Premiers pas avec une Webcam

Mes premières armes avec une webcam ont été effectuées dans la soirée du 2 novembre 2001. Ces premiers essais, plutôt prometteurs, ont été malheureusement interrompus vers 22h45 TU par un dépôt de buée. La turbulence (la prochaine fois j'essaierai une acquisition sur une étoile pour en faire une mesure précise) a présenté une sévère limitation à la qualité des images obtenues. Toutefois, une webcam grâce à des poses courtes et une cadence d'acquisition élevée constitue la parade la plus efficace : un temps de pose court permet de filtrer la composante long terme de la turbulence tandis que la sélection des clichés permet de réduire au maximum les effets des composantes court et moyen terme, à condition cependant d'en conserver un nombre suffisant pour maintenir un bon rapport signal/bruit.

L'instrument utilisé est un Maksutov-Cassegrain Intes-Micro de 150 mm sur une monture Vixen GP-DX, porté à F/D 31 par une lentille de Barlow. La webcam utilisée est une Philips ToUcam Pro : la commande de luminosité a été poussée au maximum tandis que la commande de gain a été placée sur le minimum, mais je n'ai pas encore déterminé sur quelles fonctions de la caméra agissent ces commandes et en conséquence leur réglage optimal.

Les séries d'images acquises lors de ces premiers essais sont présentées après traitement avec le logiciel Registax 2. Ce logiciel permet d'automatiser la tâche de sélection des images, ce qui apporte un gain de temps considérable et un peu de rigueur dans une démarche jusqu'ici pour le moins subjective. L'application d'un filtre ondelettes (banque de filtres) est également une réelle amélioration par rapport à un traitement par masque flou (filtre unique).


Jupiter le 2 novembre 2001 à 22h26 TU
compositage de 101 images parmi 913


Saturne le 2 novembre 2001 à 22h15 TU
compositage de 101 images parmi 870


Sur l'image de Saturne, la division de Cassini est aisément discernable ainsi qu' une bande nuageuse. Sur l'image de Jupiter, on distingue sur la droite la Bande Tropicale Nord ainsi que la Grande Tache Rouge. C'est relativement décevant car on s'attend à beaucoup mieux avec 15 centimètres de diamètre, mais la turbulence déjà élevée sur Saturne était encore plus importante sur Jupiter, plus basse sur l'horizon, à tel point que le disque Jupiter présentait par moment des déformations géométriques même avec des poses aussi courtes que 1/33 seconde. Ces premières images ont au moins le mérite de montrer que l'on arrive déjà à des résultats encourageants même en faisant un peu n'importe quoi.


Optimisation du montage optique avec une Webcam ToUcam Pro

Le capteur de la webcam est une matrice CCD de 320 x 240 pixels couleur carrés de 11,2 µm de côté. Chaque pixel est constitué de 4 photosites : 1 photosite rouge dont la réponse est maximale à 625 nm, 2 photosites verts dont la réponse est maximale à 535 nm et 1 photosite bleu dont la réponse est maximale à 465 nm.

Le rapport d'ouverture à utiliser pour éviter les repliements spectraux à 535 nm est de 42. Dans ce cas, la matrice permet de couvrir un champ de 117 arcsec par 88 arcsec pour un instrument de 15 centimètres de diamètre, chaque pixel mesurant alors 0,367 arcsec. L'emploi d'un amplificateur de focale à une ou deux lentilles de Barlow permet d'atteindre de tels rapports d'ouverture à partir d'instruments ouverts classiquement entre 7 et 12. La littérature astronomique décrit abondamment l'utilisation des lentilles de Barlow sur laquelle je ne reviendrai donc pas.

Les 2 difficultés à résoudre avant toute chose sont :

J'ai pu constater, au cours de mes premiers essais en CCD, que l'on pouvait perdre beaucoup de temps lors ces 2 opérations. Ceci est d'autant plus vrai que les rapports d'ouverture utilisés sont élevés et les matrices CCD, en général, de petite taille. La seule solution pour échapper à une longue et fastidieuse opération de réglage au début de chaque séance d'observation est d'utiliser un montage optique préalablement étalonné, permettant le pointage et la mise au point en visuel.

Le montage employé consiste en un miroir basculant (flip-mirror) intercalé entre le tube optique et l'amplificateur de focale. Le pointage et la mise au point de l'image s'effectuent donc à l'aide d'un oculaire guide, une fois l'ensemble réglé. Dans mon cas particulier (voir figure suivante), j'ai choisi de faire précéder le miroir basculant d'un porte-oculaire électrique à réglage micrométrique. L'allongement de la focale est réalisé à l'aide d'une Barlow 3X poussée à 4,1X. Le grossissement de 120 offert par l'oculaire guide est un bon compromis entre le champ couvert (960 arcsec) et la qualité de synchronisation de la mise au point entre l'oculaire guide et le capteur CCD. Le système de réglage du miroir basculant permet la correspondance de l'image visualisée à l'oculaire guide avec l'image projetée sur le capteur CCD.


Montage CCD


Le porte-oculaire micrométrique permet le positionnement du bloc miroir basculant - Barlow - caméra et surtout la mesure de ce positionnement à 10 µm près : c'est un outil particulièrement puissant et confortable (quand il n'est pas en panne) pour réaliser la mise au point des images. La courbe suivante montre que pour un instrument de rapport d'ouverture 10, il faut une précision de mise au point meilleure que +/- 50 µm pour prétendre exploiter toute la puissance de l'instrument.


Précision de positionnement du plan focal en fonction du rapport d'ouverture


L'opposition martienne de 2003

Le montage optique précédent a été utilisé pour les 2 tentatives suivantes en 2003. L'instrument utilisé est toujours un Maksutov-Cassegrain Intes-Micro de 150 mm sur une monture Vixen GP-DX, porté cette fois-ci à F/D 41 par une lentille de Barlow. La webcam utilisée est une Philips ToUcam Pro : la commande de luminosité a été poussée au maximum tandis que la commande de gain a été placée sur le minimum. Le compositage et le traitement d'image ont été réalisés avec Registax 2. Toutes les images ont été acquises en présence d'une turbulence atmosphérique relativement élevée (seeing estimé à 2 arcsec – enfin, j'ai déjà vu beaucoup mieux).


Mars le 1 août 2003 à 1h31 TU
Senouillac (Tarn)
compositage de 208 images + ondelettes



Mars le 17 août 2003 à 1h20 TU
Brest
compositage de 200 images + ondelettes



Piccolomini le 17 août 2003 à 1h41 TU
Brest
compositage de 60 images + ondelettes



Fracastor le 17 août 2003 à 1h32 TU
Brest
compositage de 60 images + ondelettes