L'imagerie du système solaire Daniel Borcard Saint-Roch de lAchigan CAALLongueuil 21 février 2011 Comprendre ses principes pour mieux l'apprivoiser

L'imagerie du L'imagerie du système solairesystème solaire

Daniel BorcardDaniel BorcardSaint-Roch de l’AchiganSaint-Roch de l’Achigan

CAALCAALLongueuilLongueuil

21 février 201121 février 2011

Comprendre ses principes pour mieux l'apprivoiser

Le système solaireLe système solaire

Beaucoup de lumièreBeaucoup de lumière

Beaucoup de détailsBeaucoup de détails

Beaucoup de turbulenceBeaucoup de turbulence

Beaucoup de défis techniques!Beaucoup de défis techniques!

Il offre:Il offre:

Mais l'atmosphère nous oppose:Mais l'atmosphère nous oppose:

Donc, pour atteindre nos buts:Donc, pour atteindre nos buts:

Concept 1: la Concept 1: la résolutionrésolution

Écart (en unités d'angle) des deux points les plus Écart (en unités d'angle) des deux points les plus proches qu'on est capable de distinguer.proches qu'on est capable de distinguer.

La résolution dépend de plusieurs éléments:La résolution dépend de plusieurs éléments:

Le diamètre de l'instrument (résolution absolue)Le diamètre de l'instrument (résolution absolue)

La dimensions des pixels du capteur (résolution photo)La dimensions des pixels du capteur (résolution photo)

La longueur d'onde de la lumièreLa longueur d'onde de la lumière

La turbulence (1 – "La turbulence (1 – "seeingseeing")")

La résolution ne dépend La résolution ne dépend paspas du nombre de du nombre de "mégapixels" de la caméra!!!"mégapixels" de la caméra!!!

La résolution ne dépend La résolution ne dépend paspas du nombre de "mégapixels" du nombre de "mégapixels"

de la caméra!!!de la caméra!!!

Diamètre et résolutionDiamètre et résolution

Résolution (en secondes d'arc):Résolution (en secondes d'arc):

résrés = 120 / diamètre en mm = 120 / diamètre en mm

ExemplesExemples

60 mm de diamètre: 60 mm de diamètre: résrés = 120 / 60 = 2 secondes d'arc = 120 / 60 = 2 secondes d'arc100 mm de diamètre: 100 mm de diamètre: résrés = 120 / 100 = 1.2 seconde d'arc = 120 / 100 = 1.2 seconde d'arc150 mm de diamètre: 150 mm de diamètre: résrés = 120 / 150 = 0.8 seconde d'arc = 120 / 150 = 0.8 seconde d'arc200 mm de diamètre: 200 mm de diamètre: résrés = 120 / 200 = 0.6 seconde d'arc = 120 / 200 = 0.6 seconde d'arc

250 mm de diamètre: 250 mm de diamètre: résrés = 120 / 250 = 0.48 seconde d'arc = 120 / 250 = 0.48 seconde d'arc300 mm de diamètre: 300 mm de diamètre: résrés = 120 / 300 = 0.4 seconde d'arc = 120 / 300 = 0.4 seconde d'arc

Résolution photo: la notion d'Résolution photo: la notion d'échantillonnageéchantillonnage

Le télescope Le télescope projette projette une imageune image

La caméra La caméra reçoit reçoit cette imagecette image

La La surface totale du capteur détermine la du capteur détermine la grandeur du champ photographié photographié

La La dimension d'un pixeldimension d'un pixel détermine détermine l'l'échantillonnageéchantillonnage

L'échantillonnage se mesure en L'échantillonnage se mesure en secondes d'arc par secondes d'arc par pixelpixel

Pour un télescope donné:Pour un télescope donné:

Calcul de l'Calcul de l'échantillonnageéchantillonnage

éch éch = 205 = 205 ×× taille du pixel (µm) / focale (mm) taille du pixel (µm) / focale (mm)

200 mm200 mm 9 µm9 µm 205 205 ×× 9 / 200 = 9.2 sec arc/pixel 9 / 200 = 9.2 sec arc/pixel

ExemplesExemples

500 mm500 mm 5.6 µm5.6 µm 205 205 ×× 5.6 / 500 = 2.3 sec 5.6 / 500 = 2.3 sec arc/pixelarc/pixel


1000 mm1000 mm 5.6 µm5.6 µm 205 205 ×× 5.6 / 1000 = 1.15 sec arc/pixel 5.6 / 1000 = 1.15 sec arc/pixel


2540 mm2540 mm 5.6 µm5.6 µm 205 205 ×× 5.6 / 2540 = 0.45 sec arc/pixel 5.6 / 2540 = 0.45 sec arc/pixel

Résolution photo: la notion d'échantillonnageRésolution photo: la notion d'échantillonnage

***** ATTENTION ********** ATTENTION *****

L'échantillonnage n'est pas la même chose que L'échantillonnage n'est pas la même chose que la résolution !!!la résolution !!!

Pour Pour distinguer deux pointsdistinguer deux points sur une image, il sur une image, il faut que ces deux points tombent sur faut que ces deux points tombent sur deux pixels deux pixels différentsdifférents..

Donc, Donc, la résolution est égale à la moitié de la résolution est égale à la moitié de l'échantillonnage !l'échantillonnage !

La haute résolutionLa haute résolution

En imagerie planétaire, on cherche à atteindre la En imagerie planétaire, on cherche à atteindre la résolution maximale du télescope.résolution maximale du télescope.

Lorsqu'on l'atteint, ont dit qu'on image en Lorsqu'on l'atteint, ont dit qu'on image en haute haute résolutionrésolution..

Pour y arriver, il faut choisir une Pour y arriver, il faut choisir une combinaison de combinaison de focale et de taille de pixels adéquatefocale et de taille de pixels adéquate..

But à atteindre: un échantillonnage égal à la But à atteindre: un échantillonnage égal à la moitié de la résolution maximale du télescopemoitié de la résolution maximale du télescope

Mon exemple

DMK 31AF03.AS et Celestron 9.25

Résolution maximale du télescope: 120 / 2350 = 0,51 seconde d'arc

Taille des pixels de la DMK 31Taille des pixels de la DMK 31: 4.65 µm : 4.65 µm

1024 x 768 pixels1024 x 768 pixels

Mon exempleMon exemple

DMK 31AF03.AS et Celestron 9.25DMK 31AF03.AS et Celestron 9.25

Échantillonnage Échantillonnage à F/10: à F/10: 205 205 ×× 4.65 / 2350 = 4.65 / 2350 = 0,41 seconde d'arc par pixel0,41 seconde d'arc par pixel

Résolution Résolution à F/10: à F/10: 2 2 ×× 0,41 = 0,41 = 0,82 seconde d'arc0,82 seconde d'arc

=> n'exploite pas tout le potentiel du C9.25 (0,51") => n'exploite pas tout le potentiel du C9.25 (0,51") mais permet de belles mosaïques lunairesmais permet de belles mosaïques lunaires

13 août 2009C 9.25 F/10, DMK31

Filtre vert4 tuiles

DMK 31 et Celestron 9.25DMK 31 et Celestron 9.25

Échantillonnage Échantillonnage à F/20: à F/20: 205 x 4.65/4700 = 205 x 4.65/4700 = 0,205 seconde d'arc par pixel0,205 seconde d'arc par pixel

Résolution Résolution à F/20: à F/20: 2 x 0,205 = 2 x 0,205 = 0,41 seconde d'arc0,41 seconde d'arc

Exploite tout le potentiel du C9.25 (0,51") !Exploite tout le potentiel du C9.25 (0,51") ! Haute résolution!Haute résolution!

13 août 200913 août 2009C 9.25 F/20, DMK31C 9.25 F/20, DMK31

Filtre vertFiltre vertExcellent seeing!Excellent seeing!

Mon choix: DMK 31AF03.ASMon choix: DMK 31AF03.AS

Jupiter, 13 août 2009Jupiter, 13 août 2009

La lutte contre la turbulenceLa lutte contre la turbulence

1. Adaptation au seeing à l'aide de 1. Adaptation au seeing à l'aide de filtresfiltres

2. Des images, des images, encore 2. Des images, des images, encore des images...des images...


Plus la longueur d'onde est grande, plus la résolution décroît, et moins on est sensible à la

turbulence.

Adaptation au seeing à l'aide de filtresAdaptation au seeing à l'aide de filtres

Excellent seeing: filtre Excellent seeing: filtre bleubleu ou ou vertvert Seeing moyen: filtre Seeing moyen: filtre rougerouge Mauvais seeing: filtre Mauvais seeing: filtre infrarougeinfrarouge


Filtre infra-rouge

Filtre vert

Accumulation d’images

Plus on en accumule, plus on a de choix!Plus on en accumule, plus on a de choix!

Il faut donc accumuler le plus d'images en aussi Il faut donc accumuler le plus d'images en aussi peu de temps que possible. Pour cela, il faut:peu de temps que possible. Pour cela, il faut:


• un détecteur sensible pour permettre des temps de pose courts: caméra spécialisée, webcam, caméra vidéonumérique;

• la capacité d'enregistrer rapidement les images sans avoir recours à la compression

Sélection d’images

Le principe consiste ensuite à trier les images par qualité et retenir les meilleures.

À cet effet, le programme le plus connu et le plus polyvalent est REGISTAX.


http://www.astronomie.be/registax/index.html

RegiStaxRegiStax

• • Auteur: Auteur: Cor BerrevoetsCor Berrevoets

• • Lecture de Lecture de fichiers vidéofichiers vidéo au format .avi. au format .avi.

• • Lecture d'Lecture d'ensembles d'images fixesensembles d'images fixes au au format .bmp.format .bmp.

• • SélectionSélection automatique et automatique et alignementalignement des images. des images.

• • CompositageCompositage par addition pondérée par la qualité. par addition pondérée par la qualité.

• • Traitement par Traitement par ondelettesondelettes..

• • Et une multitude d'autres options...Et une multitude d'autres options...

Tri des imagesTri des images

Truc # 1Truc # 1

Usage de Registax pour le Usage de Registax pour le tri manuel assistétri manuel assisté des images des images

Registax permet l'Registax permet l'affichage de la liste d'imagesaffichage de la liste d'images..

On peut y sélectionner On peut y sélectionner manuellementmanuellement les images à retenir. les images à retenir.

Deux approches:Deux approches:

• • quand la majorité des images sont bonnes:quand la majorité des images sont bonnes:

sélection rétrogradesélection rétrograde

• • quand beaucoup d'images sont mauvaises:quand beaucoup d'images sont mauvaises:

sélection progressivesélection progressive

Cette sélection se fait à la Cette sélection se fait à la première étapepremière étape (fenêtre Input) (fenêtre Input)

RegiStaxRegiStax

Exemple:

Soleil, 4.11.2004, 15h41 TU

Lunette 105mm F/6, Barlow 3x

Philips ToUCam Pro, 54 images



Traitement des imagesTraitement des images

Truc # 2Truc # 2

Usage de Registax pour le Usage de Registax pour le traitementtraitement des images des images

D'habitude, ça se passe comme ceci:D'habitude, ça se passe comme ceci:

Image brute compositée (32 images)Image brute compositée (32 images)

Image traitée aux ondelettesImage traitée aux ondelettes


Truc # 2Truc # 2

Usage de Registax pour le Usage de Registax pour le traitementtraitement des images des images

D'habitude, ça se passe comme ceci:D'habitude, ça se passe comme ceci:


Oups! Traitement exagéré!Oups! Traitement exagéré!


Truc # 2

Usage de Registax pour le traitement des images


Image finale après ajustement des Image finale après ajustement des niveauxniveaux

Truc # 3 Truc # 3 Élimination des lignesÉlimination des lignes

Certaines images vidéo numériques ont des lignes apparentes:Certaines images vidéo numériques ont des lignes apparentes:

Détail agrandi (200%)Détail agrandi (200%)

Truc # 3 Truc # 3 Élimination des Élimination des ligneslignes

L'élimination des lignes se fait ainsi:L'élimination des lignes se fait ainsi:


1.1. DoublementDoublement de la résolution de l'image (ex. 72 de la résolution de l'image (ex. 72 144 dpi) 144 dpi)

2.2. Flou gaussienFlou gaussien p.ex. de diamètre 2.5 pixels p.ex. de diamètre 2.5 pixels

3.3. DivisionDivision de la résolution par 2 (ex. 144 de la résolution par 2 (ex. 144 72 dpi) 72 dpi)

4.4. Masque flouMasque flou, p.ex. 100%, diamètre 1.5 pixel, seuil 2 niveaux., p.ex. 100%, diamètre 1.5 pixel, seuil 2 niveaux.

Truc # 3 Truc # 3 Élimination du grain et des Élimination du grain et des ligneslignes


Taille doubléeTaille doublée Flou gaussienFlou gaussien Taille réduiteTaille réduiteMasque flouMasque flou

... et la couleur, alors ???... et la couleur, alors ???

La couleur est inutile pour:La couleur est inutile pour:

- le Soleille Soleil

- la Lunela Lune

Par contre, elle est utile, et surtout esthétique pour Par contre, elle est utile, et surtout esthétique pour les planètes!les planètes!

Deux voies:Deux voies:

Caméra couleur

Caméra monochrome avec filtres

Pourquoi une caméra Pourquoi une caméra monochromemonochrome??

Plus sensiblePlus sensible

En général non filtrée => spectre plus étenduEn général non filtrée => spectre plus étendu

Tous les pixels sont utilisés lorsqu'on emploie un Tous les pixels sont utilisés lorsqu'on emploie un filtre coloréfiltre coloré

Donc, imagerie possible en infrarouge et Donc, imagerie possible en infrarouge et ultravioletultraviolet

AvantagesAvantages


Pourquoi une caméra monochrome?Pourquoi une caméra monochrome?

Systèmes optiques avec lentilles: on doit utiliser un Systèmes optiques avec lentilles: on doit utiliser un filtre anti-IR et/ou anti-UVfiltre anti-IR et/ou anti-UV

Emploi obligatoire de filtres colorés pour faire de l'imagerie couleur.

Cela cause des problèmes si la planète tourne rapidement (Jupiter, Saturne).

Coûts additionnels.

InconvénientsInconvénients

Pourquoi une caméra Pourquoi une caméra couleurcouleur??

Pas besoin de filtres colorésPas besoin de filtres colorés

On obtient rapidement des images couleurOn obtient rapidement des images couleur

Moins coûteuseMoins coûteuse

Manipulation plus simpleManipulation plus simple

AvantagesAvantages

Souvent munie d'un filtre anti-IR incorporéSouvent munie d'un filtre anti-IR incorporé

Pourquoi une caméra Pourquoi une caméra couleurcouleur??

Résolution moins bonne: par carré de 4 pixels, 2 Résolution moins bonne: par carré de 4 pixels, 2 verts, 1 bleu et 1 rougeverts, 1 bleu et 1 rouge

Imagerie spéciale (UV, IR) impossibleImagerie spéciale (UV, IR) impossible

Sensibilité plus faible (les filtres sont devant les Sensibilité plus faible (les filtres sont devant les pixels en permanence)pixels en permanence)

InconvénientsInconvénients

Mon exemple:Mon exemple:Celestron 9.25, webcam Philips ToUCam ProCelestron 9.25, webcam Philips ToUCam Pro

ToUCam Pro: 640 x 480 pixels

Taille des pixels: 5.6 µm

C 9.25 avec barlow 2x

Échantillonnage: 0.24 sec. d'arc par pixel

Résolution: 0.48 seconde d'arc

C 9.25 avec barlow 3x

Échantillonnage: 0.16 sec. d'arc par pixel

Résolution: 0.32 seconde d'arc

ExemplesExemples

Résolution instrument: 0.51 sec d'arcRésolution instrument: 0.51 sec d'arcÉchantillonnage: 0.16 sec. d'arc par pixelÉchantillonnage: 0.16 sec. d'arc par pixel

Mars le 31 juillet 2003 7h02 TUMars le 31 juillet 2003 7h02 TU

Celestron 9 1/4 (235 mm), Televue Big Barlow 2x Celestron 9 1/4 (235 mm), Televue Big Barlow 2x avec bague allonge (environ F/30).avec bague allonge (environ F/30).

Webcam Philips ToUcam Pro. 220 images.Webcam Philips ToUcam Pro. 220 images.

ExemplesExemples


Mars le 22 octobre 2005 à 6h23 TU. Mars le 22 octobre 2005 à 6h23 TU. Celestron 9.25, barlow 3x, ToUcam Pro, 110 images.Celestron 9.25, barlow 3x, ToUcam Pro, 110 images.

ExemplesExemples


Couche "Couleurs"Couche "Couleurs"Couche "Détails"Couche "Détails"

Image combinéeImage combinéeOpacité L: 81%Opacité L: 81%

Jupiter, 27 février 2004. Celestron 9.25, Barlow 3x, Philips ToUcCam Pro. 200 imagesJupiter, 27 février 2004. Celestron 9.25, Barlow 3x, Philips ToUcCam Pro. 200 images

"Pseudo – LRGB planétaire"

ExemplesExemples


26 au 27 mars 2005. Celestron 9.25, barlow 3x, Philips ToUCam Pro. Compositages Registax 3 (de 76 à 120 images individuelles)

ExemplesExemples


Saturne, 5 février 2004. Celestron 9.25, barlow 3x, Philips ToUCam Pro. Compositage Registax 3 de 220 images individuelles.

ExemplesExemples


Division d'Encke (?)

Encore une autre notion:

La DÉFINITION

Définition: capacité de percevoir un détail

Dépend de beaucoup de facteurs, dont le contraste et la forme du détail.

P.ex. un détail linéaire est beaucoup plus facile à voir qu'un point.

Exemples avec d'autres instrumentsExemples avec d'autres instruments

ExemplesExemples


Vénus, automne 2007 – 1 prise de vues par 15 jours Vénus, automne 2007 – 1 prise de vues par 15 jours Lunette Lunette AP 105 mm F/6AP 105 mm F/6. Barlow 2x. Caméra DMK 31.. Barlow 2x. Caméra DMK 31.

ExemplesExemples


Jupiter, le 11 avril 2003 1h20 TU. Satellites (de gauche à droite): Europa, Jupiter, le 11 avril 2003 1h20 TU. Satellites (de gauche à droite): Europa, Callisto et Io. Callisto et Io.

Lunette Lunette Meade ED APO Meade ED APO 127 mm127 mm F/9 F/9. Barlow 2x. Philips ToUcam Pro. 237 . Barlow 2x. Philips ToUcam Pro. 237 images.images.

ExemplesExemples

Jupiter, le 14 septembre 2005. Jupiter, le 14 septembre 2005. Lunette Lunette AP 105 mm F/6AP 105 mm F/6. Barlow 2x + 3x. Philips ToUcam Pro. 50 images.. Barlow 2x + 3x. Philips ToUcam Pro. 50 images.


Merci de votre attention!Merci de votre attention!

Documents

L'imagerie du système solaire Daniel Borcard Saint-Roch de lAchigan CAALLongueuil 21 février 2011 Comprendre ses principes pour mieux l'apprivoiser