la turbulence sont alors corrigée (partiellement seulement, malheureusement !). Si vous additionnez les deux images (ou plusieurs images traitées de la même manière, mais toujours par rapport à la même image de référence), le traitement est susceptible d'améliorer un peu la résolution. La syntaxe de DISTOR est :

DISTOR [NAME1] [NAME2] [ORDER]

• [NAME1] est le nom de l'image sur le disque qui va servir de référence.
• [NAME2] est le nom de l'image qui va être re-échantillonner au mieux pour épouser l'image de référence.
• [ORDER] est l'ordre d'un jeu de polynômes qui sont les équations de la transformation mathématique. On peut choisir une valeur entre 1 et 5.  Avec un polynôme d'ordre 1 la déformation de l'image est minimale et la correction toujours faible. Avec un degré 5 la correction est plus fine, mais elle demande plus d'attention quand au nombres de points de références choisi (voir plus loin). Une valeur entre 3 et 4 est généralement un bon choix. Noter que DISTOR utilise une procédure itérative qui élimine les points d'amer d'aberrants ou peux précis entres les deux images.

Avant de lancer DISTOR il est nécessaire de définir des points d'amer intéractivement avec la souris. C'est autour de ces points que Iris  va déterminer les paramètres de l'équation permettant de superposer au mieux les images. Si possible, les points doivent être choisis dans des zones bien contrastées : limite entre le jour et la nuit, dans des cratères lunaire, sur le limbe, ...). La correction géométrique n'est correcte que dans une région de l'image où les pointages ont été fait. En dehors de cette zone, le logiciel extrapole l'image, et plus rien n'est garanti.

ETAPE 1
En premier, vous devez register avec une bonne précision (c'est une registration moyenne précision en raison des distortions produites par la turbulence). Vous pouvez utiliser pour cela les commandes PREGISTER, CREGISTER (applications planétaires) ou REGISTER, REGISTER2, COREGISTER, ... (applications ciel-profond).

Pour le traitement d'un détail de la surface lunaire qui va nous servir d'exemple nous disposons d'une séquence de 72 images acquises avec une Webcam (ToUcam Philips et télescope Celestron 8). Les images ont pour nom MOON1... MOON72. On isole une aire bien contrastée de l'image avec la souris, puis on tape la commande suivante pour effectuer la registration :

>PREGISTER MOON I 256 72

ETAPE 2
Selectionner des points d'amer dans l'image de référence (MOON1 dans notre exemple). A partir de ces points Iris va ajuster par la méthode des moindres carré un jeu de polynôme minimisant la distortion entre les images MOON2, MOON3, ... par rapport à l'image MOON1.

Pour activer la sélection, cocher l'option Sélection d'objets du menu Analyse :

Le pointeur de souris ce transforme en une symbole de cible. Vous pouvez pointer à présent des zones de l'image, mais bien ce rappeler quelles doivent correspondre à des détails contrastés pour que la procédure fonctionne. Essayer aussi, si possible, de répartir uniformément ces points sur l'ensemble de l'image (ou décrivez le contour d'un limbe planétaire par exemple) :

Vous pouvez définir jusqu'à 100 points, mais attention, plus il y a de points, plus le temps de calcul augmente.

Si vous voulez, vous pouvez à ce stade décocher l'option Sélection objets du menu Analyse. Cela rendra l'aspect normal au pointeur de souris.

ETAPE 3
Calculer les polynômes de transformation et appliquer la transformation. Par exemple entre l'image 1 et l'image 9, et en choisissant des polynômes de degré 4, vous ferez :

>DISTOR I1 I9 4

L'image en mémoire est alors l'image I9 re-échantillonnée. Vous pouvez la sauvegarder sur le disque :

>SAVE R9

Pour contrôler le calcul vous pouvez soustraire l'image de référence et l'image traitée :

>LOAD I1
>SUB R9 5000
>VISU 5100 4900

Normalement le résultat doit être très proche du niveau 5000 sur l'ensemble de l'image, en tout cas plus que si vous faite I1-I9 (soustraction des images simplement registrées).

Il est possible de traiter une séquence complète avec la seule commande DISTOR2 :

DISTOR2  [NOM1]  [NOM2]  [ORDER]  [NUMBER]

Le paramètre [NUMBER] est le nombre d'images dans la séquence à traiter. Dans notre exemple :

>DISTOR2  MOON  R  4  72

L'image de référence est MOON1. Les images R2...R72 sont corrigé de la distortion atmosphérique (dans la mesure où les points sélectionnés et le contraste des images le permet).

Il est toujours possible d'interrompre le traitement en cliquant sur le bouton rouge de la barre d'outils.

ETAPE 4
Vous pouvez à présent additionner les images traitées :

>ADD_NORM R 72

ou encore sélectionner avant les 10 meilleures images :

>BESTOF R 72
>SELECT R T
>ADD_NORM T 10

  
A gauche, une registration standard. L'agitation atmosphérique produit un flou important. A droite, ces mêmes images après le traitement avec DISTOR.

L'animation ci-après montre de manière dynamique l'effet de la turbulence atmosphérique. A gauche, la séquence originale. A droite, la même séquence traitée avec la commande DISTOR2 . La correction de la turbulence n'est que partielle, mais déjà significative.

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