Diaphragmer devant l'objectif bonne ou mauvaise idée

[brizhell 2 685]

Discussion super intéressante.

Ce papier est une des références que j'avais utilisé pour faire ma page d'explication sur la turbulence référence [6] :

 

https://www.btregon-astro.org/home/comprendre-la-turbulence/?fbclid=IwAR0RbDNoWVJ-iOUN8cHxyVr9SzVTZILgRCzAx4qOJf-jOS9IdlHmdVxr_bM#bibliographie

 

34 minutes ago, christian viladrich said:

Dans ce tableau (et dans la figure qu'a montré Jean), Rmax est la résolution qu'atteindrait un instrument de diamètre infini étant donnée la valeur du ro. Attention cette "résolution" n'est pas juste des secondes d'arc ou un Strelh. C'est l'intégrale de la MTF. Mais cela ne change rien à la discussion:

 

Si, un petit peu tout de même. La il y a un ou deux truc qui me font tiquer, mais je peux me tromper.... En effet, le problème viens de l'interprétation du rapport R/Rmax.

Premier point, tu as mis le doigts sur la relation importante (5.10) ou le R est défini comme l'intégrale de la moyenne de la MTF. Or les bornes de cette intégrale dépendent de la bande passante du télescope et cette bande passante dépend du diamètre. Quand on fait cette intégration en fréquence, en dehors de la bande passante la moyenne est nulle. D'ailleurs on le voit dans la relation 5.11 ou l'on sort de l'intégrale normalisée le terme en D^2/(lambda.r) avec R la focale.  Dans l'espace des fréquences, la bande passante est proportionnelle à D/Lambda.

R/Rmax c'est un rapport normalisé, autrement dit, on cherche à rapporter le rapport de R (valeur moyenne de l'intégrale de la MTF sur la bande passante) à Rmax (limite de Rinfini quand D tends vers l'infini, mais dont on voit que l'expression 5.14 ne dépend que de la fréquence spatiale r0/lambda) proche de 1.

D'ailleurs on peut lire que cette courbe normalisés, est obtenue en divisant chaque termes (Rinfini, nfR0 et ffR0) par la limite de résolution du système (pour mémoire, la résolution d'un système ne dépend que du rapport lambda/D dans l'espace image). Donc la lecture de cette courbe n'est valable que pour un espace des fréquences spatiale donné limité par D (voir en suivant).

D'où le deuxième point qui me fait tiquer

 

23 hours ago, jean dijon said:

Bon je ne suis pas étonné des tollés soulevée par l'idée contre intuitive que diaphragmer peut "améliorer" la résolution.

 

Normal, car ce n'est pas juste. De base, diaphragmer ne peut améliorer la résolution puisque la résolution angulaire ne dépend que du rapport lamda/D. Si on diminue D en diaphragmant, la courbe normalisée de Fried est toujours valable, mais dans un espace des fréquences spatiales réduit. En langage clair, les fréquences spatiales élevées correspondent aux détails les plus fins accessibles. Si on diaphragme, on réduit l'espace des fréquences, donc on n'améliore pas la résolution. En diaphragmant, on améliore le strehl en élargissant la PSF mais on augmente pas la résolution....

 

23 hours ago, jean dijon said:

La figure ci dessus représente la résolution du télescope (en unité B/Bmax) en fonction du diamètre D du télescope normalisé  par r0

 

Non, la normalisation est aussi sur l'axe des ordonnées, où B/Bmax représente le rapport de la résolution obtenue en fonction de r0 par rapport à la résolution max atteignable pour un télescope de diamètre D. D'ailleurs il est notable de voir que l'unité B/Bmax s'exprime en cycle^2 / unité de surface au foyer (on est dans l'espace des fréquences). Cette normalisation entraîne le fait que l'on perde sur ce graphe la notion de fréquence spatiale, donc de résolution théorique pour un diamètre D.

Donc en abaissant D, on baisse la résolution, mais on améliore le strehl donc la lecture des contrastes de détails moins fins que ceux obtenus en pleine ouverture.

Ca se vérifie assez facilement avec des manips à masque de Fizeau en intérfero d'amplitude.

 

[lyl 4 561]

Le 14/02/2023 à 11:55, christian viladrich a dit :

Pour ma part, je m'en tiens plutôt aux travaux des pro (par ex : Paul HICKSON. Fundamentals of Atmospheric and Adaptive Optics. University of British Columbia (2008)) :

Oui, c'est une formule plus précise du λ/r0 derivée des travaux de Kolmogorov sur le comportement d'un fluide turbulent.

 

C'est le comportement autour de D proche de r0 qui est intéressant, un phénomène intéressant à étudier dans nos lieux courants en France.

C'est la raison pour laquelle je promène un ou deux instruments suivant les conditions météo prédites, je n'ai pas de gros tromblons de 200mm et cela ne m'encourage pas à en acquérir un pour du visuel.

Je me souviens d'une soirée Jupi-Saturne-Mars d'il y a quelques mois pendant laquelle une 100 mm achro améliorée fit jeu quasiment égal à des instruments de 150mm, mis à part les couleurs plus fades.

Mars était particulièrement pitoyable avec la dispersion atmosphérique mais sans être nulle à travers quelques filtres au point que j'ai ressorti la 100mm.

Quand j'aurai un site permanent de qualité, ça deviendra envisageable.

 

----

 

Un dernier commentaire pour @banjo

En H-alpha tu as le bonus de la longueur d'onde pour le λ/r0

Soit un bon 20% sur le diamètre

Et avec toute la batterie de filtres : plus tu serres la bande plus tu as de contraste mais moins tu as de luminosité.

Donc bon ... diaphragmer un 200 en solaire ce n'est pas idiot tant que tu vois bien l'astre (i. e. que ta propre pupille ne se dilate pas : qu'elle reste entre 2 et 2.5mm voire max 3mm mais l’œil dilate plus vite quand c'est pur H-alpha)

Il n'y a qu'à reprendre les tests photos pour la mesure du r0 réalisés à St Véran avec des C8 & cie suivant l'heure de la journée.

Ça ce sont des faits dans des conditions de bonne qualité pour le site.

Modifié 15 février 2023 par lyl

[banjo 7 118]

Il y a 11 heures, lyl a dit :

n l'astre (i. e. que ta propre pupille ne se dilate pas : qu'elle reste entre 2 et 2.5mm voire max 3m

Merci pour ces précisions.

hélas , mes yeux ne voient pratiquement plus rien en Ha , donc pour moi ce n'est que du visuel assisté par ordinateur et imagerie .

Pendant une certaine réunion de soleileux , sous un ciel nettement meilleur que le mien , la lunette a bluffé en simple , double stack , mais la turbulence était quasi nulle , S.Lebouc a fait des montages impressionnants avec tous les étalons qu'il avait .

Chez moi c'est pas du tout la même qualité de ciel , d'où mon questionnement , 

la turbulence est trés variable , souvent j'ai l'impression de " regarder " le fond d'un bassin   ,  comme une mosaïque ou un vitrail .

Paul

 

 

 

Modifié 16 février 2023 par banjo

[jean dijon 1 776]

Il y a 17 heures, brizhell a dit :

Normal, car ce n'est pas juste. De base, diaphragmer ne peut améliorer la résolution puisque la résolution angulaire ne dépend que du rapport lamda/D. Si on diminue D en diaphragmant, la courbe normalisée de Fried est toujours valable, mais dans un espace des fréquences spatiales réduit. En langage clair, les fréquences spatiales élevées correspondent aux détails les plus fins accessibles. Si on diaphragme, on réduit l'espace des fréquences, donc on n'améliore pas la résolution. En diaphragmant, on améliore le strehl en élargissant la PSF mais on augmente pas la résolution....

Bonjour,

on est d'accord pour la résolution théorique Lambda/D par contre pour la résolution R effectivement obtenue compte tenue de la turbulence  celle du R/Rmax( je ne sais pas comment tu l'appel) elle peut effectivement s'améliorer en diaphragmant. C'est bien ce qui intéresse l'observateur.

 

 

Il y a 17 heures, brizhell a dit :

Non, la normalisation est aussi sur l'axe des ordonnées, où B/Bmax représente le rapport de la résolution obtenue en fonction de r0 par rapport à la résolution max atteignable pour un télescope de diamètre D. D'ailleurs il est notable de voir que l'unité B/Bmax s'exprime en cycle^2 / unité de surface au foyer (on est dans l'espace des fréquences).

 

Je ne comprends pas trop ta remarque, je n'ai jamais dit le contraire évidemment que l'axe des ordonnées  est normalisé (R/Rmax). Un des intérêts de ce graphique est qu'il est universel grâce à la normalisation effectuée sur les deux axes.

 

 

 

Si vous avez la publie originale je suis intéressé par la récupérer (en MP) , Merci d'avance

 

jean

 

 

[christian viladrich 7 895]

Merci Bernard pour ton passage !

 

Un point important sur l'article de Fried, il traite des images courtes pose, mais en fait pas tout à fait

 

Ce n'est pas de la courte pose avec sélection d'images comme on l'entend en amateur. Le terme "courte pose" signifie dans l'article que l'on retire le tip/tilt, mais on fait malgré tout ensuite la moyenne de l'iamge. C'est ce qui est dit ici :

;

 

 

Autrement dit, le terme "courte pose" dans l'article signifie plutôt "longue pose avec correction de tip/tilt", ce qui est très différent de ce qui nous préoccupe en imagerie HR amateur où l'on fait du lucky imaging.

 

D'ailleurs, il n'y a aucune notion de probabilité dans l’article, ce qui signifie bien que l'on s'intéresse à l'image "moyenne" (corrigée ou non du tip.tilt) et non à la sélection d'images. Dit autrement, l'article se réfère à la situation où l'on prendrait 100% des images dans AutoStakkert (après la phase de recentrage/morphing).

 

La question posée par Paul n'est donc pas traitée dans l'article, à savoir "si on fait de la sélection d'images, y-a-t-il un diamètre optimal à utiliser selon le niveau de turbulence" ?

 

J'ai l'impression que réponse a déjà été donnée par Fried (dans un autre article), à savoir tout simplement que la probabilité d'obtenir des images limitées par la diffraction (en fait ce n'est pas le critère utilisée par Fried, mais c'est un autre sujet...) diminue avec l'ouverture :

 

 

Ce que l'on comprend aisément comme on peut le voir sur cette série d'images prises d'étoiles au C14 avec 5 ms d'intervalle :

 

 

Dans l'absolu, si on se fixait un nombre d'images retenues (par exemple 5%) et si on connaissait le ro, alors on pourrait déterminer le diamètre de l'instrument. Mais ... comme on r0 varie en permanence, on n'est pas plus avancé

 

Bref, je ne sais pas si on t'a beaucoup aidé avec cela Paul. Mais la discussion est très intéressante

 

[jldauvergne 15 386]

il y a 45 minutes, christian viladrich a dit :

Autrement dit, le terme "courte pose" dans l'article signifie plutôt "longue pose avec correction de tip/tilt", ce qui est très différent de ce qui nous préoccupe en imagerie HR amateur où l'on fait du lucky imaging.

Bien vu. J'ai passé du temps sur l'article mais je n'avais pas saisi ça.
Au final tout le monde a un peu raison, mais du coup ça ne donne par d'argument fort pour diaphragmer. 
Le cas de correction du tip/tilt seul ne correspond pas a beaucoup de cas dans notre pratique. Un peu plus ces derniers temps avec le livestacking.

[banjo 7 118]

Il y a 1 heure, christian viladrich a dit :

Bref, je ne sais pas si on t'a beaucoup aidé avec cela Paul. Mais la discussion est très intéressante

ben je suis un peu largué , mais je rame !! 

 

j'aime bien ce tableau , c'est mon constat de 10 à 20i sur 1500i sur les plus longues  ( soit environ 15s de prise) , j'ai remarqué que sur certaines animations de protu rapide sur des salves à 15s d'intervalle on voit déjà un déplacement .

bon plein de traces d'avion mais pratiquement pas de vent , echantillonage pas assez poussé pixel 9µ fd/27

 

 

Modifié 16 février 2023 par banjo

[brizhell 2 685]

Bonjour Jean,

 

2 hours ago, jean dijon said:

on est d'accord pour la résolution théorique Lambda/D par contre pour la résolution R effectivement obtenue compte tenue de la turbulence  celle du R/Rmax( je ne sais pas comment tu l'appel) elle peut effectivement s'améliorer en diaphragmant. C'est bien ce qui intéresse l'observateur.

 

Ben je dirais pas tout a fait, c'est plus subtil que cela. R/Rmax est un rapport indépendant de la résolution propre du télescope. Il ne dépend pas de ce que l'on appelle la "Bande passante" du télescope, qui elle est donnée par le rapport lambda/D. C'est d’ailleurs bien ce qui est dit dans la publication :

 

 

Le rapport R/Rmax ne dépends pas de la résolution, mais uniquement du rapport D/r0. On pourrais dire que son intérêt est de montrer à D constant, que l'optimum pour atteindre le pouvoir résolvant du télescope dépend de la variation de r0 mais c'est indépendant de la résolution. La résolution (qui est aussi le pouvoir séparateur dont il existe plusieurs critères Schuster, Raleigh, Sparrow : https://fr.wikipedia.org/wiki/Pouvoir_de_résolution ) elle ne dépend que du rapport lambda/D.

Or ce qui intéresse les imageurs de compet sous le regard desquels je répond avec humilité (Salut Christian et Jean Luc   et autres ) c'est atteindre la limite de diffraction de leurs optiques en pleine ouverture.

Si je prend l'exemple d'un 200mm par rapport au même télescope diaphragmé à 170mm, dans le premier cas ma limite de résolution (utilisons le critère de Sparrow à lambda/D), la résolution spatiale que je peux escompter atteindre à 200mm est (prenons 0.65micron de longueur d'onde) 0.67" d'arc, alors qu'à 170mm je suis à 0.78" d'arc. Or ces 0.11" sont justement ce qui compte pour l'imageur de compet, surtout lorsqu'il échantillonne à 0.05".

Réduire D ne reviens qu'à réduire la résolution spatiale atteignable.

A quoi sert alors la figure 1 de ce papier ? Ben à montrer, indépendamment de la résolution limite du télescope (uniquement conditionnée par son diamètre), qu'il existe un rapport D/r0 qui "optimise" l'accès aux fréquences spatiales élevées de ce dernier, donc l'accès aux détails les plus fins.

Au final, et c'est ce que dit bien Christian, la seule variable réelle utilisable dans cette étude du rapport R/Rmax, c'est r0 qui est intrinsèquement une variable aléatoire......

 

 

 

 

Modifié 16 février 2023 par brizhell

[brizhell 2 685]

2 hours ago, christian viladrich said:

Merci Bernard pour ton passage !

 

Salut Christian !

 

2 hours ago, christian viladrich said:

Ce n'est pas de la courte pose avec sélection d'images comme on l'entend en amateur. Le terme "courte pose" signifie dans l'article que l'on retire le tip/tilt, mais on fait malgré tout ensuite la moyenne de l'iamge.

 

Suis pas tout a fait d'accord, en tout cas c'est pas comme cela que j'ai compris le papier.

Ce n'est pas la moyenne temporelle que considère Fried, mais la moyenne des fréquences spatiales de l'image en faisant des présupposés sur la probabilité des variations temporelles de la structure du front de phase. Je veux dire par là que les variables aléatoires qu'il utilise ici sont considérées comme gaussiennes et que la différence des caractéristiques de la gaussienne constituent justement la distinction entre "longue pose" et "courte pose". t(f) est la moyenne des fréquences spatiales à l'intérieur de la bande passante du télescope (ou moyenne de la MTF).

Les relations 2.1 et 2.2 sont des intégrales ne faisant pas apparaître la variable temps, et c'est au travers de la relation 2.6 que Fried fait apparaître la variable aléatoire de phase, indépendamment du temps (ce qu'il a droit de faire grâce a une propriété des systèmes stationnaires que l'on appelle la propriété d'ergodicité : La propriété d’ergodicité d’un signal aléatoire stationnaire exprime que les moyennes statistiques (ou d'ensemble) sont égales aux moyennes temporelles.

Donc exit la variable temps......

 

C'est dans un autre papier, qu'il aborde la notion temporelle de temps de cohérence, qui conduit à la loi de probabilité dont tu a calculé le graphique.

Par contre je te rejoint tout a fait sur le fait que pour faire ces calculs, il a besoin de compenser le tip tilt, sans quoi sont approche n'a pas de sens.

 

2 hours ago, christian viladrich said:

Ce que l'on comprend aisément comme on peut le voir sur cette série d'images prises d'étoiles au C14 avec 5 ms d'intervalle :

 

Magnifiques tavelures ! en fait l’enveloppe des tavelures a en gros une dimension en lambda/r0 au moment de la prise de vue, et le r0 peut aussi se mesurer en comptant le nombre N de tavelures et en résolvant N=(D/r0)^2

 

[christian viladrich 7 895]

Il y a 1 heure, brizhell a dit :

Suis pas tout a fait d'accord, en tout cas c'est pas comme cela que j'ai compris le papier.

Ce n'est pas la moyenne temporelle que considère Fried, mais la moyenne des fréquences spatiales de l'image en faisant des présupposés sur la probabilité des variations temporelles de la structure du front de phase. Je veux dire par là que les variables aléatoires qu'il utilise ici sont

 

Intéressant. Je ne suis pas complètement sûr de cela, mais tu es nettement plus pointu que moi dans la compréhension des formules.

 

Pour autant, la courbe issue du papier de Fried que Jean a montré me fait penser à la courbe suivante  (à droite)

 

=> source : Andrei Tokovinin. Mais la courbe provient de :ADAPTIVE OPTICS IN ASTRONOMY, Edited by F R A N C O I S  R O D D I E R

 

Cette figure se lit de la façon suivante :

- en abscisse, le rapport D/r0. Autrement dit, si on considère une valeur donnée de r0, on a D qui augmente quand on va vers la droite,

- en ordonnée, la résolution normalisée : 1 signifie que la résolution de l'instrument serait celle d'un télescope de diamètre D égal à r0 sans turbulence.  10 que la résolution atteint celle d'un télescope de diamètre D égal à 10x le r0, sans turbulence. Ainsi, un instrument dont le diamètre est égal au r0 a une résolution de r0. Si le télescope a un diamètre de 100 ro, sa résolution est de 100 r0. Il s'agit ici de résolution, longue pose.

Jusque là tout va bien

 

La courbe 0, correspond au cas "classique" : longue pose sans correction tilt/tilt.

 

La courbe 1, correspond à la correction du tip/tilt avec une OA.

 

Ces courbes 0 et 1 ressemblent étrangement aux courbes A et C de Fried :

 

Sur la courbe 1 (correction tip/tilt), le max de résolution de 3.5 ro (comme dans le papier de Fried), pour un diamètre autour de 3 r0 (les graduations sont difficiles à lire).

 

Tout cela pour dire qu'il me semble que le terme "short exposure" dans le papier de Fried signifie juste la suppression du tip/tilt. Il s'agit toujours de pose longue, mais avec correction de tip/tilt. Il n'y a pas de sélection d'images.

 

Si on regarder le bouquin de Roddier (un des grands spécialistes mondiaux sur le sujet) , il indique clairement qu'il y a un diamètre optimum en fonction du r0, si on corrige le tip/tilt (au des ordres supérieurs) :

 

 

Mais il faut se rappeler que, même si son livre est date de 1999, on ne faisait pas de la sélection d'images à l'époque, ce qui change complètement la donne (me semble-t-il).

 

Modifié 16 février 2023 par christian viladrich

[christian viladrich 7 895]

La suite ...

 

Pour la question de la résolution atteinte avec sélection d'images, et celle d'un diamètre optimum en fonction du r0,  il y a la très bonne thèse "Lucky Exposures: Diffraction Limited Astronomical Imaging Through the Atmosphere" de Robert Nigel Tubbs (2003). Voici deux figures intéressantes parmi d'autres :

 

A) Ici, on n'a pas de sélection d'images :

 

 

B) Ici, on a la sélection d'images, ce qui illustre bien le gain associé au lucky imaging :

 

La question du diamètre optimal avec sélection d'images semble toujours débattue, même parmi les professionnels de la profession

 

 

Modifié 16 février 2023 par christian viladrich

[christian viladrich 7 895]

Pour poursuivre ....

 

Une série de mesures faites avec des instruments de 0.4 m à 4 m, et qui montre le gain lié à la sélection d'images en fonction du D/ro :

 

(source : An investigation of lucky imaging techniques, Smith et al, Mon. Not. R. Astron. Soc. 000, 1–6 (2009))

 

- Les points du bas correspondent à la correction du tip/tilt (ce que fait AutoStakkert) mais en additionnant toutes les images.

- Les points du haut correspondent à la correction du tip/tilt associée à la sélection d'images (1% conservées).

 

On voit que l'on a un maximum du gain vers D/r0 = 6 à 7. On retrouve expérimentalement des choses cohérentes avec le résultat de Hecquet et Coupinot.

 

La réponse à la question initiale de Paul est donc : si on ne retient que 1% des images d'une vidéo, alors le diamètre optimal pour maximiser la résolution (en pose courte) est compris entre 4 ro et 7 ro.

 

Ce qui ne nous avance guère, puisque l'on ne connait pas le diamètre du ro, et que celui-ci change tout le temps

[brizhell 2 685]

19 hours ago, christian viladrich said:

Pour autant, la courbe issue du papier de Fried que Jean a montré me fait penser à la courbe suivante  (à droite)

 

Normal qu'elles se ressemblent, ce sont les mêmes quantités en abscisses et en ordonnées. Donc elles sont plus que similaires, à la différence près que celle de Fried ne s'étend pas sur des variations de profils de turbulence de la même amplitude, ni sur la correction par une AO qui n'existait pas encore à l'époque.

 

19 hours ago, christian viladrich said:

- en abscisse, le rapport D/r0. Autrement dit, si on considère une valeur donnée de r0, on a D qui augmente quand on va vers la droite,

 

En abscisse, ce qui augment en allant vers la droite est le rapport de D/r0, pas la valeur de D. Pour un r0 de 10cm et un diamètre de pupille de 100cm, on retrouve les même caractéristiques de résolutions "relative" que dans le cas d'un r0 de 1cm et un diamètre de pupille de 10cm. C'est en cela que le diagramme est normalisé et indépendant du pouvoir résolvant de l'instrument (puisque celui ci ne dépend que de D).

19 hours ago, christian viladrich said:

- en ordonnée, la résolution normalisée : 1 signifie que la résolution de l'instrument serait celle d'un télescope de diamètre D égal à r0 sans turbulence.  10 que la résolution atteint celle d'un télescope de diamètre D égal à 10x le r0, sans turbulence. Ainsi, un instrument dont le diamètre est égal au r0 a une résolution de r0. Si le télescope a un diamètre de 100 ro, sa résolution est de 100 r0. Il s'agit ici de résolution, longue pose.

 

On est d'accord, mais je ne comprends pas pourquoi ce diagramme portant sur ce que j’appellerai résolution "relative" plutôt que "résolution"   car dans la publie de Fried, il y a un abus de langage qui est repris sur les papiers suivants (y compris chez Roddier), serais limité à de la longue pose.

La résolution dépend du diamètre et de la longueur d'onde, alors que la résolution relative dépend de D/r0 uniquement. D'ailleurs, le Strehl qui n'est pas un indicateur de résolution mais d'efficacité optique, est aussi une mesure relative (Il correspond grossièrement au rapport entre la hauteur maximale de l’intensité lumineuse de la PSF mesurée et la hauteur de la PSF « limitée par la diffraction » pour un diamètre de pupille identique). C'est donc aussi une mesure relative, d'où la possibilité de la faire apparaître sur le graphe de Tokovinin.

Mais je ne comprends pas pourquoi il s'agirait d'une résolution longue pose ?

 

19 hours ago, christian viladrich said:

le papier de Fried signifie juste la suppression du tip/tilt.

 

La suppression du tip/tilt, est juste la condition d'obtention d'une variation stationnaire de la phase autrement dit que le front d'onde ne se déplace pas dans son ensemble, mais reste stationnaire dans l'axe optique du télescope. Par contre, la dispersion dans le temps, le "floutage" des speckles est présent si la pose est trop longue, et les équations de Fried en nf et ff ne s'appliquent plus.

Il faut que la pose soit courte pour que les speckles soient "gelées" et que l'on ai une statistique fiable pour le calcul du rapport R/Rmax. Dans son papier "Probability of getting a lucky short exposure image through turbulence" de 1977, ou il établie la loi de probabilité d'avoir une bonne image en fonction de D/r0  , Fried précise :

 

On est donc bien dans de la courte pose, pas seulement dans la suppression du tip/tilt.

Je peux fournir cet autre papier par MP.

Modifié 17 février 2023 par brizhell