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astronomy
Traitement des spectrohéliogrammes

 

Spectrohéliogramme Hα

D'une manière générale les spectrohéliogrammes sont dégradés par un certain nombre de perturbations d'origines diverses. Ils nécessitent quelques traitements en vue de rétablir au mieux la géométrie de l'image, de rehausser les détails peu contrastés et d'obtenir un résultat plus esthétique. J'ai donc abouti un peu empiriquement à une méthode qui répond globalement au problème. Ces modifications ne respectent pas la photométrie de l'image.

Voici les étapes du traitement :

  1. Image brute. (Spectrohéliogramme du 15 septembre 2003)


  2.  
  3. Application d'un filtre passe-haut matriciel 5x5


  4.  
  5. Calcul et extraction sous forme d'images des défauts horizontaux et verticaux :
    On calcule la valeur moyenne des pixels de chaque ligne (courbe blanche) puis la fonction polynomiale de degré 4 la mieux ajustée à ce profil. La différence des 2 profils donne la courbe orange, qui sert à créer l'image des défauts dans une direction (A). L'opération est effectuée également pour les colonnes (B).


  6.  
  7. La somme de ces 2 images (A & B) multipliée par l'image filtrée donne le résultat ci-dessous. Les stries horizontales ont plusieurs origines:  irrégularités et poussières sur la fente du spectro, poussières sur le capteur CCD, inhomogénéïté de réponse des photosites, ... Les stries verticales proviennent de l'électronique ou de variations de transparence de l'atmosphère. Dans les 2 cas, la présence de structures contrastées (taches, etc) peut générer des sur-corrections.

  8.  
    (
    +
    )
    x
    = ...

     
  9. Cette image qui contient essentiellement les défauts amplifiés (une sorte de "flat" de synthèse) est ensuite pondérée (% de transparence) et soustraite de l'image filtrée. L'ajustement est fait visuellement jusqu'à réduction maximale des stries.



     
  10. Après un ajustement de l'histogramme, notre spectroheliogramme a cet aspect :


  11.  
  12. L'étape suivante consiste à circulariser le disque solaire. En effet, il y a quasiment toujours une distorsion causée par la vitesse d'échantillonnage qui n'est pas forcément synchrone avec la vitesse de balayage du Soleil.


  13.  
  14. Il reste encore à supprimer le "fond de ciel" qui est plus marqué au centre du disque dans le sens des lignes du CCD. Une image "modèlisée" sert généralement à cette correction. Comme pour l'étape de "nettoyage des stries", cette image est pondérée et soustraite de l'image précédente.


  15.  
  16. Voici le résultat de cette correction de "fond de ciel". L'image au centre de la raie Hα - hormis les filaments et régions actives - est assez plate.


  17.  
  18. La dernière étape vise à accentuer les contrastes sur de disque et sur les protubérances. Pour cela, je sélectionne uniquement le disque (muliplication par lui-même) pour abaisser la luminosité du disque en renforçant les contrastes. Ensuite l'histogramme de toute l'image est ajusté pour éclaircir et harmoniser à la fois disque et protubérances.


  19.  
  20. Traitement optionnel quand les protubérances sont interessantes : L'image de type "coronographe" est obtenue en plaçant un masque circulaire sur l'image de l'étape 10. Colorisation et réglage d'intensité à vue sous photoshop.


  21.  

Spectroheliogramme dans la raie D3 de l'Helium

La raie spectrale D3 de l'Hélium ( 587,8 nm ), bien visible en émission sur les protubérances, est difficile à percevoir sur le disque solaire où elle peut être en émission ou en absorption. Après avoir tenté quelques spectrohéliogrammes à cette longueur d'onde, j'ai pu constater la présence de structures absorbantes mais d'un contraste très faible. M'inspirant d'un article de B.J. Labonte (1), j'ai essayé d'améliorer la mise en évidence de ces structures absorbantes. La méthode consiste à prendre une image dans la raie de l'hélium, une autre image à proximité de cette longueur d'onde dans le continuum, et de faire la différence des 2 images. ( Idéalement, il faudrait faire des images moyennes pour chaque longueur d'onde mais, le Soleil tourne vite sur lui même et il devient impossible de superposer des images prises à 1/2 h d'intervalle ). J'ai donc pris 2 images à 3 minutes d'intervalle, l'une à 587.6 nm (gauche) et l'autre à environ 587.3 nm (droite). La prise de vue date du 14 septembre 2002.

La première étape consiste à superposer les 2 images. Ceci n'est pas réalisé parfaitement car la turbulence provoque des petits déplacements aléatoires (d'où l'interêt d'images moyennes). Je " lisse " donc un peu les images au préalable et j'élimine le fond du ciel, source d'artefacts inesthétiques. L'opération " image Helium - image continuum + constante " peut être ensuite effectuée. On obtient une image grise, plutôt plate. Il ne reste plus qu'à modifier contraste et luminosité de l'image pour accentuer les détails. Beaucoup d'artéfacts se trouvent également amplifiés mais il peut être interessant de comparer cette image à celles obtenues en Hα ou en Ca-K. Ci-dessous à gauche, He renforcé et à droite image de comparaison Hα.


 

Ci-dessous: imagerie directe avec acquisition à la webcam. NOAA 0775 et 0776 le 14-06-2005


 

(1) Labonte B.J., 1977, Solar Physics, 53, 369-374

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