Morceaux de ciel

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Projet d'astro-photographie collaborative - Essais

L'idée d'empiler des images brutes en provenance de différentes sources peut poser beaucoup de problèmes, parmi lesquels :

  • La taille (ou l'échantillonnage) ainsi que l'orientation qui change d'un setup à l'autre
  • La quantité de signal qui varie en fonction de chaque couple instrument/imageur.
  • Les informations de calibrage (dark/offset) qui changent en fonction de l'imageur.
  • Les effets optiques différents d'un instrument à l'autre : vignettage (et flat field), chromatisme, aigrettes de diffraction.
  • Pour la couleur : l'étalonnage des canaux RVB afin d'obtenir une image "équilibrée".

Afin de valider le principe, un test a été effectué en combinant deux séries d'images, l'une prise avec une Lunette de 80mm (Orion 80ED) et l'autre avec un SCT de 280 mm (C11). Chacun avec une camera CCD différente. Le test porte sur M27, la nébuleuse de l'haltère, sur la couche Halpha. Voici les brutes de départ :

Les poses sont les suivantes :

  • Coté 80 ED : 6 brutes de 10 minutes
  • Coté C11 : 3 poses de 5 minutes

Merci à Goto24 pour le prêt de ses brutes !

Protocole de pré-traitement

Tout d'abord, il faut noter que la plupart des logiciels d'aujourd'hui réalisent un empilement "automatisé" en enchainant les étapes suivantes : calibrage / recalage (position et orientation), mise à la même moyenne puis empilement proprement dit es images. Dans notre cas il faut éviter d'utiliser ces automatismes, ne serait-ce que pour le calibrage qui varie d'une CCD à l'autre.

Afin d'adresser les problèmes cités précédemment, le protocole suivant a été suivi. J'ai utilisé Prism pour faire le test, mais tout bon logiciel de pré-traitement (Iris par exemple) fera aussi bien.

1) Calibrage -indpendant- de chaque image

retrait du dark et de l'offset, et application du flat sur chaque brute. Sauvegarde des brutes calibrées pour la suite

2) Recalage des images

Le recalage doit se faire en deux temps :
- Agrandissement manuel (à la louche) des images plus petites, de facon à avoir un échantillonnage proche pour toutes les brutes. Il s'agit d'aider le logiciel qui va prendre en charge le recalage (les algorithmes de recalage ne sont pas magiques et ne peuvent pas tout deviner).
- Utilisation de la fonction de recalage du logiciel, avec prise en charge de latranslation / agrandissement et rotation des brutes.
Enfin, sauvegarde des brutes recalées.

3) Ajustage du signal

Un empilement réaliste des images nécéssite que le signal (visible à l'histogramme) soit relativement similaire pour toutes les images. Il y a plusieurs faons d'aligner les images entre elles :
- Mettre les images à la même moyenne. Ceci va compenser des temps de pose différents / force de signal différents.
- Appliquer un coefficient multiplicateur. Cela revient à "étirer" les histogrammes, ce qui va compenser les différence en dynamique en fonction des capteurs.
- Aligner les signaux pour avoir un fond de ciel identique. Cela revient a "décaler" les histogrammes pour qu'ils soient tous alignés.

Dans le cas présent, les deux séries d'images sont assez similaires (conversion A/D en 16 bit, donc une dynamique résultante dans le même ordre de grandeur, et les images en Halpha sont plus simples en termes de signal), j'ai donc simplement ajusté la moyenne et le fond de ciel entre images.

4) Empilement

Vient l'empilement proprement dit. Plusieurs méthodes d'empilement sont accessibles :

  • Addition par "moyenne". A priori la plus indiquée pour des images de provenance différente, mais le résultat est décevant. De plus, beaucoup d'artéfacts variables d'une image à l'autre subsistent (pixels chauds, halos, effets de la redimension des images...). Cette méthode ne permettra pas non plus de gérer les différences d'aigrettes.
  • Addition par "mediane". Plus efficace contre les artefacts, mais cette méthode nécéssite des images rigoureusement identiques, ce qui sera difficile à obtenir avec une grande varieté de setups. Le résultat est inexploitable.
  • Addition "sigma kappa clipping". Combinaison des deux précédentes, cette méthode itérative permet de conserver un maximum de pixels similaires et de rejeter les pixels "deviants". Le réglage dépend du logiciel. Pour Prism j'ai fait plusieurs essais jusqu'à arriver au réglage suivant :
    - Seuil de prise en compte / fond de ciel : 5 %
    - Sigma de départ : 12
    - Pourcentage de pixels cible à corriger : 0,4 %

5) Rsultat

J'ai procedé à trois séries d'empilement : un empilement pour chaque liste d'images, et un empilement combiné en suivant le protocole défini ci-dessus. Voici une planche avec le résultat. (cliquez sur l'image pour la full).

L'empilement a donc pu être effectué avec succès, dans le sens ou :
   - il est possible d'empiler des images de sources complètement différentes
   - le résultat est exploitable pour la suite du traitement (Photoshop).

Le test montre que l'image résultante est bien une combinaison des deux séries, avec des avantages et des inconvénients :
   - résolution intermédiaire entre les deux setups (on perd en résolution par rapport à la série dont l'échantillonnage est plus fin)
   - rapport signal/bruit amélioré par rapport à une seule série.

D'une manère générale, cela valide le principe du pré-traitement. Par contre il a été difficile d'éliminer complètement les artéfacts, ce qui suggère de disposer d'un nombre de brutes suffisant par séries. Il semble également préférable de disposer du plus possible de sources différentes, pour permettre de "gommer" au maximum les artéfacts individuels de chaque série (comme les aigrettes).

 

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