Déconvolution AIDA par la PSF : premiers résultats en planétaire

[brizhell 2 630]

Bonsoir,

Lors d'un premier travail, il y a 2 ans, consistant à visualiser la turbulence au T60 du pic et sur un SC de 200mm (http://brizhell.org/Voir_La_Turbulence.htm), j'avais trouvé une algorithme professionnel de déconvolution en licence publique, dénommé AIDA (Astronomical Imaging Deconvolution Algorithm) utilisé en imagerie scientifique (Astronomie, Biologie), et basé sur l'idée de restaurer l'image d'un objet en connaissant la réponse optique du système d'imagerie.
Le sujet a longuement été débattu sur le post http://www.astrosurf.com/ubb/Forum2/HTML/036240.html mais ayant de multiples projets en cours, j'avais laissé AIDA de coté depuis un bout de temps. M'y étant remis, je pense commencer à sortir des choses qui tiennent la route.
Avec Jean Luc Dauvergne, pour s'attaquer au problème, nous avons décidé de travailler sur une séquence video de Jupiter qu'il a obtenu le 5 juillet 2008 à 2h41 HL avec un Newton D=150 f/5 + powermate 5x. La camera est, sauf erreur une DMK, et pour comparaison, Jean Luc m'a aussi fait passer une image réalisée par Anthony Wesley, image aquise à quelques heures d'intervalle.

A Gauche L'image de Wesley, le jour de l'acquisition. A milieu, mon premier jet d'ondelettes modérées, a droite, un traitement sérieux de quelq'un qui sait faire des ondelettes, merci Jean Luc.

Le principe de base du traitement est le suivant, la justification du choix de ces étapes est décrite plus bas :

Recentrage global => Déconvolution => Démorphing => Addition

Après quoi, les réhaussement de détails de type Ondelettes ou autres traitements peuvent parler ... En effet, il ne faut pas se tromper, Aida est un outil de restaurations de détails à l'échelle de la psf, et non pas comme c'est le cas pour laplupart des traitements classiques, un algo de réhaussement des contrastes de détails de l'image.

La même comparaison, cette fois ci sur différentes méthodes : A gauche toujours l'image de Wesley, mais sur la première ligne à droite, un traitement shift&add classique suivi d'ondelettes. deuxième ligne a droite, le traitement en déconvolution/demorphing suivi d'ondelettes

Voici une petite planche comparative de traitements différents de l'avi :

Jean Luc à osé l'utilisation de Focus Magic en post traitement, mais ne connaissant pas l'opération exacte, je ne sais quoi en dire. Ca semble un traitement plutot dur, mais la dynamique de l'image brute est telle qu'il devient difficile de lisser le traitement aux ondelettes de manière homogène entre le shift and add et la déconvolution.

Dans tout ces traitements les ondelettes sont identiques sur les 2 images traitées.

La différence est vraiement marquée sur les compositage bruts après déconvolutions et démorphing sur chaque images.
Colonne de gauche, compositage classique sans déconvolutions 200 images en haut, 500 en bas. Colonne de droite, la même chose, mais avec passage en déconvolution/demorphing.

Le principe de la déconvolution paraît simple, mais est diablement compliqué à mettre en oeuvre si on veut faire quelque chose de techniquement correct.
Ici la PSF utilisée est une fonction d'Airy dont les dimensions et la dynamique sont extrapolées aux conditions de prise de vue.

L'image d'un objet I(x,y) peut s'écrire comme la convolution d'une fonction objet O(x,y), par la fonction de transfert optique du système d'imagerie H(x,y).
Ces trois fonctions dépendent du temps. Il est donc nécessaire, de travailler sur des images acquises lorsque la turbulence est "Figée", c'est à dire avec des temps de poses suffisament court pour que la turbulence soit bloquée dans un état stable.
La déconvolution doit donc intervenir sur chacune des images d'une vidéo acquise avec des temps de pose trés court, et une psf correspondant à l'image traitée. L'idéal est d'avoir une PSF par image, mais c'est rarement possible en planétaire... Donc la seule issue est d'avoir des images suffisament stables sur l'ensemble de la video pour considérer la PSF constante. On peut ensuite procéder a la déconvolution sur chaque image avec la même PSF.

La turbulence se décompose en plusieurs phénomènes qui peuvent être considérés comme quasi indépendants (car liés par un facteur d'échelle) les uns des autres :

-La composante de tip-tilt, entrainant le déplacement de l'ensemble de l'image
-La déformation de la PSF (Point Spread Function, réponse optique de la combinaison télescope/atmosphère)
-La fluctuation de l'angle d'isoplanétisme, qui déforme localement l'image lorsque la taille de l'objet dépasse quelques dizaines de secondes
(c'est, en gros, les fluctuations de formes que l'on observe sur les images lunaires ou solaires)
Cet angle d'isoplanétisme est la dimension sur l'image, au sein de laquelle la PSF (voir en dessous) est considérée constante.

* Le tip/tilt etant une déplacement global de l'image, un recentrage (registration) permet de compenser cet effet.
* La déformation de la PSF est dût principalement à l'effet de tavelures. Un telescope d'un diamètre donné D, ne produit pas une tache d'Airy (équivalent de la PSF) dont la
dimension correspond à 1.22.lambda/D, mais à 1.22.lambda/R0, ou R0 est le diamètre de ce que l'on appelle la tache de Fried, zone de turbulence à l'entrée du telescope,
et pour laquelle la déformation de front d'onde est minimale (le front d'onde plan avant l'entrée dans l'atmosphère est "bosselé" par la turbulence atmosphérique).
R0 (50mm en moyenne dans les très bon sites en plaine) est quasiment toujours inférieure à D, ce qui veut dire la PSF observée est plus large que la PSF théorique.
Sur chaque image d'une séquence video, on a donc une PSF qui est constituée d'un ensemble de petits grains de taille 1.22.lambda/D mais repetés n fois jusqu'à obtenir une
largeur a mi hauteur de la PSF observée de taille 1.22.lambda/R0.
Or la subtilité dans la détermination de la PSF pour pouvoir faire une déconvolution, est de se placer dans des conditions ou R0 tend vers D (la PSF se rapproche d'une tache d'Airy).
Soit on réduit D (donc ca marche mieux pour des petits télescope), soit on sélectionne les meilleures images de la video (celles ou R0 tend vers D).
On peut voir en bas de ma page sur la visualisation de la turbulence, sur les animations comparées entre le T60 et un LX200 8 pouces, que la PSF devient quasi constante dans le cas du 8 pouces.
* La fluctuation d'isoplanétisme (si l'on se place dans le cas d'une PSF quasi constante sur la video), c'est le décalage local sur l'image, des détails de petites dimensions. Pour compenser cet effet, il faut considérer une image la moins déformée possible, et recentrer chaque détails par rapport à leurs position sur l'image de référence. C'est un recentrage multipoint que l'on peut qualifier de "Démorphing". On a procédé ici avec Registax6

L'idée de la démarche est donc pour obtenir des compositages propres : Recentrage global => Déconvolution => Démorphing => Addition

Après, les réhaussement de détails de type Ondelettes ou autres traitements peuvent parler ...

Le prétraitement est le suivant :
Sur une video brute, on commence donc par selectionner et trier (je l'ai fait ici via Iris), les images de la séquence, de la meilleure à la moins bonne.
La première image de la sélection servira ainsi de référence pour les étapes précédent (registration) et suivant la déconvolution (demorphing).
La compensation du tip/tilt peut être attaquée en faisant une registration de toutes les images de la séquence. Toutes les images sont globalement recentrées sur l'image de référence. On a fait ca sous Iris
Ensuite un fenêtrage des images de la séquence permet de réduire le temps de calcul pour chaque déconvolution (plus l'image est grande, plus c'est long....)
Puis suis la calcule de la PSF la plus vraissemblable pour demarrer le calcul.

On lance la déconvolution de la séquence, puis un passage en registax6 et la fonction d'alignement multipoint permet de compenser partiellement le problème de l'isoplanétisme.
On peut ensuite procéder à l'addition et aux traitements plus classiques.

Voila, c'est un début, mais je pense qu'il peut y avoir une suite. En effet, le traitement de séquences videos stables, mais avec une PSF entachée d'abbération optique (coma, trefoil et autres joyeuseté) devrait améliorer le résultats.

Toutes idées et commentaires pour améliorer l'utilisation de cet algo seront les bienvenus.

Bernard

[Ce message a été modifié par brizhell (Édité le 21-10-2011).]

[-ms- 2]

quote:

---

L'idéal est d'avoir une PSF par image, mais c'est rarement possible en planétaire...

---

Tu pourrait recalculer une PSF à partir :
- des déformations du disque de la planète ou
- de l'image d'un de ses satellites.

Je trouve qu'Aida est bien adapté à des objets comme M57 car la PSF est accessible dans chaque image à partir du champ d'étoiles, ce qui permet d'avoir une PSF par image. Le problème c'est juste le temps de calcul.

Dans ton exemple on voit déjà bien le gain dans les faibles contrastes et rien que cela est déjà une bonne chose.

[maire 252]

Voilà de la vrai déconvolution avec la vrai PSF! Cela conduit à des images sans rebonds (cela a été discuté maintes fois sur ce forum si ma mémoire ne me fait pas défaut). Bravo. Pour ce qui est de prendre le bord de la planète ou un satellite. On est là au limite de la turbulence dont il est pas simple de décolérer toutes les composantes d'une part et d'autre part on construit numériquement une PSF à partir d'une transition prise dans l'image donc la PSF obtenue n'est-elle pas quelques part un peu lissée? Tout l'art n'est-il pas de rendre le plus net possible sans faire de rebonds

[brizhell 2 630]

Salut ms,

>Tu pourrait recalculer une PSF à partir :
- des déformations du disque de la planète ou
- de l'image d'un de ses satellites.

Déformation du disque de la planète, j'ai peur que non, la turbulence a cette échelle (quelques dizaines de secondes d'arc) est plus de l'ordre des variations d'isoplanétisme que de celui de fluctuation de forme de la psf (qui elles est eux environ de la seconde).

Sur l'image d'un des satellites, ce serait plus vraisemblable, j'ai d'ailleurs du grain a moudre sur des vieilles Saturne (et bientot j'esoère des Jupiter au C14 d'un fil de la galerie d'image), mais je ne dit rien tant que je n'ai pas de résultats concrets.....

>Je trouve qu'Aida est bien adapté à des objets comme M57 car la PSF est accessible dans chaque image à partir du champ d'étoiles, ce qui permet d'avoir une PSF par image. Le problème c'est juste le temps de calcul.

La aussi, j'ai des choses à traiter. J'ai pas mouliné sur AIDA les videos de mes premiers tests en EMCCD sur M57 et M27 au T60. Par contre on voit parfaitement sur ces images que outre les abbérrations de l'optique, se rajoute une déformation locale de la forme de la psf sur chaque étoiles du champs. C'est a la fois l'anisoplanétisme et les tavelures (600mm c'est trop gros comme télescope
En fait je commence juste Et comme tu dit, c'est gourmand en temps de calcul (j'en suis toujours à 24 images/heures.....).

@Eric, merci, en effet la première conséquence c'est de ne pas avoir (ou peu) d'artéfact type rebond.
La PSF théorique est certes proches d'une PSF expérimentale mais l'idéal est une PSF statique instantannée. Comme ce n'est jamais acessible (ou alors faut avoir des cam sensible et rapide ainsi qu'une étoile dans le champs), la seule solution est d'avoir plein d'images de l'objet stables ou la psf est constante. Après on interpole, ou on utilise une psf expérimentale statique acquise avec le même télescope sur une autre étoile. C'est justement le but de la suite des traitements que j'expérimente.

Bernard