Acquisition et traitement d'images Webcam planétaires : repères pratiques
par Philippe Morel,
Société Astronomique de France
- Exposé donné à l'Association "Ciel Montbéliard...
...le 22 décembre 2003 -
Traiter n'est pas sauver et toute l'information échappant aux images élémentaires ne peut être restituée par le traitement. Ce dernier peut à l'inverse " créer " des détails irréels s'il est utilisé avec trop de puissance ou de manière inadaptée.
Il faut donc traiter peu mais bien, et pour traiter peu, le secret du succès consiste à optimiser tout ce qui est placé en amont du traitement.
A quel moment tenter sa chance ?
Ne pas essayer si :
1) le télescope est décollimaté,
2) les étoiles scintillent à la hauteur de l'objet à viser,
3) le télescope n'est pas à température.
Collimation
1) La vérifier avant de faire la mise-au-point avant chaque série d'avi réalisée après changement d'inclinaison du tube du télescope.
2) Ne pas la considérer comme constante durant une même nuit.
3) Si SC : ne pas toucher à la molette de mise-au-point d'origine après collimation. Faire la mise-au-point en faisant coulisser la caméra ou au moyen d'un porte-oculaire à cabestan installé à la sortie Cassegrain.
4) Peut être réalisée avec la webcam sur une étoile de mag = 4 placée à une hauteur voisine de celle de la planète visée.
5) Plus le rapport F/D est faible et plus le télescope est difficile à collimater.
6) La tolérance de collimation ne dépend pas du diamètre mais seulement du rapport F/D :
- 10 ,9 mm à F/D = 10,
- 5,6 mm à F/D = 8,
- 2,4 mm à F/D = 6,
- 1,4 mm à F/D = 5,
- 0,7 mm à F/D = 4,
- 0,3 mm à F/D = 3.
Echantillonnage
L'échantillonnage doit idéalement se faire à 3 fois le pouvoir séparateur : cela donne, quel que soit le diamètre de l'optique :
Il faut donc déterminer, pour une dimension p de pixel, un coefficient d'échantillonnage e, (e = 3 si on veut échantillonner à 3 fois la résolution théorique de l'instrument), une longueur d'onde de la lumière
l , et un diamètre d'objectif D donnés le rapport F /D à utiliser :F/D = p x e / (1,037 x
l )Ce qui donne :
F/D = 38 en lumière rouge,
F/D = 52 en lumière jaune,
F/D = 71 en lumière bleue,
…pour des pixels de 9,8 microns de côté (cas de la Vesta Pro et de la To U Cam Pro) et e = 3.
Mise-au-point
1) La tolérance de mise-au-point diminue avec le rapport F/D.
La tolérance de mise-au-point TMAP évolue à l'inverse du carré du rapport F/D : donc plus le rapport F/D diminue moins cette tolérance est grande. Elle dépend aussi de la longueur d'onde de la lumière
l :TMAP = 2 x
l x (F/D)²
Ce qui donne :
1,6mm à F/D = 38,
3mm à F/D = 52,
5,6mm à F/D = 71,
2) La mise-au-point doit être si possible réalisée sur une étoile proche de la planète visée et suffisamment brillante
L'acquisition
Plusieurs réglages sont nécessaires avant le début de l'acquisition :
1) La taille de l'image :
Toujours penser à la régler en 640 X 480.
2) la cadence d'images :
La cadence d'image ne doit pas dépasser 15 images / seconde car au-delà, elles peuvent être rejetées (Vesta-Pro) ou comprimées (To U Cam Pro).
3) La durée de l'avi :
Pour une planète en rotation rapide, la durée de l'avi T est conditionnée par le diamètre du télescope D, par la longueur d'onde l
de la lumière, par la période de révolution p de la planète sur elle-même, par son diamètre d et par la distance t séparant la Terre de la planète visée. T = p x (1,037 x l
/ D) x t / (pi x d)
- Si p = 1477 min,
- Si l = 0,0004 mm (lumière bleue),
- Si D = 400 mm,
- Si t = 56000000 km,
- Si d = 6794 km…
…cela donnait pour la planète Mars en août dernier : T = 4 min, soit, à 10 images / seconde, un maximum de 2400 images par séquence.
4) La balance des blancs :
Le mieux est de la laisser se régler automatiquement.
5) Le gain :
Doit être réglé à 60 % pour la Vesta Pro et 70 % pour la To U Cam Pro.
6) L'exposition :
La régler en dernier et choisir le meilleur temps de pose, à savoir, celui qui ne sature aucune zone de l'image et qui limite le plus possible les zones de sous exposition .
Webcam couleur ou noir et blanc ?
Hors des expériences tentées avec succès par les plus mordus de la webcam la question devient d'actualité avec la sortie récente d'une webcam longue pose à usage astronomique avec capteur noir et blanc et module de refroidissement. Fabriquée par la firme portugaise " Perseu " cette webcam possède de plus deux diamètres d'entrée : 31,75mm et 42mm à vis, en faisant un outil particulièrement bien adapté aux contraintes des amateurs.
L'avantage décisif des capteurs noir et blanc se trouve beaucoup plus dans sa grande sensibilité dans l'orangé et le rouge que dans le gain en résolution, acquis indirectement par des temps de pose plus courts. La webcam noir et blanc est très performante dans la réalisation d'images de luminance(L).
Quand on peut faire des acquisitions avec deux webcam, une couleur et une noir et blanc, l'acquisition RVB des couleurs peut être associée à l'acquisition L de la webcam noir et blanc, permettant un traitement LRVB facile.
Filtre ou pas filtre ?
Tout comme en photographie argentique mais beaucoup plus facilement, il est possible de réaliser des images en trichromie avec une webcam couleur ou noir et blanc. Il faut pour cela acquérir trois séquences d'images avec les filtres bleu puis vert puis rouge appropriés en sachant que les temps de pose nécéssaires à la bonne exposition des images des trois séries sera différent.
L'essentiel est surtout de penser, quelle que soit la prise de vue planétaire, à apposer un filtre rejet d'infra rouge ; la fortes sensibilité des capteurs des webcams à cette longueur d'onde ayant tendance à parasiter la couche bleue, la plus difficile à acquérir.
Registax ou comment débuter facilement en traitement d'images planétaires ?
Registration et compositage
Page d'ouverture de Registax après sélection de l'avi.
Réglage de la transformée de Fourrier pour optimisation du compositage.
"FFT filter" doit être réglé aux environs de 40 et"Quality estimate" entre 10 et 20. On doit obtenir sur la figure un petit point rouge central.
"Lower Quality" fixe le nombre d'images acceptées pour le compositage en fonction du citère de qualité apprécié par la transformée de Fourrier. Le choisir entre 80 % et 95 %.
Réglage de la transformée de Fourrier pour optimisation du compositage.
Dans cet exemple : 95 %
Même image après sauvegarde : compositage de 182 images élémentaires avec bonne FFT
Même image après sauvegarde : compositage de 182 images élémentaires avec mauvaise FFT
Graphe de cette mauvaise FFT
Regitax permet aussi la réalisation de flats
Le Flat permet l'élimination des défauts dus aux poussières sur le capteur et aux réflexions parasites dans l'optique. On peut aussi le réaliser en plaçant un plastique blanc translucide devant l'ouverture de l'optique et en faisant de la sorte plusieurs images avec les mêmes caractéristiques que les avi destinés à la prise de vue.
Les images obtenues seront mises en pile moyenne (sous Iris)et chaque image retenue sera divisée par le flat.
Pour y échapper il suffit de laisser légèrement dériver le sujet durant l'avi.
Traitement par ondelettes
Le traitement par ondelettes permet de renforcer par niveau de flou les différentes composantes de l'image.
Les ondelettes de grade 1 renforcent les plus fins détails...mais aussi le bruit de fond et plus on monte en grade et plus on traite le flou.
Effet des ondelettes :
Ondelette de niveau 1 poussée à 50
Ondelette de niveau 2 poussée à 50
Ondelette de niveau 3 poussée à 50
Ondelette de niveau 4 poussée à 50
Ondelette de niveau 5 poussée à 50
Ondelette de niveau 6 poussée à 50
Mieux vaut donc en user avec parcimonie. Les niveaux 2 et 3 sont les plus utilisés mais selon le cas, un niveau 1 léger peut rendre service.
Ondelette de niveau 1 seule poussée à 14
Ondelette de niveau 2 seule poussée à 8,2
Ondelette de niveau 2 seule poussée à 8,2 sur mauvaise FFT
A gauche : ondelette de niveau 2 seule poussée à 8,2 sur bonne FFT et sur mauvaise FFT à droite.
Traitements intriqués et colorisation
Ondelette de niveau 2 seule poussée à 8,2 sur 4 compositages du même avi, à 98 %, 95 %, 80 % et 70 %. Lissage de l'image finale sous Neat Image et colorisation sous Photoshop.
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