Réussir de bonnes images sur le terrain Thierry Legault Conférence AIP 2008

Quelques critères objectifs d’une bonne image Cadrage et composition Cadrage et composition Homogénéité Homogénéité Absence d’artefacts (instrument, traitement)‏ Absence d’artefacts (instrument, traitement)‏ Rapport signal sur bruit Rapport signal sur bruit Netteté Netteté Réalisme Réalisme

Adéquation appareil-instrument en ciel profond Plus le capteur est grand, plus il est exigeant sur la couverture de champ : Plus le capteur est grand, plus il est exigeant sur la couverture de champ : Collimation Collimation Perpendicularité du capteur sur l’axe optique Perpendicularité du capteur sur l’axe optique Aberrations instrumentales Aberrations instrumentales

Les aberrations instrumentales : l’objectif photo Aberrations courantes : chromatisme longitudinal et latéral, astigmatisme, vignetage Aberrations courantes : chromatisme longitudinal et latéral, astigmatisme, vignetage Solutions : objectif haut de gamme, diaphragmer Solutions : objectif haut de gamme, diaphragmer

Les aberrations instrumentales : la lunette Aberration principale : courbure de champ Aberration principale : courbure de champ Le rayon de courbure est proportionnel à la focale ne dépend pas de la formule optique mais uniquement de la focale : R = F/2,7 Le rayon de courbure est proportionnel à la focale ne dépend pas de la formule optique mais uniquement de la focale : R = F/2,7 Le décalage de mise au point est fonction du rayon de courbure et de la distance à l’axe optique : E = d² / 2R Le décalage de mise au point est fonction du rayon de courbure et de la distance à l’axe optique : E = d² / 2R La solution : lunette Petzval ou aplanisseur de champ. Capteur 24x36 ou supérieur possible avec aplanisseur dédié La solution : lunette Petzval ou aplanisseur de champ. Capteur 24x36 ou supérieur possible avec aplanisseur dédié

Les aberrations instrumentales : la courbure de champ Mise au point au centre Mise au point en coin

Les aberrations instrumentales : aplanisseurs de champ

Les aberrations instrumentales : le Newton Aberration principale : coma Aberration principale : coma La longueur de l’aigrette de coma est fonction du rapport F/D et de la distance à l’axe optique : La longueur de l’aigrette de coma est fonction du rapport F/D et de la distance à l’axe optique : L = 3d / 16 (F/D)² La solution : le correcteur de coma (Ross, Wynne). Capteur 24x36 possible avec un excellent correcteur La solution : le correcteur de coma (Ross, Wynne). Capteur 24x36 possible avec un excellent correcteur Attention au dimensionnement du secondaire ! Attention au dimensionnement du secondaire !

Les aberrations instrumentales : le Schmidt-Cassegrain Aberrations principales : coma et courbure de champ, vignetage Aberrations principales : coma et courbure de champ, vignetage Une solution : le réducteur/correcteur Une solution : le réducteur/correcteur Dans tous les cas, ne pas dépasser le format de capteur APS-C Dans tous les cas, ne pas dépasser le format de capteur APS-C

Les aberrations instrumentales : le Ritchey-Chrétien Aberration principale : courbure de champ Aberration principale : courbure de champ Le rayon de courbure dépend des paramètres optiques (courbures primaire et secondaire)‏ Le rayon de courbure dépend des paramètres optiques (courbures primaire et secondaire)‏ La solution : l’aplanisseur. Capteur 24x36 possible avec aplanisseur dédié. La solution : l’aplanisseur. Capteur 24x36 possible avec aplanisseur dédié.

L’échantillonnage C’est l’angle céleste vu par 1 pixel (en “/pixel)‏ C’est l’angle céleste vu par 1 pixel (en “/pixel)‏ Dépend de la taille du pixel (µm) et de la focale (mm) : Dépend de la taille du pixel (µm) et de la focale (mm) : E= 206 p / F 0,60, ,90, ,20, ,91, ,72,1500 6,23,4300 Pixel 9 µm Pixel 5 µm Focale

L’échantillonnage Un échantillonnage très fin impose des contraintes sur le suivi et la turbulence Un échantillonnage très fin impose des contraintes sur le suivi et la turbulence La turbulence en France descend rarement sous 2”, dans certains sites elle est constamment supérieure à 3” La turbulence en France descend rarement sous 2”, dans certains sites elle est constamment supérieure à 3” Au-dessus d’une FWHM de 2 pixels, il y a suréchantillonnage Au-dessus d’une FWHM de 2 pixels, il y a suréchantillonnage Une manière d’alléger l’échantillonnage : le binning Une manière d’alléger l’échantillonnage : le binning

Durée des poses La durée optimale de pose est obtenue lorsque le bruit de lecture est négligeable devant le bruit de fond de ciel La durée optimale de pose est obtenue lorsque le bruit de lecture est négligeable devant le bruit de fond de ciel 8,068 10,0510 6,086 4,124 3,163 2,242 1,411 Bruit combiné Bfc/Bl

La durée totale de pose Le rapport signal/bruit augmente comme la racine carrée du signal Le rapport signal/bruit augmente comme la racine carrée du signal ,412RSBDurée

La durée totale de pose 1 image 4 images 16 images

Segmentation de la durée totale À temps de pose total égal : À temps de pose total égal : Rapport signal sur bruit photonique : inchangé Rapport signal sur bruit photonique : inchangé Rapport signal sur bruit thermique : inchangé Rapport signal sur bruit thermique : inchangé Bruit de lecture : selon racine carrée du nombre de poses Bruit de lecture : selon racine carrée du nombre de poses

Durée optimale de pose unitaire La durée optimale de pose est d’autant plus longue que le fond de ciel est sombre : La durée optimale de pose est d’autant plus longue que le fond de ciel est sombre : Ciel non pollué Ciel non pollué Ou utilisation d’un filtre à bande étroite (Halpha…)‏ Ou utilisation d’un filtre à bande étroite (Halpha…)‏ Typiquement : quelques dizaines de secondes en ciel pollué, quelques minutes en ciel de campagne, quelques dizaines de minutes en CCD et bande étroite Typiquement : quelques dizaines de secondes en ciel pollué, quelques minutes en ciel de campagne, quelques dizaines de minutes en CCD et bande étroite

Le dithering Dithering = décalage aléatoire de quelques pixels entre deux poses successives Dithering = décalage aléatoire de quelques pixels entre deux poses successives => Lissage spatial des défauts résiduels et du bruit des images de prétraitement

APN : Le réglage ISO Le réglage ISO est une amplification électronique ou numérique Le réglage ISO est une amplification électronique ou numérique Rapport signal sur bruit photonique : inchangé Rapport signal sur bruit photonique : inchangé Rapport signal sur bruit thermique : inchangé Rapport signal sur bruit thermique : inchangé Bruit de lecture : évolution dépendant de l’appareil Bruit de lecture : évolution dépendant de l’appareil

APN : Le réglage ISO Evolution du bruit de lecture (électrons)‏

APN : Le réglage ISO Evolution du bruit de lecture (ADU) / valeur ISO Zone optimale

APN : Le réglage ISO Evolution de la dynamique raw (Dxo)‏

APN : nombre de bits utile Evolution de la dynamique raw (Dxo)‏

APN : nombre de bits utile 12 bits 14 bits

Focalisation La plage de bonne mise au point est fonction du carré du rapport F/D et de la tolérance acceptée : La plage de bonne mise au point est fonction du carré du rapport F/D et de la tolérance acceptée : L = ± 8 δλ (F/D)² 0,12 0,08 0,04 0,018 0,004 MAP très bonne 0,2 0,14 0,08 0,04 0,008 MAP correcte 0,410 0,38 0,166 0,084 0,0182 MAP médiocre F/D

Focalisation Une méthode : FWHM et comparateur mécanique Une méthode : FWHM et comparateur mécanique Dilatations thermiques => vérification toutes les heures Dilatations thermiques => vérification toutes les heures

Focalisation Exemples : Exemples : STL11k + FSQ-106 (F=530) : FWHM toujours < 1,5 pixel STL11k + FSQ-106 (F=530) : FWHM toujours < 1,5 pixel STL11k + TOA-150 (F=1100) : FWHM toujours < 2, souvent < 1,5 STL11k + TOA-150 (F=1100) : FWHM toujours < 2, souvent < 1,5

Réalisation des flats Une méthode : feuille blanche et flash photo ou lumière du jour Une méthode : feuille blanche et flash photo ou lumière du jour

Combien d’images de prétraitement ? En ciel profond En ciel profond Une dizaine d’offsets et de darks si dithering (filtrage spatial), un peu plus sinon (RSB offsets/darks ~ RSB brutes)‏ Une dizaine d’offsets et de darks si dithering (filtrage spatial), un peu plus sinon (RSB offsets/darks ~ RSB brutes)‏ Peu de flats suffisent, par exemple 3 (RSB flat >> RSB brutes)‏ Peu de flats suffisent, par exemple 3 (RSB flat >> RSB brutes)‏ APN : possibilité de flat à 100 iso (1 flat à 100 iso = 8 flats à 800 iso) et un seul offset de flat (bruit de photons >> bruit de lecture)‏ APN : possibilité de flat à 100 iso (1 flat à 100 iso = 8 flats à 800 iso) et un seul offset de flat (bruit de photons >> bruit de lecture)‏ En planétaire En planétaire Nombre de flats plus grand qu’en ciel profond (bruit de photons flat ~ bruit de photons brutes), possibilité d’un seul offset de flat Nombre de flats plus grand qu’en ciel profond (bruit de photons flat ~ bruit de photons brutes), possibilité d’un seul offset de flat