Le second titre de cette formation est : comment devenir le meilleur astrophotographe de fra ce en un week end ( LoL)

Bonne lecture et surtout bonnes images et beaucoup de plaisir.

• Les résultats sont beaucoup plus rapide ( en 3 à 5 séances on obtiens des images qui sont montrables).
• La facilité d'acquisition est vraie si on a l'habitude de manipuler des PC et autres consoles.
• La facilité du traitement est due a la puissance du numérique : on peut refaire des traitements différents si on garde les images d'origine.On visualise ainsi divers résultats et ce très rapidement.
• La sensibilité du capteur : en argentique on a que quelques pour cent de sensibilité alors qu'en numérique, les capteurs noirs et blanc ont au minimum 50% de rendement.On atteint même des rendements supérieurs à 95% pour les capteurs back illuminated.

• Coût unique : en argentique il faut acheter les films puis les produits chimiques et le papier pour le développement. En numérique, une fois le matériel acheté, il n'y a plus d'investissement supplémentaire.Le coût sur le long terme est donc beaucoup plus faible.
• Puissance : l'informatique permet des traitements puissants et rapides. Un alignement d'images par exemple ne prend que quelques minutes pour plusieurs dizaines d'images, en argentique ce n'était même pas pensable d'en aligner autant au tirage.
• Linéarité : le gros défaut de l'argentique est le défaut de linéarité du support. Suivant la quantité de lumière arrivant sur le film, le niveau de blanc n'est pas linéaire.En numérique, tout est linéaire jusqu'à ce qu'on sature le capteur.

• Le premier choix d'importance est l'objet que l'on veut imager. En fonction de celui ci, on décidera de la meilleure configuration a utiliser : champ, filtres, temps de pose, ...
• Suivant les objets, le type de lumière émise est différent, avec un peu de connaissances, la lumière émise permet de sélectionner la bonne configuration de filtres.
• Le système optique est au coeur de la machine, il détermine en grande partie les capacités d'acquisition de par ses paramètres ( diamètre, focale, type d'instrument, ...).
• Le système mécanique n'st jamasi parfait, en le maitrisant bien on peut corriger ses défauts et ainsi obtenir de belles images.
• Le capteur numérique, CCD ou appareil photo numérique détermine le champ et la capcité a enrigstrer de l'information ( en fonction bien entendu du télescope utilisé).
• Le traitement du signal quand à lui permet de corriger les derniers défauts de la chaine d'acquisition et de "booster" l'image pour la rendre plus agréable, plus piquée, plus détaillée, ...

Par contre deux technologies s'affrontent : CCD et CMOS.CCD signifie Charge Coupled Device et CMOS signifie Complementary Metal Oxyde Semiconductor.

Il y a 2 fournisseurs principaux en CCD : Kodak et Sony. Les cpateurs Kodak se partagent la grosse part du marché mais de plus en plus de capteurs Sony équipent les caméras le splus abordables.

En imagerie il existe 2 techniques pour avoir la couleur : la monopasse avec un capteur couleur et l'autre.L'autre comme dit utilise un capteur noir et blanc et la couleur est obtenue par l'adjonction de filtres rouge puis vert puis bleu devant le capteur.

Après tout ca, nous avons des spécifications barbares : telles les microlentilles, l'antiblooming, le rendement, ...

Chaque carré représente 1 pixel.

1 pixel = 1 élément photosensible. Les photons ( grains de lumière)qui arrivent sur un pixel sont transformés en électrons ( courant)

Si on utilise un capteur couleur, une grille rouge, vert, bleu est déposée devant les pixels. On appel cette grille la matrice de bayer ( un calcul informatique permet ainsi d'avoir la couleur en une seule image).

Certaine capteurs sont équipés de microlentilles qui permettent de collecter plus de lumière sur le pixel et de rendre ainsi sa sensibilité plus importante.

C'est un petit composant électronique important.C'est lui qui transforme l'information analogique ( toutes les valeurs possibles) en information numérique. (Convertisseur Analogique Numérique). C'est donc lui qui permet le traitement informatique de l'information. Le numérique ne permet qu'un certain nombre de valeurs, c'est limitant mais la qualité du CAN permet de pallier en partie ce défaut.

La taille de la matrice doit être adaptée à l'instrument utilisé :

• 4.9*3.5 mm pour les plus petits capteurs.
• 50*50 mm pour les plus grands
• A peu près toutes les tailles intermédiaires comme sur le graphique ci dessus.

La taille de la matrice définit la portion de ciel imagée.

La taille du pixel doit également être adapté à l'instrument :

• Minimum : 5.6µm
• Maximum : 20 µm
• A peu près toutes les tailles intermédiaires

La taille du pixel définit l'échantillonage ( la portion de ciel vue par chaque pixel).

La taille de la matrice et la taille du pixel donne le nombre de pixels. Plus il y a de pixels plus l'image sera longue a charger et à traiter.

Les CMOS sont les capteurs qui équipent la majorité des APN et webcams.

• Le rendement : c'est la capacité de chaque photosite (pixel) a transformer les photons en électrons. Un capteur parfait a un rendement de 1 : chaque photon est transformé en électron. L'avantage est aux capteurs CCD. Un capteur CCD moyen a un rendement entre 60 et 80%. Certains capteurs dit back illuminated ( éclairés par l'arrière) ont même un rendement de plus de 90%. Les capteurs CMOS ont typiquement un rendement de l'ordre de 50%. Attention cependant, même si un pixel est incapable de savoir de quelle couleur est le photon qui lui arrive dessus, suivant la couleur ( ou en d'autres termes, l'énergie du photon) le rendement n'est pas identique. Cela veut dire par exemple que le pixel transformera moins bien en électrons les photons bleus que les photons verts.Le rendement d cpateur est toujourts donné à la longueur d'onde la plus favorable.
• Le bruit : c'est le bruit qu'émet le capteur par lui même. 2 bruits sont importants en astronomie. Le bruit de lecture est le bruit qui est émis lorsqu'on lit l'image. Il est induit par l'électronique de lecture. Ce bruit est appelé offset en astronomie, il est indépendant du temps de prise d'image et de tout autre paramètre. Le deuxième bruit est le bruit thermique, il est émis à cause de la température qui excite les atomes du capteur et qui libèrent de temps en temps des électrons. Ce bruit est appelé dark en astronomie. Le bruit noir, il est dépendant du temps, plus la pose est longue plus il y a d'électrons émis et il est également dépendant de la température.Plus celle ci est élevée plus il y a d'électrons émis. C'est pour ça que l'on refroidit les capteurs. L'avantage est aux capteurs CCD, leur technologie est moins sensible au bruit thermique. Le bruit de lecture est quand à lui dépendant de l'électronique.
• Le coût : L'avantage est largement aux capteurs CMOS. En effet le CMOS est basé sur la technologie des transistors. Le premier capteur est très cher a fabriquer et à développer mais la série qui suit ne coûte plus grand chose. Par contre avec la technologie CCD, que se soit le premier ou le 1000ème, le coût diffère très peu.
• La dynamique : C'est la capacité du capteur a discerner 2 niveaus de lumière proches. Plus la dynamique et importante, plus 2 niveaux de lumière proches pourront être séparés. Ce n'est pas une propriété intrinsèque du capteur mais la technologie et l'application à laquelle est dédié le capteur influencent la dynamique. LE CMOS est plutôt dédié au grand public, on associe donc des CAN ( voir plus haut) moins performant qui donnent une moins bonne dynamique. Le CCD étant dédié aux professionnels et amateurs d'astro, le CAN permet une dynamique plus grande.
• Le blooming : c'est le fait que lorsque le pixel est plein, il se comporte comme un verre d'eau, il déborde. Les électrons vont donc remplir le pixel d'à coté. Ce remplissage possède un axe privilégié d'où des trainées souvent verticales sur les images astronomique. La technologie CCD ne permet pas de s'affranchir directement de ce problème mais il existe une technique dite d'antiblooming. Le principe est de mettre un cache sur chaque pixel pour éviter que les électrons puissent passer sur le pixel d'à côté. Le défaut de cette methode est que l'on perd environ 25% de rendement.L'avnatge est aux capteurs CMOS qui sont intrinsèquement antiblooming sans perte de sensibilité.
• La sensibilité : c'est en fiat le rendement du capteur ( voir ci dessus) en fonction de la longueur d'onde ( couleur). Globalement les capteurs ont un pic de sensibilité vers 500-550 nm ( vert). Ils sont moins sensibles dans le bleu que dans le rouge. Il existe cependant des techniques qui permettent d'améliorer la sensibilité des cpateurs dans le bleu, Kodak l'a développé avec ses capteurs E ( pour Enhenced). Les courbes de sensisbilité des cpateurs CCD ou CMOS sont sensiblement identiques ce qui donne un avantage aux cpateiurs CCD de part leur meilleurs rendement.
• Utilisation : j'entends par là la facilité d'utilisatio. Elle est un avantage et un inconvénient que l'on soit en CMOS ou CCD. C'est le logiciel de pilotage qui gère tout. Pour le personnes les plus jeunes nées dans l'informatique, la gestion d'une caméra ne pose en général pas de problèmes, pour les plus agées, cela en est autrement. Globalement, ce n'est pas très difficile, une fois la procédure comprise et notée, on répète toujours les mêmes opérations.
• Consommation : L'avantage est clairement aux capteurs CMOS qui de part leur tecnologie ont une consommation beaucoup plus faible d'où leur intérêt dans les appareils photos numériques (APN).
• Taille des pixels : suivant l'utilisation que l'on en a on désire de gros pixels ( de l'ordre de 20µm) ou de petits pixels ( de l'ordre de 5/6µm) [en astronomie bien sur]. La technique CMOS permet d'obtenir des pixels inférieurs au micron ce qui est formidable. La CCD est incapable de fabriquer de si petits pixels. Cependant, en astronomie, la taille moyenne des pixels est comprise entre 6 et 9µm. Ces valeurs marcherons sur à peu près toutes les configurations astronomiques.
• Rapidité de lecture : la technique CMOS permet d'avoir une lecture beaucoup plus rapide. Le temps que met votre APN a afficher l'image n'est pas du à sa lecture mais à son affichage et a son taitement avant affichage. La technqiue CCD ne permet pas des lectures aussi rapides mais l'électronique permet de compenser en partie ce défaut qui n'en est pas un en astronomie. Une pose durant généralement 5 minutes, on est pas à 2 secondes près pour lire l'image.

Globalement les spécifications sont proches, les capteurs Sony ont des pixels plus petits que les capteurs Kodak et le bruit thermique est plus faible sur les capteurs Sony que sur les capteurs Kodak.Kodak a des capteurs plus sensibles ( Qe meilleur)

Le capteur numérique ne détecte pas la couleur, il est d'origine un capteur noir et blanc. Pour le passer en "mode couleur", on dispose une matrice rouge-vert-bleu devant le capteur et c'est le traitement informatique qui retraduira la couleur en fonction de la position du pixel et de la couleur associée. L'adjonction d'un telle matrice induit forcément une perte de sensibilité, celle ci est de l'ordre de 30%. De plus cette perte de sensibilité est souvent forte dans le rouge là où les astronomes recherchent beaucoup de signal (raie Halpha).

Cette dynamique se compte en bits ou ADU ( Analog-to Digital intensity Units).

Un peu de pratique maintenant pour maitriser tout ceci :

Comme vu plus haut, ce signal n'est pas exploitable par un ordinateur, il faut le numériser et donc le discrétiser.

Pour chaque pixel, nous allons regarder l'aire comprise sous le signal qui est supérieure à la moitié du niveau. L'aire totale est marquée en bleu sur le graphe ci contre. L'aire étant supérieure à la moitié, nous allons asigner la valeur 1 à ce pixel ( en noir sur la courbe suivante ).

Alors refaisons le même calcul mais sur plus de niveaux.

8 niveaux = 3 bits. Soit 2*2*2= 8 niveaux.

Qu'est ce que ça donne comme signal pour notre petit PC adoré ?

On remarque néanmoins que tous les niveaux ne sont pas exploités.C'est ce qu'on appel la dynamique d'une image. Il faut l'exploiter au maximum pour être capable de visualiser les plus faibles niveaux de lumière.

Par contre cela fait que l'on aura jamais de niveaux 0 mais par exemple 200 pour pallier cet abérration.

Microlentilles : elles ont pour but d'optimiser le rendement du capteur en lui permettant de collecter plus de lumière. Une petite lentille est déposée devant chaque pixel pour focaliser les photons et leur permettre de venir frapper le pixel. Les microlentilles permettent un gain approximatif de 30% sur le rendement.

Antiblooming : c'est un artifice qui consiste a éviter les trainées verticales sur le capteur dues à la saturation des pixels. Shématiquement, il consiste a mettre une barrière sur le côté des pixels pour éviter aux électrons de passer. L'antiblooming provoque une baisse d'environ 25% dru endement.

Capteur enhanced : ce sont des capteurs qui sont plus sensibles dans le bleu qu'un cpateur classique. On ajoute en fait des atomes "polluants" dna sles pixels pour les booster dans le bleu.

Capteur full frame et interligne : ce sont en fait 2 technologies de lecture de la matrice et donc de fabrictaion. Le capteur full frame transfert la totalité de ses informations vers un capteur "aveugle" lors de la lecture et ce en une seule étape. Le capteur interligne possède des lignes intermédiaiares et la lecture se passe en 2 étapes lignes paires puis impaires.

Capacité du pixel ( nombre d'électrons) : C'est le nombre maximal d'électrons que peut contenir chaque pixel. Plus se nombre ets grand, plus vous pourrez poser longtemps sans saturer le capteur. Attention, plus le pixel est petit plus ce nombre aura tendances a être bas. Il faut également le relier a la dynamique pour voir la différence de niveau que l'on est capable de discerner.

Courant d'obscurité (electrons/pixel/seconde) : c'est le bruit thermique en électrons qu'émet le capteur a une température donnée. Plus celui ci est faible, mieux c'est.

Bruit de lecture ( nombre d'électrons) : c'est le bruit émis par la lecture de l'information du capteur. Plus celui ci est faible, mieux c'est.

Gain ( électrons/ADU ) : le gain représent le nombre d'électrons qu'il faut pour passer d'un niveau de gris à un autre. Il est normalement donné à une certaine température.

Binning : c'est le fait de grouper les pixels. Pourquoi ? he bien, pour 2 raisons. La première est que si l'on groupe les pixels par 4 ( binning 2*2), on obtiens un pixel de taille 4 fois plus grande et donc 4 fois plus sensible. La deuxième raison est plutôt pour les montages a grandes focales, on peut être sur-échantilloner l'image, le binning permet dans ce cas de diviser l'échantillonage par un facteur 2 dans le cas du binning 2*2.

Back focus : c'est un terme anglais qui donne la position du capteur dans la caméra CCD. Il est génaralement compté depuis la sortie T2 de la caméra.

Technologie CMOS ou CCD. Si vous optez pour un APN, prenez une valeur sûre : Canon et encore plus sûre le 350D. Si vous optez pour une caméra astronomique, préférez la technologie CCD.

Version couleur ou monochrome : Je vous conseil du monochrome car il est plus sensible et mieux résolu. Cependant si vous voulez obte,ir des couleurs facilement, le capteur couleur s'impose.

Capteur Sony ou Kodak : a vous de voir. Le sony est plus facile a utilser car il a peu de pixels chauds.Le capteur Kodak vous permet d'accéder aux caméras SBIG qui possèdent le double capteur.Le second capteur permet le guidage.

Réponse spectrale et rendement maximal : ils sont donnés par le capteur utilisé.

Numérisation : sur combien de bits l'image est codée. C'est important pour faire ressortir les détails au traitement.

Version antiblooming, enhanced, microlentilles : a vous de choisir en fonction des objets que vous voulez faire.

Refroidissement : c'est important pour avoir le moins de bruit possible.