CCD. FONCTIONNEMENT DU CCD Forme générale : une matrice de photosites (appelés aussi pixel, i.e....

CCD

FONCTIONNEMENT DU CCD

•Forme générale : une matrice de photosites (appelés aussi pixel, i.e. : picture element)

• CCD =charge coupled device =dispositif à couplage de charge

• Mode de lecture de l’information : transfère de charges

• Autres modes de lecture

TRANSFERT PAR DEMI TRAME

TRANSFERT INTERLIGNE

• Les capteurs couleur : Ce sont des capteurs trichromes : à partir

des couleurs élémentaires rouge, vert et bleu, on reconstruit une information couleur

• Refroidissement : l’agitation thermique est génératrice de bruit, sur la plus part des cameras, il est limité par refroidissement de –15 à –100°c

environ. Refroidissement à l’azote (pro.) Refroidissement

par module pelletier

• Le signal est amplifié puis converti des valeurs analogiques à des valeurs numériques

• L’information finale est codée en valeurs entières d’ADU (Analogic Digital Unit)

1 ADU = N.e- N est une valeur entière

Le nombre maxi d’ADU dépend de la finesse du codage qui sera au mini de 8 bits (256 niveaux)

Les caméras astro sont souvent codées sur 15 bits (32767 niveaux)

L’IMAGE

• L’images :C’est la traduction des ADU en niveaux

de gris du noir au blanc

• La visualisation : On va visualiser l’image entre 2 valeurs

d’ADU, un seuil bas et un seuil haut.valeur ADU < seuil bas => visu noirvaleur ADU> seuil haut => visu blanc

LE PRETRAITEMENT

• Les défauts d’une image CCD-le signal thermique lié à l’agitation thermique des

atomes du CCD

-Le signal d’offset : le CCD est pré chargé pour ne pas avoir de valeurs négatives

-Variation spatiales de sensibilité lié à : *des défaut optique du télescope* des poussières sur l’optique ou la vitre du capteur*la sensibilité propre de chaque pixel qui varie

-le bruit : Le bruit thermique et le bruit de photons sont liés à la nature discrète des signaux correspondants (électrons et photons) et varient comme la racine carrée de ces signaux.

• Traduction des ces défauts :

Le dark : T=Tpose

L’offset : T=0s

Le flat field : T1/2 saturation

• LE PRETRAITEMENT: il consiste à corriger les défauts corrigibles de l’image (tout sauf le bruit)

Pour corrigé l’image brute du biais d’offset et du courrant d’obscurité, il faut soustraire le Dark à l’images brute (l’offset est contenu dans le Dark)

On a donc : Image brute – Offset – (Dark – Offset) = Image brute – Dark

Pour corriger les variations spatiales de sensibilité, on utilise l’image de Flat Field

Coupe d’image sur une ligne en X

IMAGE BRUTE – DARK

---------------------------------------------------------------------- X CONSTANTE FLAT – OFFSET

(Constante = moyenne des pixels du Flat)

TRAITEMENT D’IMAGE

ANALYSE

• REDUCTION DU BRUIT Le bruit provient du signal (parasite et objet observé), il est dû à la

nature discrète de la lumière. Dans une image brute, les lois statistiques nous apprennent que le

niveau moyen de bruit est proportionnel à la racine carrée du signal.=> le niveau de bruit augmente moins vite que le signale lorsque

le temps de pose s’allonge

=> le compositage des images améliorera la rapport signal/bruit d’un facteur √ n :

(S/B) n images = √ n (S/B) 1 images

• TRANSFORMER UNE IMAGEEXEMPLE 1 : les ondelettes

EXEMPLE 2 : Visualisation logarithmique

L’ECHANTILLONAGE :

• L'échantillonnage représente la portion angulaire du ciel vue par un pixel du capteur CCD.

L'échantillonnage E (en secondes d'arc par pixel) est lié à la taille du pixel P (en microns) et à la focale F (en mm) de l'instrument par la formule :

E = 206 P/F

• En haute résolution, la théorie et la pratique montrent qu'une bonne valeur de base, dans des conditions favorables, est d'environ le double de la fréquence spatiale maximale. C'est l'échantillonnage de Nyquist. Si D est le diamètre de l'instrument et l la longueur d'onde de la lumière, il vaut (en radian par pixel) :

EN = landa/2D

• En ciel profond on est limité par la turbulence, qui est en général de l’ordre de 2  arcsecond, on adoptera dans ce cas un échantillonnage de 1 arcsecond/pix environ.

• ANALYSE : Photométrie :

Astrométrie :

INSTRUMENTATION

LE MARCHER AMATEUR

• QUELQUES CCD DU COMMERCE :

SBIG (www.sbig.com) :

Quelques prix : ST2000 : 3500$ST1001 : 6800$ST10 : 7000$ST7 : 2300$

• PROJET AUDINE : La caméra développée par des amateurs français :A monter en kit ou a faire assembleravec un Kaf 400E : 600€ à 1300€….. elle a tout d’une grande …..

• LES CAMERAS SCR (www.synocom.net)

La SCR 1300 XTCapteur cmos1024X1280 pixels couleur de 6µX6µ : 750€ !!

Technologie cmos, l’avenir, … :

• STARLIGHT (www.astronome.fr) :

Quelques prix : MX7C : 752x582 pix couleur 2130€HX516 : 660x494 pix 1820€Mode de lecture demi trame

• ET ASTROCAM… Les webcam Philips sont les mieux adaptés elles permettent d’obtenir de bons

résultats en imagerie planétaire. Il est possible de faire 5im/sec grâce à l’usb et au mode de lecture demi trame

TOUCAM PRO (90€) 640x480 5.6µx5.6µ

VESTA PRO (45€) mode de lecture demi trame

(plus difficile a trouver)640x480 5.6µx5.6µ

ADAPTATION : http://www.bbayle.com/DANNY.htmlDANNY LOUDECHE