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Mars: attirantes oppositions Comment photographier Mars ? (III) Les techniques de compositage Que l'on travaille de façon traditionnelle ou avec une caméra CCD ou encore une webcam, si vous désirez obtenir des images en haute résolution, vous constaterez rapidement qu'une prise de vue individuelle donnera généralement une image médiocre du sujet; l'image est floue, délavée, peu contrastée et souvent granuleuse en raison du faible rapport signal/bruit, bref elle est quasiment inexploitable. Vous pouvez remédier à ce problème en compositant (additionnant) de nombreuses images individuelles, au bas mot quelques dizaines d'images, afin d'augmenter le rapport signal/bruit de l'image résultante d'un facteur 20 ou supérieur. La plupart des amateurs avertis équipés de webcam n'hésitent pas à compositer entre 100 et plus de 2000 images individuelles !
Pourquoi réaliser un compositage ? Plusieurs facteurs contribuent à rendre les images individuelles floues, peu détaillées et peu contrastées, dont les principaux sont : - le rapport signal/bruit - la turbulence atmosphérique - la collimation (télescopes) - la mise au point - la rotation planétaire Le compositage permet en effet d'augmenter le rapport signal/bruit en accentuant l'image du sujet tout en réduisant l'effet aléatoire du bruit électronique engendré par le système CCD ou les parasites engendrés par les grain de l'émulsion. Le compositage permet également de fondre les effets de la turbulence atmosphérique qui déforme les images et noie les détails et dont l'effet se manifeste en l'espace d'une fraction de seconde. Une mauvaise collimation réduit également la résolution et le contraste de votre image, produisant parfois des effets plus désastreux que ceux de la turbulence car ils sont permanents (jusqu'à rectification). Quant à la mise au point, si vous travaillez en lumière blanche, de nature composite, elle doit être précise tant pour sa composante bleue que rouge. Or en utilisant des lunettes achromatiques sur ou sous-corrigées vers les courtes et grandes longueurs d'ondes il est impossible de parvenir à une mise au point optimale. Avec les caméras CCD le problème s'aggrave étant donné que tous les capteurs présentent une grande sensibilité dans l'infrarouge. La différence de mise au point entre la lumière bleue-violette et l'infrarouge atteint une fraction de millimètre ! D'où l'intérêt du compositage LRGB. Enfin, la rotation planétaire, lente dans le cas de Mars (0.5" en 10 minutes) participe également à délaver les détails les plus fins que vous auriez enregistrés. Ce dernier facteur concerne surtout les amateurs équipés de télescopes d'au moins 250 mm d'ouverture et réalisant des films (avec des webcams) dont ils additionnent ensuite les images LRGB pour atteindre voire dépasser la résolution de 0.5". Si la séquence totale d'acquisition dure plus de 10 minutes, la rotation planétaire sera probablement visible entre la première et la dernière image acquise.
Le compositage permet donc de préserver la qualité de vos images individuelles, d'accenter les détails et de tirer profit d'une bonne mise au point, surtout si vous travaillez avec des caméras CCD noir et blanc. Mais ce n'est pas pour cela que vous devez mitrailler Mars lorsque la turbulence est bien visible car ce phénomène détruit la qualité des images, les rendant irrémédiablement floues. Et sauf en faisant usage de techniques digitales de pointe (optique adaptive et traitement d'image de déconvolution), dans des conditions normales de prise de vue, à partir d'une image floue il est rarement possible d'obtenir une image nette !
Une caméra CCD équipée d'une roue à filtres bleu, vert et rouge, dits "RGB" permet de séparer les canaux de couleurs primaires afin d'effectuer des prises de vues optimisées en lumière sélective, quasi monochromatique, et de réaliser ultérieurement leur compositage sur ordinateur (synthèse additive), images souvent additionnées de plusieurs dizaines d'images de luminance noir et blanc pour augmenter la résolution et le contraste du document. Dans ce cas l'image résultante est un compositage dit LRGB. Dans le cas particulier de Mars on parle de compositage RRGB au lieu de LRGB car l'image de luminance est souvent réalisée en lumière rouge (sous filtre rouge W23A, W25 ou W92 complété d'un filtre bloquant les rayonnements ultraviolet et infrarouge pour une question de focalisation), rayonnement dans lequel la surface de Mars est la plus détaillée et offre le contraste le plus élevé. Si vous utilisez une webcam couleur, pour des raisons techniques choisissez de préférence un modèle dont l'objectif peut être démonté afin de mettre le capteur CCD à nu et présentant une résolution native, non interpolée, d'au moins 640 x 480 pixels pour une vitesse d'obturation comprise entre 5 et 15 images/sec (Philips Vesta Pro, Philips ToUcam, Logitech Pro 4000, etc). Compte tenu de la taille des fichiers (une image de 640x480 pixels 24-bits occupe 0.92 MB) et de la vitesse de transfert entre la webcam et le PC la prise de vue s'effectue en général entre 5 et 10 images/sec ce qui limite la taille des fichiers à moins de 100 MB pour 10 secondes d'enregistrement. Evitez également de comprimer les images ce qui détruirait tous les détails. Tous ces paramètres et bien d'autres peuvent être ajustés à travers le logiciel pilotant la webcam.
En pratique la plupart des amateurs réalisent des films couleurs mais vous pouvez réaliser des documents monochromes en lumières R, G, et B. Si vous ne disposez pas de roue à filtre coloré, la seule difficulté sera de veiller à ne pas faire pivoter la webcam entre les changement de filtre et de la placer exactement au même endroit (orientation, MAP et focale résultante identique). Après avoir réalisé votre film AVI ou vos images bitmap, pour réaliser un compositage LRGB vous allez devoir procéder en deux étapes : 1°. extraire les meilleures images du film, les optimiser et créer le compositage RGB 2°. ajouter la composante de luminance L. Résumé de la procédure : 1. - Acquisition des images 2. - Séparation des trois canaux R, G et B 3. - Alignement des images les unes avec les autres, canal par canal 4. - Addition des images les unes aux autres, canal par canal 5. - Recomposition de l'image RGB 6. - Traitement éventuel du résultat (corrections numériques de la netteté, du gamma, etc) 7. - Alignement des images de luminance les unes avec les autres, canal par canal 8. - Addition des images de luminance les unes aux autres, canal par canal 9. - Composition de l'image L 10. - Alignement et addition de l'image L avec l'image RGB 11. - Traitement éventuel du résultat (corrections numériques de la netteté, du gamma, etc) Avec certains logiciels d'acquisition tel Registax de Corr Berrevoets, il n'est pas nécessaire de faire la séparation/recomposition des trois canaux. L'étape 6 peut s'effectuer à l'étape 2, et l'étape 11 à l'étape 9. Comme AstroStack, Registax offrent plusieurs outils permettant de combiner les images bitmaps individuelles en une seul image plus détaillée et exempte de bruit. Chaque image peut être alignée et combinée automatiquement avec les autres. Dans tous les cas il faudra probablement traiter l'image finale pour faire ressortir les détails (masque flou, déconvolution, wavelet, etc). Logiciels de traitement à télécharger :
D'ou vient l'image de luminance ? Okano Kunihiko qui inventa la technique LRGB nous rappelle qu'en théorie cette image doit être enregistrée en lumière blanche et jamais en lumière monochromatique pour préserver tous les détails et les plus faibles tonalités du sujet. En effet, le fait d'utiliser une image de luminance rouge par exemple, écrasera tous les détails les plus subtils (brume et nuages de poussière) acquis en lumière bleue ou verte. En pratique et compte tenu des moyens limités des amateurs, la majorité d'entre eux travaillent avec des webcams couleur. Or ces modèles ne peuvent pas réellement enregistrer des images en noir et blanc car ces webcams ne font que mélanger les trois canaux RGB. Si c'est vraiment nécessaire on peut utiliser l'image verte ou une version convertie en noir et blanc de l'image couleur. Mais dans tous les cas vous n'obtiendrez jamais le même résultat qu'une image noir et blanc classique, d'où l'avantage d'utiliser une véritable caméra CCD équipée d'une roue à filtres colorés. Cela dit, puisque nous parlons de webcams, suivant les cas (la couleur du sujet et la qualité des images R, G, B individuelles) l'image de luminance peut être constituée d'images IR, R ou G mais jamais d'image bleue car elle offre la qualité (luminosité, résolution) la plus médiocre. On peut également créer une image L en additionnant les images G et R ou encore une image provenant d'une acquisition différente réalisée sous filtre à fort contraste faite quelques minutes après celle correspondant à l'image couleur. Le compositage, s'il est réalisé à partir d'images brutes de qualité, donc nettes et par faible turbulence, permet après un long et fastidieux travail de traitement d'image d'augmenter le pouvoir séparateur de votre instrument d'un facteur... 100 par rapport à une prise de vue unique non manipulée digitalement ! Ainsi une lunette apochromatique de 155 mm d'ouverture par exemple peut atteindre par voie numérique et après compositage de plusieurs dizaines d'images une résolution photographique de 0.05", proche des 0.03" du Télescope Spatial Hubble, la clarté en moins ! Pourquoi s'en priver ?
Si vous avez la patience de réaliser un compositage couleur de plusieurs centaines parmi vos meilleures images (R)RGB - voire plus de mille images si vous utilisez une webcam - je tiens le pari que votre résultat sera digne des concours. La procédure est assez contraignante mais les résultats sont à la hauteur de votre patience et de votre savoir-faire. Malheureusement concours et science ne sont pas souvent compatibles. Une "belle" image peut ne rien valoir sur le plan scientifique pour la simple raison par exemple que toutes les couleurs sont écrasées ou modifiées de manière non linéaire. Dans le cas de Mars, ainsi que nous l'avons dit le désavantage de la technique LRGB dans laquelle la composante L est remplacée par une image monochrome, est de supprimer tous les détails dans les autres lumières, surtout les brumes matinales bleutées et les nuages jaunes ou blancs parfois prélude à des tempêtes de sable. Quand il s'agit de suivre l'évolution d'une atmosphère planétaire à long terme, de telles images ne peuvent pas être présentées à une commission planétaire, que ce soit celle de l'ALPO, de la SAF ou de la SAP. Si ces activités vous intéressent, seules les véritables caméras CCD équipées de roue à filtres et les photographies noir et blanc ou LRGB rendront service à la communauté scientifique. A lire : La vision des couleurs (effets Purkinje et Bezold-Brucke) L'imagerie couleur de la planète Mars, SAP En général les filtres RGB utilisés présentent la bande passante suivante : - Filtre Bleu : 400-510 nm, 350-520 nm - Filtre Vert : 490-590 nm, 470-610 nm - Filtre Rouge : 610-720 nm, 550-700 nm - Filtre UV-IR bloquant : coupure entre 700-950 nm ou au-delà de 650, 700 ou 750 nm jusque 1300 nm - Filtre Infrarouge : 650 - 1200 nm Les principaux constructeurs de filtres sont Astrovid, Baader, Kodak, Lumicon, Omega Optical, Optec, Schott, Sirius Optics, etc. Rappelons que ces filtres, principalement adaptés aux caméras CCD, sont trop denses pour l'observation visuelle, de même que les filtres UBVRI photométriques qui présentent une bande passante trop étroite.
4eme partie La couleur et la netteté de Mars
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