Optimisation des captures avec capteur couleur en planétaire

[xs_man]

Je vous propose une petite analyse sans prétention pour aider au choix des paramètres de

capture pour les caméras IMG132E ou Astrolumina, Point Grey et autres caméras à base

d'IMX035 couleur. Ici je ne m'intéresse qu'aux capteurs couleur à matrice de Bayer.

 

C'est applicable aussi à la QHY5L-II à capteur Aptina MT9M034 dont les caractéristiques

sont proches de l'IMX035 (rendements quantiques en R, V, B quasiment égaux, taille pixels

très proches). Marc (Patry) a déjà testé sur le forum la version N&B.

Et j'ajouterais aussi la future PLB-Cx2 à capteur IMX104, un IMX035 optimisé, à bruit

fortement réduit.

 

* Pixels de 5.6 microns pour le capteur ICX098 : Toucam / SPC 900

* Pixels de 3.63 microns pour le capteur Sony IMX035 : IMG132E, Astrolumina, Flea

* Pixels de 3.75 microns pour les capteurs Aptina MT9M034 (QHY5L-II) et Sony IMX104 (future PLB-Cx2)

 

 

Choix de l'échantillonnage, valeur Focale/Diamètre minimum :

 

* Capteur monochrome, pixels de 5.6 microns (Toucam, SPC 900): F/D mini = 22

* Capteur monochrome, pixels de 3.6 microns : F/D mini = 14

* Capteur monochrome, pixels de 3.75 microns : F/D mini = 15

 

Pour un capteur couleur il faut tenir compte de l'influence de la matrice de Bayer

et de la disposition des pixels, qui oblige à suréchantillonner nettement par rapport au

monochrome :

 

* Couche verte, facteur de suréchantillonnage de 1.4x environ

* Couche rouge, facteur de suréchantillonnage de 2x (en prenant en compte de l'effet de

micro-contraste pour les plus fins détails plus plus contrastés)

* Couche bleue, facteur de suréchantillonnage de 2x, (en tenant compte du bridage atmosphérique

constant et très sensiblesur la couche bleue même pour les meilleurs sites de montagne)

 

Si on considère le fait que la couche la moins affectée par la turbulence atmosphérique est

toujours la couche rouge, il est donc important de la prendre comme référence pour déterminer

l'échantillonnage optimal. Bien évidemment cela s'applique à une nuit particulièrement

stable où l'on peut atteindre la résolution théorique de l'instrument.

 

Donc pour un capteur couleur, échantillonnage minimum :

* Pixels de 5.6 microns, F/D mini = 44

* Pixels de 3.6 microns : F/D mini = 28 (IMX035)

* Pixels de 3.75 microns : F/D mini = 30

 

 

Taille image en pixels à échantillonnage minimum, planètes à l'opposition (favorable):

 

Ceci est calculé à l'opposition la plus favorable de la planète.

Les oppositions martiennes varient entre 14 et 25 secondes d'arc selon les années.

 

Mars (max 25" d'arc)

* Télescope de 200 mm : 190

* Télescope de 250 mm : 238

* Télescope de 300 mm : 285

* Télescope de 350 mm : 333

* Télescope de 400 mm : 380

 

Jupiter (max 50" d'arc sans satellites)

* Télescope de 200 mm : 380

* Télescope de 250 mm : 475

* Télescope de 300 mm : 570 NE PASSE PAS DANS UN CAPTEUR 640 X 480 !!!!

* Télescope de 350 mm : 665 NE PASSE PAS DANS UN CAPTEUR 640 X 480 !!!!

* Télescope de 400 mm : 760 NE PASSE PAS DANS UN CAPTEUR 640 X 480 !!!!

 

Saturne (max 20" d'arc; 45" en tenant compte des anneaux)

* Télescope de 200 mm : 152 342 avec les anneaux

* Télescope de 250 mm : 190 428 avec les anneaux

* Télescope de 300 mm : 228 513 avec les anneaux

* Télescope de 350 mm : 266 600 avec les anneaux

* Télescope de 400 mm : 304 684 avec les anneaux, rentre dans la diagonale en 640x480

 

Uranus (max 4" d'arc)

* Télescope de 200 mm : 31

* Télescope de 250 mm : 38

* Télescope de 300 mm : 47

* Télescope de 350 mm : 53

* Télescope de 400 mm : 61

 

 

Temps d'exposition/cadence image :

 

A F/D 25 environ, avec la IMG132E (IMX035) par bonne transparence, sans buée sur le secondaire,

avec IMGVidéo132E sur Jupiter j'arrive environ à 35 ms et 80% de gain pour remplir correctement

l'histogramme. Donc à F/D 28, il faut pousser encore un peu le gain ou augmenter le temps d'expo.

Avec un peu de marge on aura un temps d'exposition entre 30 et 40 ms

Donc théoriquement la cadence image maximale sera située entre 33 et 25 images/seconde.

 

Pour Saturne, il faut multiplier par 2x voir un peu plus le temps d'exposition

soit entre 60 et 100 ms à la louche (à valider quand elle sera de retour).

Donc théoriquement la cadence image maximale sera située entre 17 et 10 images/seconde.

 

Pour Mars, il faut diviser par 2x environ le temps d'exposition

soit entre 15 et 25 ms à la louche (à valider quand elle sera de retour).

Donc théoriquement la cadence image maximale sera située entre 67 et 40 images/seconde.

 

Pour Uranus, là on va plutôt aller chercher les 200 à 400 ms.

Donc théoriquement la cadence image maximale sera située entre 5 et 2.5 images/seconde.

 

 

Influence de la turbulence et de la transparence :

 

Tout cela est bien sûr théorique et réservé à des nuits stables, denrée rare et précieuse.

Sinon si le seeing est moyen, autant revoir à la baisse le F/D afin de réduire le temps

d'exposition. Cela permet de mieux figer la turbulence et augmenter en même temps le nombre

d'images enregistrées, du moins si la caméra ne bride pas le débit.

Et bien évidemment la transparence du ciel joue aussi en allongeant les durées d'exposition.

 

 

Durée de la capture pour éviter le bougé de rotation (Jupiter/Mars/Saturne) :

 

On pourrait supposer ce bougé égal au plus petit détail accessible à l'instrument

considéré, donc à égal à son pouvoir de résolution.

Mais comme pour l'échantillonnage on applique aussi le critère de Nyquist/Shannon, le

bougé est limité à la moitié du plus petit détail.

On suppose aussi que le détail est centré sur le disque (vitesse apparente maximale) .

 

Durée maximale théorique (secondes) pour la capture :

 

T(sec) = 0.5 x (R x 3600 x P) / (Pi x D)

 

R = Résolution Télescope (en secondes d'arc)

P = Période de rotation de la planète (en heures)

D = Diamètre angulaire de la planète (en secondes d'arc)

 

et R = 114/Dt avec Dt diamètre du télescope (en mm)

 

Durée théorique maximale selon les planètes à l'opposition (favorable) par turbulence

faible :

 

Mars (opposition 25" - durée rotation : 24.5 heures)

* Télescope de 200 mm (R= 0.57") : 320 sec

* Télescope de 250 mm (R= 0.46") : 256 sec

* Télescope de 300 mm (R= 0.38") : 213 sec

* Télescope de 350 mm (R= 0.33") : 183 sec

* Télescope de 400 mm (R= 0.29") : 160 sec

 

Jupiter (opposition 50" - durée rotation : 10 heures)

* Télescope de 200 mm (R= 0.57") : 66 sec

* Télescope de 250 mm (R= 0.46") : 53 sec

* Télescope de 300 mm (R= 0.38") : 44 sec

* Télescope de 350 mm (R= 0.33") : 38 sec

* Télescope de 400 mm (R= 0.29") : 33 sec

 

Saturne (opposition 20" - durée rotation : 10.5 heures)

* Télescope de 200 mm (R= 0.57") : 171 sec

* Télescope de 250 mm (R= 0.46") : 137 sec

* Télescope de 300 mm (R= 0.38") : 114 sec

* Télescope de 350 mm (R= 0.33") : 98 sec

* Télescope de 400 mm (R= 0.29") : 86 sec

 

 

Dans la réalité, on peut allonger ce temps maxi en fonction du diamètre apparent de

la planète et du seeing surtout pour de gros télescopes, plus sensibles à la turbulence.

on peut fortement allonger la durée des captures : avec un 200, 2 minutes (soit 2x

plus) est par exemple une valeur tout à fait raisonnable... Et au T400 je dépasse les 60

secondes.

Noter que les satellites Io et Europe se déplacent très vite ainsi que leur ombre

projetée

 

Penser aussi que le logiciel WinJupos dispose d'un module de dérotation qui permet d'allonger

la durée de capture pour Jupiter ou Mars. Et Registax utilisé en mode multipoint peut

aussi compenser une légère rotation sans devoir passer par Winjupos.

 

Albéric

Modifié 13 octobre 2012 par xs_man

[patry]

Cela remet en lumière les tailles des images mono/couleur !

En noir et blanc, jupiter devrait faire un peu plus de 250 pixels de diamètre en noir et blanc, pour mon C11, contre 500 pixels en couleur !

On en est (très très) loin sur le net avec le plus souvent des images réduites de moitié, quand c'est pas divisées par 3 !

 

Par contre, il semble difficile de se passer de winjupos aujourd'hui tant ce logiciel permet d'améliorer sensiblement l'exploitation des captures.

La quasi totalité des "best of" utilisent désormais les opérations de dérotation soit à minima de 3 plans R/G/B (dans mon cas p.ex), voire pour certains la dérotations de plusieurs plans R, de plusieurs plans G et plusieurs plans B, pour finalement faire la dérotation globale des images R/G/B résultantes.

Enfin, tu peux également faire la dérotation du flux vidéo lui même, et t'affranchir de la limite de ~40" pour un 300mm. Cela me semble toutefois inutile sur de longues minutes car les détails obtenus sur le limbe auront tôt fait de disparaître (car l'image finale reste une projection sur une sphère).

 

 

Marc

[olivdeso]

Très interessant et complet.

 

Juste une remarque. La définition dans le rouge est légèrement moins bonne que dans le vert (la longueur d'onde étant plus). On pourrait jouer un tout petit peu là dessus pour diminuer un chouïa le F/D, par x0.85 par ex et donc appliquer x1.7 au lieu de x2 par rapport au mono. En vert c'est toujours bon.

En bleu par contre il faudrait un F/D plus long, plutôt par ex x2.45, mais il faut que l'optique et le ciel suive...

[xs_man]

Salut Marc,

 

Cela remet en lumière les tailles des images mono/couleur !

En noir et blanc, jupiter devrait faire un peu plus de 250 pixels de diamètre en noir et blanc, pour mon C11, contre 500 pixels en couleur !

On en est (très très) loin sur le net avec le plus souvent des images réduites de moitié, quand c'est pas divisées par 3 !

 

C'est vrai qu'en monochrome, on peut 'charger' le F/D dans la mesure où l'on a beaucoup de flux. La marge de manoeuvre est nettement plus grande puisque l'on dispose de la pleine résolution du capteur. Avec le capteur couleur la marge est bien plus limité !

 

Enfin, tu peux également faire la dérotation du flux vidéo lui même, et t'affranchir de la limite de ~40" pour un 300mm. Cela me semble toutefois inutile sur de longues minutes car les détails obtenus sur le limbe auront tôt fait de disparaître (car l'image finale reste une projection sur une sphère).

 

C'est tout l'intérêt mais je n'ai jamais essayé la dérotation de Winjupos et je ne sais pas ça marche directement sur des AVI ou une séquence d'images couleur ?

Et il y a aussi le mode multipoint de Registax qui peut compenser une légère rotation sans avoir à passer par Winjupos. Mais par contre attention à la qualité des captures : trop bruitées ou trop sombres, ça ne passera pas.

 

Salut Olivdeso,

 

Très interessant et complet.

Juste une remarque. La définition dans le rouge est légèrement moins bonne que dans le vert (la longueur d'onde étant plus). On pourrait jouer un tout petit peu là dessus pour diminuer un chouïa le F/D, par x0.85 par ex et donc appliquer x1.7 au lieu de x2 par rapport au mono. En vert c'est toujours bon.

 

C'est vrai que j'y avait songé, tu as parfaitement raison. Mais il y a un autre phénomène qui entre aussi en jeu : l'effet de micro-contraste. Pour une bonne optique et un très bon seeing, on peut légèrement dépasser la résolution théorique d'un instrument sur de fins détails très contrastés (principalement en lunaire). Et comme ce phénomène est constaté dans le rouge, toujours à cause de l'atmosphère, je pense que l'on peut raisonnablement garder le facteur 2x.

 

En bleu par contre il faudrait un F/D plus long, plutôt par ex x2.45, mais il faut que l'optique et le ciel suive...

 

Encore exact. Mais la couche bleue est systématiquement bien moins détaillée que le rouge et le vert (même pour des sites réputés comme Calern ou le Pic du Midi). L'atmosphère terrestre est impitoyable pour ces longueurs d'onde. Je n'en ai donc pas tenu compte, inutile d'agrandir encore l'image et augmenter le temps d'exposition pour une couche constamment bridée par l'atmosphère, même par nuit stable.

 

 

Albéric

[olivdeso]

merci Alberic. C'est vrai qu'un peu de échantillonnage sur la lune ou sur Mars peut être profitable. Sur Jupiter et Saturne plus dur...

Pour la couche bleue, jamais eu quelque chose de très détaillé, mais avec le SCT de toutes les façons, c'est limité. Interessant d'avoir ton retour d'expérience avec un newton qui est complètement apo et n'est pas limité dans le bleu. (surtout un FG)

Modifié 12 octobre 2012 par olivdeso

[xs_man]

merci Alberic. C'est vrai qu'un peu de échantillonnage sur la lune ou sur Mars peut être profitable. Sur Jupiter et Saturne plus dur...

Pour la couche bleue, jamais eu quelque chose de très détaillé, mais avec le SCT de toutes les façons, c'est limité. Interessant d'avoir ton retour d'expérience avec un newton qui est complètement apo et n'est pas limité dans le bleu. (surtout un FG)

 

 

Dans le bleu de toute façon SCT ou Newton, finalement ça a peu d'importance, c'est l'atmosphère qui fait le plus de dégâts sur nos sites lambda.

Après si on peut accéder au site du VLT à plus de 5000 mètres en Atacama, là c'est sûr, je n'échangerais pas mon 400 contre un C14 fût-il neuf !

 

Albéric

[patry]

olivedeso> pour ma part, et malgré ce que dit la théorie ... je n'ai encore jamais vu d'image dans le vert mieux définie que dans le rouge (aussi bien peut être, mais "mieux" non).

 

Je rejoins Albéric pour le bleu, pas facile, quelque soit l'instrument, d'atteindre la résolution théorique. Bon peut être des petits trucs de 80 à 100mm mais au dela de 100 à 120mm, c'est une tache quasi impossible ! Tout au plus la couche bleue d'un 300mm sera meilleure que celle d'un 200mm (newton ou pas).

 

Marc

[je11]

Un bon boulot instructif dont je ne comprends pas toutes les subtilités mais qui m'éclaire sur mes choix de capture. Merci Albéric

[olivdeso]

olivedeso> pour ma part, et malgré ce que dit la théorie ... je n'ai encore jamais vu d'image dans le vert mieux définie que dans le rouge (aussi bien peut être, mais "mieux" non).

 

Je rejoins Albéric pour le bleu, pas facile, quelque soit l'instrument, d'atteindre la résolution théorique. Bon peut être des petits trucs de 80 à 100mm mais au dela de 100 à 120mm, c'est une tache quasi impossible ! Tout au plus la couche bleue d'un 300mm sera meilleure que celle d'un 200mm (newton ou pas).

 

Marc

 

Oui complètement d'accord avec vous 2, j'ai moins d'expérience que vous avec le C11, mais effectivement, au mieux la couche verte approche la rouge, jamais mieux. Quand à la bleue...

 

Une autre question que je me pose avec la CCD couleur : comment faire la mise au point : avec un filtre coloré? sans filtre?

Car sur le newton pas de différence de map, mais sur le SCT il peut y en avoir une.

[xs_man]

...

Une autre question que je me pose avec la CCD couleur : comment faire la mise au point : avec un filtre coloré? sans filtre?

Car sur le newton pas de différence de map, mais sur le SCT il peut y en avoir une.

 

Hum, question délicate en effet.

Sur un Newton il suffit d'ajouter une barlow pour se retrouver avec du chromatisme, plus ou moins important selon sa qualité optique et le tirage optique. Comme quoi son choix est particulièrement important !

Sur un SCT, pour peaufiner peut-être essayer de faire la MAP avec un filtre jaune pour éliminer l'influance du bleu, la couche la moins définie ? Mais il faut retirer le filtre sans changer la MAP, pas évident.

Si tu regardes les images de Lucienne et Fisac avec des caméras couleur, finalement ca passe très bien même sur un SCT.

 

Albéric

[patry]

Comme albéric (nos messages se sont croisés)

Pas de différence de map ... oui au foyer, mais dès que tu aura glissé une barlow ce ne sera plus vrai, et une différence de 40 à 50µm c'est déjà bien sensible au crayford. Sur le C11, c'est à minima ce que j'ai entre vert et bleu. Avant je faisait la map sur le rouge et je conservait cela pour le vert (proche) et bleu (pas trop bon).

Actuellement je fait plutôt cela sur le vert et je conserve pour le rouge (c'est proche), et soit j'essaie de refaire la map sur le bleu (pas facile), soit je laisse filer (dans 90% des cas) et tant pis !

[lucienne]

Excellent ces explications.

 

Sur Saturne j'ai essayé plusieurs fois à F/D 25 avec la IMG132E, Mais le résultat était à chaque fois décevant : c'était trop suréchantillonné. Cette année, mes meilleurs captures sur saturne avec cette caméra, c'était à F/D 16. Avec à chaque fois des conditions atmosphériques moyennes.

 

Sur Jupiter, je suis à F/D 20 avec cette caméra. Et c'est chaque fois un résultat correct.

Faudrait que j'essaie un jour à F/D 25 ?

[xs_man]

Excellent ces explications.

Sur Saturne j'ai essayé plusieurs fois à F/D 25 avec la IMG132E, Mais le résultat était à chaque fois décevant : c'était trop suréchantillonné. Cette année, mes meilleurs captures sur saturne avec cette caméra, c'était à F/D 16. Avec à chaque fois des conditions atmosphériques moyennes.

 

Saturne cumule les difficultés : de plus en plus basse sur l'horizon chaque année (en 2012 au niveau de l'équateur comme Uranus, pas terrible !). Ensuite comme elle est peu lumineuse le temps d'exposition est environ le double de celui de Jupiter donc bien évidemment on fige moins bien la turbulence. Malheureusement ton constat est logique et ça ne va pas s'arranger par la suite sous nos lattitudes !

 

Sur Jupiter, je suis à F/D 20 avec cette caméra. Et c'est chaque fois un résultat correct.

Faudrait que j'essaie un jour à F/D 25 ?

 

Si le ciel est bien stable, je pense vraiment que oui. Et si de toute façon tu trouves le résultat un peu suréchantillonné, il suffira de réduire l'image par la suite. Si le seeing est moyen alors reste dans ce cas à F/D 20.

 

Albéric

[patry]

Pas mieux, F/D 20 avec une IMG132E, cela correspond à F/D 31 sur une PLA-Mx ... tu est dans les clous. Mais ce serait vrai en monochrome, et qu'en couleur, tu est effectivement encore un peu sous-échantillonné.

 

Il n'en reste pas moins vrai qu'il faut jouer avec la turbulence, et quand ca veux pas, c'est pas la peine

 

- de tirer autant la focale

- de faire du planétaire

- de sortir l'instrument