Traitement d'images
Tout serait trop beau s’il suffisait de prendre une photo et de la visualiser. Outre les problèmes récurrents de suivi, d’autres difficultés attendent l’astro-photographe. En effet, tout capteur numérique génère à la fois du bruit thermique (image 1) et des pixels chauds (image 2), qui se traduisent par des points bleus et rouges. Ces pixels chauds, sont d’autant plus présents que les durées d’exposition sont longues ou que la température est élevée. Ici, l’image 2 a été réalisée avec un canon EOS 300D et une pose de 10 mn avec une sensibilité de 800 iso et à une température de 24°C.
Pour corriger ces bruits résiduels qui polluent les images, il faut effectuer un traitement nommé dark , qui consiste à soustraire numériquement ces imperfections de l’image originale. La disparition de ces bruits propres au capteur, permet d’améliorer considérablement une image numérique. Pour illustrer l’incidence de cette « soustraction », l’exemple ci-dessous reprend un cliché brut (A) que j’ai réalisé en longue pose avec une webcam sur la galaxie M82. Le dark (B) n’étant autre qu’une image réalisé en occultant le capteur CCD de la caméra, de manière à ce que ce dernier ne reçoive aucune lumière extérieure. Le dark devra également être réalisé dans les mêmes conditions que celles utilisées pour le cliché brut (A), tant au niveau du temps de pose que de la température ou des autres réglages, car il faut noter que tout capteur génère un bruit différent à partir du moment où on modifie un de ses paramètres d’utilisation.
A partir de l’image brute (A), on soustrait donc numériquement le dark (B). La flèche en pointillés jaunes montre la zone où le bruit thermique est le plus intense. Ce bruit est ici dû au fait que les capteurs numériques sont entourés de composantes électroniques qui dégagent de la chaleur ainsi que des rayonnement situés dans la partie infrarouge du spectre. L'œil humain est insensible à ces fréquences, mais ce n'est pas le cas des capteurs CCD qui équipent ces caméras. On constatera que suivant la nature de l’appareil utilisé, ces zones peuvent être localisées différemment. Dans l’exemple présent, le bruit est issu d’un circuit intégré servant d’amplificateur au capteur CCD de la webcam (L’image en haut à gauche issue du capteur d’un APN, montre quand à elle deux sources distinctes d’infrarouge). La soustraction du dark représente le traitement minimum d’une image. Après ce traitement (image C), persistent encore des imperfections qui sont corrigibles, comme on pourra ci-après.
Le traitement complet inclut le dark dont je viens de parler, mais aussi l’offset (ou BIAS) et le flat. Le BIAS est un cliché réalisé dans l’obscurité, avec une vitesse d’exposition la plus rapide possible (1.000ème de seconde ou plus). Il fait uniquement apparaitre le signal de pré-charge du capteur. Ce signal étant toujours le même pour un appareil donné, quel que soient les réglages utilisés, il suffit d’en réaliser un seul qui sera définitivement conservé et systématiquement soustrait de tous les clichés réalisés avec cet appareil. Le flat ou PLU (Plage de Lumière Uniforme), corrige quand à lui les défauts liés au montage optique et s’obtient en réalisant une image d’un fond neutre, avec l’appareil monté sur le télescope dans les mêmes conditions que pour l’astrophotographie. Comme le montre les illustrations ci-dessous, cette image factorise numériquement l’image initiale , ce qui corrige les défauts comme le vignetage. Elle permet également de gommer les éventuelles poussières présentes sur le capteur ou les éléments optiques de l’instrument.
Pour illustrer l’impact d’un traitement complet, j’ai traité des images brutes (comme celle à gauche, ci-contre) prises avec un APN réglé sur 3 min de pose et une sensibilité de 400 iso. Le traitement correctement effectué doit être significatif. En pratique, j’ai stacké (empilé) plusieurs clichés bruts (voir page suivante), ce qui à pour eu pour effet d’améliorer la dynamique de l’image finale.
Les images ci-dessous sont une partie d’une série de quatorze, réalisées avec une Webcam modifiée, utilisée en longue pose sur la nébuleuse de la lyre (M57). Le temps de pose est de 20s pour chaque cliché. Une solution, pour gagner en dynamique d’image consiste à cumuler toutes ces images en une seule image résultante. Un logiciel comme Registax permet cette opération. Il suffit de charger tous les clichés, de centrer le sujet principal dans un cadre et de laisser le logiciel réaliser un alignement. Pendant cette phase d’alignement, le logiciel est capable, s’il y a lieu, d’éliminer les images de mauvaise qualité de soustraire les dark , d’appliquer la correction de PLU et de retoucher les paramètres numériques de l’image.
Ci-contre, on peut comparer un détail de l’image brute (1) et le même détail (2) de l’image résultant du cumul des clichés bruts après traitement. Le résultat est convaincant. Ce procédé d’empilement d’images permet d’obtenir une image équivalente à celle que l’on obtiendrait si on effectuait un temps de pose équivalent aux temps de pose cumulés de la totalité des images brutes (sans pour autant subir l’accroissement de la densité de pixels chauds ou les bruits inhérents à l’élévation de la température du capteur). Soit, dans notre exemple 14 x 20 sec = 280 sec de pose (prés de 5 mn) tout en minimisant de surcroit les risques de "bougé" liés aux erreurs périodiques de la monture plus marqués lors de longues poses. En pratique, il n’est pas rare de compiler plusieurs dizaines d’images issues d’un APN ou centaines d’images issues d’un fichier vidéo.
J’utilise principalement ces logiciels:
Une liste de logiciels téléchargeables, utiles pour l’astronomie est également disponible sur Astrosurf