christian viladrich

Vision humaine et super-résolution

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Salut à tous,

 

Vu la longueur de certains posts, l'ennui semble être en train de saisir certains Astrosurfiens :-)

 

Aussi, je vous propose un article sur l'influence des micro-mouvements de l’œil sur la résolution. C'est un point que j'avais un peu effleuré dans le bouquin Astronomie Solaire au sujet de la détection de la granulation dans de petits instruments.

Attention, c'est technique et en plus en anglais :

http://jov.arvojournals.org/article.aspx?articleid=2599741

 

A noter que ce type d'étude est réalisée avec des techniques d'optiques adaptatives.

 

Bonne lecture !

 

 

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Planetary Astronomy
Observing, imaging and studying the planets
A comprehensive book about observing, imaging, and studying planets. It has been written by seven authors, all being skillful amateur observers in their respective domains.
More information on www.planetary-astronomy.com

à l’instant, christian viladrich a dit :

Attention, c'est technique et en plus en anglais :

....

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Excellente référence Christian, c'est très proche d'une technique d'observation au microscope que j'ai apprise qui consiste à toujours avoir la cible en mouvement lent et à revenir dessus.

On peut également se servir du défocus/refocus que j'utilisais pour les formes 3D des composants micro-électroniques.

-----------------

 

Autres notions sur l'accomodation automatique de l'oeil.

 

Herbert Gross, université Friedrich Schiller.

Handbook of Optical Systems Edited by Herbert Gross
Volume 4:
Survey of Optical Instruments

relaxed-eye.JPGimmobile-point.png

Citation

The near and the far points of accommodation depend on the radiance of the scene. Figure 36-18 shows this relationship.

If the object scene is rather dark, the distance of the near point increases and the far point decreases.

In the case of scotopic vision with a radiance below 0.01 cd m –2 , the eye accommodates in the range between 0.5 and 2 m and remains in an immobile position, since the stimulus for
accommodation is too small.

 

Les points d’accomodation proches et lointains dépendent du l'illumination de la scène. La figure 36-18 montre cette relation.

Si la scène de l'objet est plutôt sombre, la distance du point proche augmente et le point éloigné diminue.

Dans le cas de vision scotopique avec un rayonnement inférieur à 0,01 cd m -2, l’œil s’adapte à la plage entre 0,5 et 2 m et reste dans une position immobile, car le stimulus pour déclencher l'accomodation est trop petit.

 

Autrement dit, en cas de turbulence, l’œil ne compense pas si la compréhension générale de la scène ne change pas. (distinguer near point & far point)

En mode immersion, sans notion de bord de champ, c'est quasi impossible à compenser les fluctuations, l’œil reste calé sur son focus "immobile point"

 

La FEM c'est lié, je pense avec ce test d'identification du near point / far point

 

--------------------------------

 

oups petit graphe en plus pour préciser ce qu'est 0.01cd/m2

Quand on est à la limite de l'illumination mésopique : la plupart des personnes bloquent à un focus équivalent à 50cm, on ne voit pas bien clair mais c'est encore gérable. (c'est aussi à prendre en compte pour les oculaires grands champs pour visu du champ profond)

Voir "à bout de bras".

Quand la Lune disparait, je n'en parle même pas, les bâtonnets sont vraiment moins nombreux. On perçoit bien les mouvements mais la précision : compte pas dessus, nous sommes des vrais taupes à accomoder à 50cm de distance par défaut, il faut faire gaffe à marcher lentement pour ne pas se prendre un mur ou une racine par terre. (ceci dit ça dépend des gens...)

illumination-eye-mode.JPG

 

Edited by lyl
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Merci @christian viladrich très intéressant sujet qui aurait aussi sa place dans l'observation visuelle

Après lecture rapide j'ai l'impression que les FEM étudiées correspondent surtout à des mouvements incontrôlés ayant des fréquences élevées et de faible amplitude (micro saccades) qui sont synchrones sur les deux yeux.

Pas certain que nous puissions l'adapter de façon active, autrement que par une habituation ou un apprentissage. Cela pourrait expliquer aussi que certains individus exploitant involontairement cette capacité puissent voir mieux que d'autres.

Edited by marco polo

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Merci Christian, Je vais lire cet article avec intérêt. dés que possible.

"l'acuité était meilleure d'environ 25% que lorsqu'aucun mouvement ne se produisait, qu'il s'agisse d'un mouvement auto-induit, d'une reproduction d'un mouvement similaire ou d'une simulation externe." C'est très intéressant.

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Merci @lyl  pour la référence que tu as donnée sur l’accommodation.

Il y a 5 heures, lyl a dit :

La FEM c'est lié, je pense avec ce test d'identification du near point / far point

En effet une partie de FEM concerne la dilatation/relaxation du cristallin et donc l’accommodation via des mouvements rapides des muscles ciliés.

Mais d'autres concernent des mouvements rapides de va et vient de plus ou moins grande amplitudes.

Dans l'étude citée plus haut, si j'ai bien compris, cela ne concerne que ces mouvements et avec une image bien contrastée.

"The stimulus trajectories and eye movement characteristics analyzed in this study are hence from drift and tremor motion only. For simplicity, e refer to those motions as fixational eye motion (FEM) throughout the paper."

Ces mouvements sont à ma connaissance incontrôlables, mais sans doute peut-on les perfectionner par de l'apprentissage.

L'aptitude à la lecture globale et rapide d'un texte utilise inconsciemment cette technique.  idem pour la reconnaissance faciale.

Pour ceux qui ont plus d'expérience que moi en visuel, les vibrations du télescope favorisent-elles l'acuité et la vision de détails de la cible à l'oculaire ?... enfin si les vibrations s'arrêtent bien sûr :)

il me semble l'avoir lu dans l'Astrodessin.

Edited by marco polo

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Faire vibrer légèrement le tube de la lunette fait effectivement partie des techniques permettant de mieux voir la granulation solaire avec des petits diamètres. L'effet est très net.

 

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Bonjour,

J'utilise souvent cette astuce lors de mes "chasses aux tachouilles floues" au Newton 250 : lorsque j'ai un doute quant à la détection (ou pas) d'une petite galaxie très faible, faire légèrement vibrer le tube augmente sacrément la détectivité !
Je n'ai jamais testé en observation solaire, ça doit marcher aussi ...
Je ne me souviens plus qui m'avait transmit ce truc lors d'une rencontre astro, mais merci beaucoup !! ;)

Bon ciel
Vincent

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Il y a 2 heures, christian viladrich a dit :

Faire vibrer légèrement le tube de la lunette fait effectivement partie des techniques permettant de mieux voir la granulation solaire avec des petits diamètres. L'effet est très net.

En effet, autrefois lorsqu'on observait le soleil en projection oculaire sur un écran, il suffisait de faire faire des va et vient à l'écran (dans le sens perpendiculaire à l'axe optique) et la granulation devenait très bien visible.

Jean Marc

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Yo !

Bien que de façon empirique et non chiffrée, on cause un peu de cela dans Astrodessin observation et dessin en astronomie.

De mettre du mouvement, par le regard et/ou le mouvement du tube, mais aussi de travailler l'accommodation plutôt lointaine.

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Oui, pour la résolution je ne sais pas, mais en CP c'est un truc éprouvé qui marche fort, surtout sur les grandes plages diffuses. C'est par ex quasi incontournable pour les très diaphanes queues cométaires à détecter le plus loin possible de la coma, ou les extensions lointaines de galaxies.

C'est peut-être aussi d'autant plus utile qu'il y a peu d'étoiles dans le champ, et dans ce cas intéressant même pour les plus petits objets

Comme pour Serge, en toute modestie, empiriquement et sans graphique à l'appui ...

Mais je m"aperçois (hélas !) que j'ai plus tendance à utiliser cette technique qu'avant, est-ce un signe de la vieillerie ?

 

 

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Et oui, nous sommes des chasseurs, on voit mieux les cibles mobiles, faut bien se nourrir, ... l'adaptation, la sélection, Darwin...

Olivier

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      Vous avez certainement déjà vu ce post où l'on voit l'influence de l'obstruction sur la tache de diffraction (PSF)
      http://www.astrosurf.com/viladrich/astro/instrument/sensitivity/spider-diffraction.htm
       
      En fin de page de ce lien vous trouverez la phrase :
      "The previous images were calculated with Iris software using the formula" : PSF = [ Module FFT (Aperture) ]^2
      Autrement dit, le module au carré de la transformée de Fourier de l'image de la pupille donne la PSF, c'est utiliser pour retrouver l'impact des obstructions des miroirs secondaires, araignée ...
       
      Alors j'ai fais le test avec IRIS (<fftd) et effectivement cela fonctionne

       
      J'ai voulu utiliser la même méthode pour un front déformé et comme WinRoddier permet de faire des simulations je suis parti d'une coma pure car la PSF est bien déformée (voir la capture d'écran WinRoddier plus loin).
      En utilisant la transformation de Fourier d'IRIS en appliquant directement la commande  <fftd sur l'image front-d'onde ci-dessous, voici ce que j'obtiens

      On est très loin du résultat escompté produit par WinRoddier et l'image ne ressemble pas à celle d'une coma.
      Je peux donc dire que dans ces conditions avec IRIS la formule PSF = [ Module FFT (Aperture) ]^2   ne fonctionne pas pour un front-d'onde déformé , sait à dire lorsque tous les points de la surface d'onde ne sont pas en phase, comme au travers d'une optique imparfaite ou via les turbulences atmosphériques ...
      La notion de phase ou de différence de marche optique manque dans cette application FFT directe de l'image.
       
      Dans la littérature j'ai trouvé des formules comme celles-ci

       
      ainsi que des tableaux comme cela qui résume les transformation

       
      Ayant fait plusieurs essais sans résultat et ne sortant pas de sup-optique pour interpréter ces formules j'étais bloqué.
      J'ai alors contacté plusieurs personnes dont l'observatoire de Nice et celui de Paris.
      Nice m'a renvoyé vers 2 astro-amateurs réputés, mais au final le résultat n'était pas au RDV.
      L'observatoire de Paris m'a répondu en la personne de Monsieur Anthony Boccaletti qui avec patience et courtoisie m'a bien aidé. Je ne peux donc que le remercié une nouvelle fois ici.
       
      En fait quand on sait c'est relativement simple.
      Voici l'exemple, j'ai choisie un front déformé de coma pure car la PSF résultat est bien dissymétrique comme dans le cas général des tavelures mais en plus simple.
      WinRoddier permet de faire des simulations

      L'image du front d'une coma pure sera toujours la même, ce qui change sera l'amplitude de la déformée, son PTV, ici il est de 848 nm pour la longueur d'onde de 490nm et le terme Z8(3,-1) est de 150nm
      848 / 490 = 1.73 donc le PTV exprimé en rapport d'onde est de 1.73
      La différence de marche optique (ddm) entre le point le plus en avance et le point le plus en retard est de 1.73 onde
      Voici l'image front-d'onde :  
      Avec IRIS on peut soustraire la constante correspondant au fond de l'image, le fond devient 0 (zéro), ainsi les pixels positifs on une ddm en avance de marche et les pixels négatifs sont en retard de marche.
      donc le ddm d'un pixel de l'image par la règle de trois est :  
      ddm = valeur pixel * 1.73 / 251
      La phase s'écrit    phi = valeur pixel * 2 * pi * 1.73 / 251
      L'image phi est alors proportionnelle à l'image ddm et celle de départ.
       
      L'image pupille est simplement remplie de 1 dans la pupille et de 0 hors de la pupille :  
       
      Iris permet de transformer une image en tableau avec la commande < export_asc [nom] qui produit le fichier nom.asc
      Il s'ouvre avec l'éditeur de texte et se rentre facilement dans un outil type tableur excel
      Il y a 3 colonnes, les 2 coordonnées des pixels et sa valeur,  (x , y, valeur), on peut ainsi faire les calculs nécessaires et recréer l'image résultat. La commande < import_asc [nom] dans IRIS
      Ainsi l'image phi est la même que l'image d'entrée (proportionnelle), sauf qu'au lieu d'avoir un PTV en pixel de 251, le nouveau PTV en pixel va de -5.43 à +5.43 pour cet exemple
       
      La formule de la littérature peut s'écrire    PSF = | FFT ( A*exp( i phi)) |²   ou A est la fonction pupille. Le | |² correspond au module de la FFT au carré ce qui confirme la formule de départ lorsque le front est plan (phi = 0), sans ddm
      Mais qu'en est-il du exp( i phi)
      i c'est le nombre complexe imaginaire tel que i² = -1
      et exp( i phi) = cos(phi) + i*sin(phi)
      Dans le tableur il suffit de calculer en fonction de la valeur de la colonne phi, une colonne cos(phi) et une autre sin(phi). toutes les valeurs seront alors comprises entre -1 et 1
      Et comme les valeurs pixels ne peuvent être que des nombre entier il faut les multiplier par une constante par exemple 30000 pour remplir la plage d'IRIS 16 bits (32767 max)
      On peut ainsi créer les images cos(phi) et sin(phi)
      cos(phi)              et sin(phi)
      cos(phi)_30000.fit   et   sin(phi)_30000.fit
       
      Détail qui a son importante :
      sin(0) = 0 donc le fond reste à zéro
      cos(0) = 1 donc tous les points du fond qui étaient à zéro passent à 1. Et  multiplier par 30000 ils passent à 30000. Il faut alors multiplier cette image cos par l’image pupille (constituée de pixels 0 et 1), multiplier par 0 pour retrouver le fond à zéro, le reste est multiplier par 1 pour que l’image cos reste inchangées dans la zone pupille.
       
      Je fait simplement remarquer ici qu’une FFT est indépendante de l’intensité des pixels dans la mesure où les 2 images de même format sont proportionnelle en intensité.
      Mais que faire de ces 2 images ? On en cherche qu'une la PSF !
      De plus le module d'une FFT donne toujours une image symétrique alors qu'une PSF dans le cas général pour un front non plan est dissymétrique (exemple la PSF de la coma pure)
      Il reste que la solution de faire une FFT-1 la fonction inverse de la FFT qui à partir de 2 images l'une réel ou de fréquence, l'autre imaginaire ou de phase, donne une image résultat unique.
      Il est précisé également que le fond à zéro doit être agrandi au minimum à un format couvrant 2 fois le diamètre de la pupille (< padding dans IRIS)
      Et il faut que les images soit centrer pour une FFT-1   (fonction ffti dans IRIS)
       
      Au final voici ce que l'on obtient avec les 2 images au 2048 x 2048 :
       
      Capture d'écran dans ImageJ :

       
      On retrouve donc bien la PSF recherchée .
       
      En fait la formule de départ dans la littérature pour des novices comme moi aurait pu s'écrire
      L'image PSF est la transformée de Fourier inverse mise au carré, du couple d'images ( A*cos(phi) , sin(phi)) où phi est la phase en chaque point de l'image front-d'onde et A l'image pupille (0,1)         PSF = [ FFT-1[ A*cos(phi) , sin(phi)] ]²
       
      CPI-Z
       
       
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