L'astrophotographie justement travaille dans des conditions très difficiles : hauts contrastes ou au contraire très faibles contrastes et pratiquement aucune lumière, de l'ordre de 10^-6 lux ou un million de fois moins que la pleine Lune quand il s'agit d'étoiles de magnitude 5. Quant à la photographie des petites galaxies pâles, les conditions sont encore plus sévères. 

De façon générale, quelles sont les contraintes de l'astrophotographie numérique ? Cette technique de prise de vue requiert des capteurs très sensibles, réagissant rapidement, si possible de grande taille pour couvrir un champ étendu, de la très haute résolution et donc des pixels de petites tailles (10 microns max.) et un système générant le moins possible de bruit électronique ou d'effets de bord (blooming, etc) pour préserver l'information. Il doit supporter des temps de poses instantanés à plusieurs heures si nécessaire. La mise au point doit être très précise et le système doit pouvoir exploiter un système de filtres pour les prises de vue RGB, un système de refroidissement du capteur et se piloter depuis un ordinateur par une prise USB ou série. Il doit évidemment se raccorder à un télescope, en tenant éventuellement compte d'un système oculaire.

Aujourd'hui seules les caméras CCD dédiées à l'astrophotographie répondent à ce cahier des charges. Elles ont été fabriquées dans ce but. Par conséquent, a priori les APN compacts et réflex n'ayant pas été fabriqués dans cette perspective, on doit s'attendre à rencontrer leurs limites en astrophotographie. Mais d'un autre côté les APN utilsient également des capteurs CCD ou CMOS... N'y aurait-il certains domaines où peuvent malgré tout excéller ? C'est ce que nous allons essayer de déterminer.

Voyons tout d'abord comment les APN compacts répondent à ce cahier des charges, nous verrons en deuxième partie les performances des APN réflex.

La plupart des APN compacts Canon (PowerShot), Olympus (Camedia) et autre Nikon (Coolpix) ne sont pas vraiment adaptés à l'astrophotographie. Leur latitude de pose est insuffisante pour photographier le ciel profond (15 à 60 sec pour les poses les plus longues), les optiques sont généralement solidaires, elles disposent d'un zoom autofocus non débrayable et la majorité des autres fonctions automatiques ou d'assistance ne sont pas débrayables non plus. Néanmoins les images qui suivent vous démontreront qu'avec un peu de patience et beaucoup de savoir-faire, des amateurs ont pu obtenir d'excellents résultats, il est vrai avec quelques modèles d'APN compacts bien particuliers et aucun autre. Le problème vient essentiellement du mode d'exposition et de la sensibilité du capteur photosensible.

Le bruit électronique

Dans les meilleurs cas, le mode d'exposition manuel des APN compacts (non réflex) est limité à 30 secondes alors qu'il faudrait atteindre plusieurs dizaines de minutes pour photographier le ciel profond. Heureusement les APN réflex n'ont pas ce problème et proposent pratiquement tous une pose B et un miroir réflex verrouillable en position relevée.

Mais leur principal inconvénient réside dans le fait que ces appareils numériques présentent un courant d'obscurité généré par les électrons durant les longues expositions. Ces électrons sont également enregistrés par le détecteur CCD et parasitent les images, même en l'absence totale de lumière... Le problème est accentué avec la technologie CMOS.

Ces quatre images sont exceptionnelles dans leur catégorie. Il s'agit de compositages réalisés par Johannes Schedler avec un boîtier Nikon Coolpix 995 (2048 x 1536 pixels) sensibilisé à 400 ISO, fixé sur un Celestron 11 équipé d'un oculaire Pentax XL de 40 mm. Des images brutes a été soustraite l'image du courant d'obscurité tandis que le compositage résultant a été corrigé sous Photoshop pour la balance des couleurs, le contraste et la netteté. En haut à gauche le Trapèze d'Orion à 50% du mode télé, 5 images de 8 sec. A droite M57 mode zoom, 5x60 sec. En-dessous à gauche M42 et M43, mode wide, une seule image exposée 60 sec. A droite M31 photographiée en mode wide, pose de 3x 60 sec.

Une façon de réduire ces parasites induits par le courant d'obscurité ou la chaleur est de refroidir le capteur CCD sous 0°C mais aucun appareil de cette catégorie n'en est équipé. Cela signifie que toute photographie d'une scène nocturne et en particulier des constellations ou des objets du ciel profond prolongée au-delà de quelque 15 sec pour une sensibilité de 200 ISO présentera du grain et parfois une trame en raison du bruit électronique engendré par l'appareil et par la température ambiante, surtout en été. 

La seule méthode qui permet de supprimer ces désagréables parasites est de compositer plusieurs images du même sujet pour diminuer le "bruit de fond" qui est aléatoire et augmenter le rapport signal/bruit. Néanmois ce bruit de fond présente un profil pratiquement constant sur les CCD et plus encore sur les CMOS, laissant leur emprunte telle une trame sur les photographies. Si on peut la supprimer par traitement d'image, ce ne serait pas encore suffisant car l'essentiel du courant d'obscurité est enregistré dans chaque image brute et il doit être supprimé à la source.

Pour cela il faut photographier une image noire afin de n'enregistrer que le bruit électronique et thermique de l'appareil digital, ce qu'on appelle à juste titre le courant d'obscurité. Le but est d'enregistrer ce signal pour le supprimer ensuite des images astronomiques. 

A gauche une image brute d'un ciel hivernal photographié avec un appareil Nikon Coolpix 800. L'image est tramée, traversée par de désagréables bandes verticales et présente une dominante. A l'extrême droite une image de la même région du ciel de laquelle Richard Taylor a retiré l'image noire, la "dark frame" du courant d'obscurité, en utilisant un logiciel de traitement d'image. L'image n'a subit aucun autre traitement mais confirme déjà que les appareils numériques judicieusement exploités peuvent donner des résultats excellents auxquels ne s'attend peut-être pas l'amateur occasionnel, l'image du Trapèze d'Orion en apportant la preuve.

En d'autre terme si vous désirez photographier une nébuleuse, faites une photo instantanée avec le couvercle placé sur l'objectif ou sur l'ouverture du télescope puis, sur votre ordinateur, retirez cette image de vos images brutes et vous découvrirez combien la qualité c'est améliorée. Si de plus vous avez les outils et les compétences nécessaires pour compositer plusieurs images corrigées de la sorte, vous pourrez rivaliser avec les amateurs dont les images figurent dans ces pages...

Dans sa catégorie de prix et de performances, le Nikon Coolpix 995 présente un gros avantage. Commercialisé en 2001, cet appareil digital présente une résolution de 3 Mpixels, suffisante pour réaliser des agrandissements jusqu'au format 30x40 cm voire légèrement supérieur par traitement d'image. Il dispose, outre d'une pose B qui s'étend jusqu'à 60 secondes, d'une fonction "NR" (noise reduction) permettant de retirer automatiquement l'image noire des photographies numériques sans devoir passer par l'intermédiaire d'un logiciel de traitement d'image. Il bénéficie aussi d'une fonction permettant d'accentuer la netteté des images. A l'inverse des appareils bas de gamme, l'objectif dispose également d'un filetage au diamètre de 28 mm permettant de le fixer sur la bague du porte-oculaire d'un télescope. Si vous ne trouvez pas ce genre de bague chez votre marchand habituel contacter William-Optics ou des revendeurs spécialisés tel Scopetronix aux Etats-Unis ou L'Astronome en France.

Enfin, ainsi que nous l'avons évoqué, le capteur CCD ou CMOS est également sensible à la température ambiante. En hiver si une pose de 60 sec est tolérée par le capteur du Nikon Coolpix 995, en été, par une température extérieure de 20°C, si vous désactivez la fonction NR vous ne pourrez pas dépasser 10 sec, et c'est vraiment un maximum. Au-delà le bruit électronique devient trop important et dégrade vos images, les transformant en paysages pointillistes parsemés de points rouges et verts inesthétiques comme le démontrent les deux séries d'images présentées ci-dessous. Alors imaginez ce que cela donnerait sur une constellation mille fois plus pâle : une "étoile" sur deux serait un parasite !

Ci-dessus deux images du même sujet réalisées avec le Nikon Coolpix 995 dont la fonction NR a été déactivée. A gauche par une température ambiante de 20°C, à droite par une température de 10°C. Sur cette dernière image le bruit électronique a considérablement diminué dans les zones sombres. Conclusion : photographier le ciel étoilé durant l'hiver ! Ci-dessous deux images prises par une température ambiante de 9°C, 400 ISO, pose de 60 sec en mode "wide". A gauche la fonction NR est activée, à droite la fonction NR est désactivée et l'image noire a été retirée manuellement sous Photoshop; l'image présente une meilleure résolution. Documents Johannes Schedler.

D'un autre côté la désactivation de la fonction NR peut présenter un avantage. Si le "grain" ou plutôt le bruit électronique du capteur CCD ou CMOS est plus apparent, l'image gagne paradoxalement en détails dans les faibles lumières. C'est surtout visible lorsque vous agrandissez les images. Il y a donc un compromis à trouver entre le temps de pose et la résolution en fonction de la luminosité du sujet que vous photographiez.

Le mode zoom et l'exposition manuelle

Faut-il ou non utiliser le zoom souvent incorporé aux APN compacts et doit-on se fier au mode d'exposition automatique ou passer en mode manuel ?

Avant de répondre, il va de soi que la prise de vue s'effectue dans de bonnes conditions, le boîtier numérique étant solidaire de la lunette ou du télescope (bague universelle, etc). A défaut, si vous devez tenir l'APN à main levée à proximité de la lentille frontale de l'oculaire, étant donné que votre appareil ne dispose pas d'une visée réflex, vous ne saurez jamais si l'appareil est bien dans l'axe optique et s'il effectue correctement la mise au point. Vous ne le saurez qu'en regardant l'image apparaître furtivement sur l'écran TFT ou LCD en fonction de vos ajustements improvisés. Il va sans dire que cette technique relève du pur amateurisme et ne peut mener à aucun bon résultat. Travaillez dès que possible avec des raccords photographiques adaptés à votre APN ainsi qu'à votre lunette ou télescope.

A consulter : Bagues T et tubes allonges

Concernant l'exposition, Sur le terrain, l'écran TFT ou LCD de votre APN parlera de lui-même : hormis les problèmes de la mise au point et du bougé éventuel, soit la prise de vue sera bonne soit tout simplement sous-exposée d'un ou plusieurs f-stops. Le mieux pour éviter toute surprise est encore de passer en mode manuel et de choisir soi-même la durée d'exposition et l'ouverture du diaphramme, par exemple 1/4 sec à f/5 pour 100 ISO pour photographier Jupiter ou 1/500^eme à f/8 dans le cas du Soleil et d'observer le résultat en temps réel sur l'écran de l'APN puis de corriger la prise de vue en conséquence. Cela vous permettra de prendre des photographies uniquement lorsque la prise de vue sera correcte. Si votre appareil accepte des photographies en rafale (plusieurs prises de vues par seconde), tentez l'expérience afin de compositer par la suite les meilleures d'entre elles.

Il ne faut pas oublier que les images astronomiques vues à l'oculaire ne présentent pas nécessairement la même taille que celles enregistrées par le capteur CCD ou CMOS. La plupart des APN compacts utilisent un objectif zoom qui, en position grand angulaire dite "wide" donnera une image planétaire à peine plus grande qu'une tête d'épingle, qui ne couvra que quelques pixels sur l'écran LCD. Impossible dans ces conditions d'obtenir une image en haute résolution. 

Jupiter et la Grande tache rouge photographié les 2 et 29 novembre 2001 par Eric Ng depuis Hong Kong. Il utilisa une lunette Takahashi FS de 128 mm (5") sur une monture ATLux (gauche) et un télescope SC Meade de 10" f/24 (droite). L'ouverture deux fois plus grande du télescope révèle comme on pouvait s'y attendre beaucoup plus de détails. Ces images ont été enregistrées avec un boîtier numérique Nikon Coolpix 995 (2048 x 1536 pixels) muni d'un objectif de 26.7 mm de focale, pose 1/4 sec, 100 ISO. Ces images sont respectivement constituées de 23 et 18 images brutes, fonction NR désactivée, assemblées avec le logiciel Astrostack. Les images individuelles ont été traitées avec un masque flou et ont subi un équilibrage des couleurs et du contraste. A gauche une aurore photographiée le 11 avril 2001 depuis le NO de l'Allemagne par Stefan Stumpf avec un appareil numérique Olympus C2020Z équipé d'un objectif de 18 mm f/2 avec convertisseur. Pose de 16 sec pour une sensibilité de 400 ISO. L'image de droite a été prise le 20 mars 2001 depuis Fairbanks en Alaska par A.Clay au moyen d'un appareil numérique Sony DSC S70, sensibilité de 100 ISO. Pose de 8 sec

Pour les sujets planétaires vous devez utiliser le zoom incorporé. Il vous évite également d'avoir du vignettage. Seul problème, si le sujet ne reste pas au centre de l'image, l'autofocus va s'ajuster en permanence et vous allez perdre beaucoup de temps entre chaque image. Si vous avez la possibilité de le débrancher, faites-le et effectuez la mise au point manuellement. 

Ne dépassez pas les limites du zoom optique (3-5x). En effet, bien que le zoom numérique grossisse généralement 10x, le gain se paie par une dégradation des images car le zoom numérique effectue une interpolation des pixels manquantes ce qui produit des images floues. L'emploi du zoom optique vous permettra par exemple d'enregistrer une planète de 48" comme Jupiter sur un bon quart, voire la moitié de votre écran LCD en fonction du grossissement de votre système optique. Si vous avez choisi le format d'image offrant la plus haute résolution, vous pouvez espérer obtenir des tirages de qualité.

A défaut de disposer d'un mode manuel ou si vous risquez de tomber dans des vitesses d'obturation trop lentes où il y a un risque de bougé ou une perte de détails en raison de la turbulence, vous pouvez augmenter la sensibilité, tout en sachant qu'à partir de 400 ISO l'image risque de présenter du "grain", et ce grain ci ne peut pas être réduit par logiciel sauf en compositant plusieurs dizaines voire des centaines images.

A gauche, photographie non retouchée du premier quartier de Lune (à agrandir) réalisée par Robert Berta avec une caméra Sony Cyber Shot DCS-P1 (2048 x 1536 pixels) fixée au foyer d'une lunette Skywatcher de 150mm d'ouverture. A droite, Jupiter et son satellite Europe photographiés avec une Quickcam VC de Logitech (320 x 240 pixels) fixée au foyer d'un télescope Meade ETX90 et Barlow 2x (f/27). Image retouchée par Thierry Lambert. Photographies de Copernic et Clavius réalisées par Arpad Kovacsy avec un appareil numérique Nikon Coolpix 950 (1600x1200 pixels) fixé au foyer d'une lunette achromatique Celestron CR150HD de 150 mm d'ouverture équipée d'un oculaire UO Ortho de 12.5 mm et d'une Barlow Orion 2x.

La fonction de réduction du bruit est malheureusement trop rarement implémentée dans les APN et vous devrez souvent procéder manuellement pour supprimer ce bruit électronique : créer une image noire, la supprimer ensuite des prises de vue par traitement d'image, etc. Le travail est assez fastidieux. En revanche, si vous ne photographiez que des astres relativement brillants en haute résolution, vous pouvez vous passer de la réduction du bruit. 

Voyons justement les avantages et les inconvénients des APN réflex.

2eme partie

Les APN réflex