M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Traitement d'images en Astronomie Mireille Louys TPS /Master IRIV Option 3A ATI.

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1 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Traitement d'images en Astronomie Mireille Louys TPS /Master IRIV Option 3A ATI

2 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Objectif du traitement d'image 1. Retrouver un signal physique interprétable ● connaître la chaîne d'acquisition et les défauts (artefacts) inhérents à chaque étape. → Restoration ● calibrer sur les axes physiques : → Calibration ● Spatial : position sur le ciel ● Spectral : longueur d'ondes, fréquence, énergie ● Temporel : temps ● Flux, brillance de surface, etc.. 2. Collecter des mesures physiques sur les objets observés → Interprétation

3 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique D'après cours TI 2006 d'André Jalobéanu

4 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique D'après cours TI 2006 d'André Jalobéanu Modéliser la fonction de transfert de la chaîne instrumentale

5 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Restoration ● Supprimer les effets de la fonction de l'instrument ● Bruit de fond ● Non uniformité spatiale du détecteur ● Aberrations optiques ● Effet des turbulences atmosphériques (seeing) ● Artefacts ● Normalisation du fond ● Cf cours André Jalobeanu : ● astroproc_6_verylow.pdf, (Même archive )

6 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Calibration ● Poser toutes les mesures dans un même système de référence ● Calibration astrométrique ● Caler les coordonnées des objets observés sur des sources standards de positions connues (catalogues de références) ● Déduire une transformation linéaire ou polynomiale: Position pixel → Position ciel F : (x,y) → RA, Dec (right ascension, declination) ● Calibration photométrique ● Comparer le flux mesuré par rapport à des sources de magnitudes connues ● Déduire la fonction de calibration photométrique magnitude m= f ( densité intégrée (s)), s la source observée

7 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Pipeline de calibration ● Définition C'est l'ensemble des opérations qui vont permettre la restoration (suppression des artefacts, du bruit, estimation du fond de ciel) et la calibration astrométrique et photométrique ● Décrit sur les sites de chaque grand projet ● Met en œuvre des « workflows » et des données multiples, avec des paramètres instrumentaux ● Exemple pipeline WISE WISE project/ ADASS 2011WISE project/ ADASS 2011 cf. Fichier ADASS_XXI_I01_Cutri-WISEProject.pdf

8 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Interprétation ● Séparer bruit et signal ● Décomposer et dé-corréler l'information 'signal' à base de modèles des objets observés : ● Décomposition en composantes ● Composantes statistiques : ● ACP : analyse en composantes principales ● ACI : analyse en composantes indépendantes ● Composantes physiques : ● modèle de galaxies (B.Perret) ● Cf Fichier BperretgalaxyModelSummary.pdf ● Décomposition en échelles ds le signal (wavelets) ● Retrouver des composantes physiques débruitées

9 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Des données hétérogènes ● En astronomie il n'y a pas de « vérité terrain » comme en télédétection ● Interpréter nécessite de croiser les données observées ● Avec des données standard calibrées (catalogues) ● Avec d'autres observations ● Croiser les informations de différents modes d'observations : ● Images et catalogues de sources ● Images de bandes spectrales différentes ou de dates différentes (phénomènes transitoires) ● Spectres de sources détectées dans une image ● etc...

10 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Portails vers les données en ligne ● Hubble Legacy Archive http://hla.stsci.edu/http://hla.stsci.edu/ ● Sloan Digital Sky Survey http://www.sdss.org/http://www.sdss.org/ ● ESO Archive ● CDS portal http://cds.unistra.fr/http://cds.unistra.fr/ ● Images : Aladin skyserver ● Objects : Simbad ● Catalogs : Vizier ● Califa http://califa.caha.es/?q=node/1 http://califa.caha.es/?q=node/1

11 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Des données complexes N-D ● N=1 spectres en longueur d'onde, énergie ou frequence flux=f(λ) ou f(E) ou f( υ ) ● N=2 images ● Carte de luminosité, flux=f(pos) ● Carte de vitesse, v=f(pos) ● N>= 3 ● 2D+t, séries temporelles ● 2D+λ, cubes en longueurs d'ondes, f(x,y,λ) ● 3D+t, cubes en longueurs d'ondes et variant selon le temps f(x,y,λ,t)

12 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Spectrographie 3D : Tiger ● http://www-obs.univ-lyon1.fr/labo/oasis/ A. P´econtal-Rousset, R. Bacon, Y. Copin 1, E. Emsellem, P. Ferruit, E. P´econtal

13 ● Carte en redshift synthétisant les objets simulés dans un cube IFU en wide field mode MUSE http://muse.univ- lyon1.fr/spip.php?article99&lang=fr Performances : ● Large couverture spectrale ● Bonne sensibilité profondeur ● Haute résolution spatiale (avec optique adaptative) ● Champs relativement étendus ● Bonne stabilité → intégration sur plusieurs poses

14 ● Système d'optique adaptative GALACSI ● 2 modes d'imagerie ● Wide Field Mode (WFM) ● Narrow Field Mode (NFM). ● Field splitter and separator --> 24 subfields. ● For each IFU the light travels to ● the image slicer → 48 slices. ● Spectrograph : disperses the light as a function of its wavelength (color) ● CCD MUS E

15 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Combiner des données hétérogènes ● But ● But : Combiner diff. images enrichit l'interprétation physique de la zone ou de l'objet observé ● Analogie avec les SIG (systèmes d'informations géographiques) ● On cherche la complémentarité des observations : ● Comparer des sources → cross-match de tables ou catalogues ● Comparer des images → superposition, recalage, fusion ● Toute image calibrée en astrométrie peut être reprojetée sur le ciel selon le système de coordonnées choisi ● La superposition n'est souvent pas directement réalisable: ● La résolution spatiale varie selon les longueurs d'ondes ● Ré-échantillonnage souvent nécessaire

16 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Images multibandes ● Intérêt de l'apport en bandes ● Décompositions utiles pour décorréler l'information http://cdsweb.u-strasbg.fr/MDA/mda/images.html Messier 82 1660n m 2120n m 1130nm

17 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Applications de visualisation dédiées

18 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Portails génériques et applications interopérables ⇨ ALADIN in the VO ⇨ Portail de visualisation ⇨ Services standards de l'observatoire virtuel ⇨ Spectres, light curves: VOSpec, Iris ⇨ Tables, catalogues : Topcat ⇨ Ressources : Registry (annuaire) et archives ⇨ Centre de données: Simbad, Vizier, CADC,ESAC, etc ⇨ Dédiées aux projets : HST, Heasarc, SDSS, CXC, XMM, CFHT-LS, HERSCHEL, etc..

19 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Portail et plug-in Plugin : Visualisation 3D extension des performances 2D à 2D + λ ● Documentation http://lsiit-miv.u- strasbg.fr/paseo/cubevisualization.phphttp://lsiit-miv.u- strasbg.fr/paseo/cubevisualization.php ● Exemple d'utilisation ( demo) Communication entre application via un standard d'échange : SAMP ● Aladin ← SAMP → Topcat, VOSpec, etc ● TAPHandle ← SAMP → Aladin, VOView, etc.

20 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Image processing Workflows (1) ● Recalage ● Ré-échantillonage ● Appariement, repérages de sources

21 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique WF 2: SWARP ● Recalage et co-addition d'images Terapix CFHT-LS

22 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique WF3: SCAMP calibration astrométrique ● Calibration astrométrique pour les images obtenues dans le survey CFHT-LS (Terapix archive)

23 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Objectifs scientifiques ● Detection de sources ● Cf Sextractor in astroproc_9_high.pdf AJ ● Detection de galaxies à faible brillance de surface ● Cf. Fichier : LouysLSBGalaxiesDetection.ppt ● Classifications de galaxies ● Classification de Hubble ● Projet Effigi : cf EffigiRapportAntonyBaillard.pdf ● Classification spectro- morphologique → next

24 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Classification de sources étendues galaxies ● B. Perret: Thèse doctorat, "Caractérisation multibande de galaxies par hiérarchie de modèles et arbres de composantes connexes" ● Construire une description spectro-morphologique à partir d'une décomposition en diverses caractéristiques spatiales extension, aplatissement, rapport bulbe/disque, ● présence d'une barre stellaire, d'une structure spirale plus ou moins développée, de zones d'absorption, … ● Classification morphologique/B.Perret Classification morphologique/B.Perret ● http://lsiit-miv.u-strasbg.fr/paseo/galaxyclassification.php http://lsiit-miv.u-strasbg.fr/paseo/galaxyclassification.php

25 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Décompositions en ondelettes ● Initié en astronomie par Albert Bijaoui ● Cf references chez Stark et coll. ● Choisir une autre base de représentation qui dégage les principales structures composant un champ ● Différentes familles de décomposition : ● Ondelettes filtres passe bandes ● A trous ● Filtrage médian en échelle : Pyramidal Median Transform

26 M.Louys, Traitement d'image en Astronomie, Master IRIV Telecom Physique Bibliographie ● Analyse: ● Détection de sources : ● http://www.astromatic.net/software/sextractor http://www.astromatic.net/software/sextractor ● Classifications ● Classification de Hubble, Spitzer Spitzer GalaxiesSpitzer Galaxies ● Décomposition en échelles Wavelet: aWavelet Tour of signal processing, S. Mallat, Academic Press, 1998. Wavelet: Image Processing and Data Analysis, Starck et al, Cambridge University Press, 1998 ● http://jstarck.free.fr/jstarck/Tutorials.html http://jstarck.free.fr/jstarck/Tutorials.html