Echantillonnage, capteur et ciel profond

[sonata31]

Hello

 

Je suis en pleine réflexion sur le choix prochain d'une caméra destinée au ciel profond

 

La réflexion qui me préoccupe pour le moment concerne la taille du photosite suivant l'optique utilisé

 

Prenons trois exemples

 

- Une lunette 80/7

- un SCT 203/7

- un SCT 280/7

 

Résolution de ces trois instruments (on se base sur une longueur d'onde moyenne de 550 nm) :

- lunette 80 : 1.73"

- SCT 203 : 0.68"

- SCT 280 : 0.50"

 

Sous nos cieux de notre beau pays on considère un seeing moyen entre 2" et 3", j'en conclus que l'on ne pourra pas en général exploiter la pleine résolution de ces instruments. Ai-je raison d'affirmer cela ?

 

Echantillonnage idéal pour ces instruments (on considère un échantillonnage de 2 fois plus petit que le plus petit détail perceptible) :

- lunette 80 : 0.87"/pixel

- SCT 203 : 0.34"/pixel

- SCT 280 : 0.25"/pixel

 

En fonction de la focale on en déduit la taille du photosite idéal correspondant à l'échantillonnage idéal (u pour micro)

- lunette 80/7 : 2.37 um

- SCT 203/7 : 2.31 um

- SCT 280/7 : 2.38 um

 

A priori je ne connais pas de caméra avec d'aussi petits photosites pour le ciel profond, on devra donc de toute façon s'orienter vers une caméra avec de plus gros photosites, on sera donc en sous-échantillonnage, donc une perte de détails

 

Maintenant en considérant un seeing de 2" on arrive aux tailles suivantes

- lunette 80/7 : 2.71 um

- SCT 203/7 : 6.89 um

- SCT 280/7 ! 9.5 um

 

Et pour un seeing de 3"

- lunette 80/7 : 4.04 um

- SCT 203/7 : 10.34 um

- SCT 280/7 : 14.25 um

 

Par rapport à la taille du photosite idéal on est au-dessus

 

Quel choix faire alors ?

 

J'aurais tendance à dire de prendre une caméra avec le plus petit photosite possible, on sera alors en sur-échantillonnage, donc sans pertes de détail (même si on n'exploite pas à fond la résolution de l'instrumen), en contre-partie on aura une augmentation de l'exposition

 

Ai-je raison ?

 

Certains utilisent l'HyperStar sur leur SCT qui permet par exemple d'avoir une configuration SCT 280/2, pour celle-ci la taille de photosite idéal est 0.68 um, pour un seeing de 2" on arrive à une taille de 4.04 um et pour un seeing de 3" une taille de 5.43 um.

Ce qui est important à mes yeux pour cette configuration, c'est de constater que l'on ne pourra jamais exploiter la résolution de l'instrument, aussi la question que l'on peut se poser est de se demander si l'investissemnt vaut le coup hormis bien sûr la réduction de l'exposition ?

 

Des remarques sur cette analyse ?

[abstract]

C'est quoi 80/7? tu veux dire f/d 7? Tu as utilisé quelle formule pour déterminer la

 

Résolution de ces trois instruments (on se base sur une longueur d'onde moyenne de 550 nm) :

- lunette 80 : 1.73"

- SCT 203 : 0.68"

- SCT 280 : 0.50"

 

Si on prend la formule de 120/d on obtient des valeurs inférieure par exemple 120/80=1.5"

 

Thierry Legault explique d'ailleurs dans son bouquin que cette valeur ne donne pas la valeur du plus petit détail visible mais le pouvoir séparateur qui permet de distinguer deux détails proches (comme les étoiles doubles qui apparaîtront d'autant plus éloigné l'une de l'autre que le diamètre sera important). Il prend d'ailleurs exemple des détails perceptibles sur des photos notamment de planète dont la taille (des détaills) est bien en de ça de la valeur donné par 120/d

[sonata31]

80/7 veut dire 80 de diamètre et F/D =7

 

La résolution est dépendante de la longueur d'onde et se calcule par :

 

R = 0.252 * L / D

 

où L = longueur d'onde en en nano mètre et D = diamètre de l'objectif en en mm

 

J'ai pris une longueur d'onde moyenne de 550 nano mètre

[olivdeso]

En ciel profond, on prend un échantillonnage de 1/3 du seeing en général, ça donne de bon résultats. ex seeing de 2" -> échantillonnage de 0.68"

 

En planétaire on prends un échantillonnage plus de deux fois plus serré que la résolution du tube à la longueur d'onde utilisé.

 

120/D est une formule simplifiée pour la limite de diffraction à 478nm, mais il y a d'autres formules et d'autres longueurs d'ondes : dans le visible on va jusqu'à 400nm par ex. Après il faut que l'optique et le ciel suivent ce qui est très rarement le cas.

[abstract]

Merci Olivier, je note ces valeurs pratiques (dis donc à 1/3 du seeing on a de la marge tout de même)

 

Sonata pose une série de questions précises avec une démarche à priori cohérente. En dehors de citer ce qu'il y a dans un livre, je ne me risquerais pas à plus. Je suis aussi intéressé par une réponse détaillée à sa question.

 

Merci à ceux qui s'y colleront

[sonata31]

Olivier

 

Même si l'on considère un échantillonnage au 1/3, donc un peu de sur-échantillonnage, à part pour la lunette, on sera au-dessus de la résolution des autres optiques, dans ce cas quel est l'intérêt d'échantillonner au 1/3 d'autant que l'on devra augmenter l'exposition ?

[abstract]

sonata en fait je crois que le 1/3 du seeing provient d'un certain théorème de nyqist-shannon

 

http://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9or%C3%A8me_d'%C3%A9chantillonnage_de_Nyquist-Shannon

 

D'après ce théorème (si j'ai bien tout saisi) si tu as un seeing de 2 et que tu échantillonnes à 2, tu louperas des informations lors de la capture pour être sur de tout capter il faudrait être au 1/3

 

Edit: comme de toute façon d'après tes calculs tes instruments ont un pouvoir séparateur meilleur que ton seeing tu ne risques pas de pertes d'information du fait de l'instrument par contre j'imagine que tu auras plus de mal à être au 1/3 du seeing avec une 80mm qu'avec un 280mm.

 

Moralité si ton seeing est bon, tu as d'autant plus intérêt à privilégier le diamètre

Modifié 3 mars 2014 par abstract

[sonata31]

Le théorème de Nyquist précise qu'un échantillonnage à 1/2 suffit à reproduire les informations : voir les CD échantillonnés à 44 khz pour reproduire la bande 0-22 khz

[abstract]

c'est au moins 1/2 il me semble

 

"La représentation discrète d'un signal par des échantillons régulièrement espacés exige une fréquence d'échantillonnage supérieure au double de la fréquence maximale présente dans ce signal"

 

Et oui la preuve le CD ce n'est pas la qualité ultime en audio

[sonata31]

Je suis d'accord avec toi qui peut le plus peut le moins, d'ailleurs en audio on trouve de la musique audio master en 192 khz

 

Pour en revenir à notre histoire je soulève simplement le problème de l'utilité d'échantillonner au 1/3 alors que l'on est limité par le seeing

[abstract]

En fait il ne faut pas se dire qu'on est limité par le seeing. Il faut voir le problème dans l'autre sens: si on veut capter toutes les informations pour un seeing donné il faut échantillonner au 1/3 si tu échantillonnes au dessus tu risques de perdre des infos lors de la capture (enfin c'est comme cela que je le comprend)

[Patrick Sogorb]

Si il est vrai que le sous-échantillonage fait perdre en résolution, attention aussi au sur-échantillonage qui fait perdre en flux, donc en rapport signal/bruit et en magnitude limite. Il faut donc viser à avoir le "bon" échantillonage.

 

La limite se trouve lorsque les étoiles vont présenter une largeur FWHM au alentours de 2 pixels. Donc, si le seeing chez toi est de 2", on est bon avec un échantillonage à 1"/pix. Si tu as plutot 3" de seeing, un échantillonage à 1.5"/pix sera très bien, et ainsi de suite.

 

Il faut ensuite mettre en adéquation la focale de l'instrument avec la taille des pixels de la CCD pour arriver à un bon echantillonage. Avec une CCD à petits pixel et un instrument de longue focale, il peut être necessaire de passer en binning 2x2, voir 3x3 pour y arriver. J'ai un copain qui shoote avec un C11 sans réducteur et une ST-8300 qui utilise sa CCD en bin3 et qui donne de très bons résultats.

 

Après, on peut voir que les forums des gens qui shootent à 0.8"/pix voir moins. Cette philo vise à avoir la meilleure résolution possible, pour les jours où la turbulence est moindre que d'habitude. C'est une manière de voir, mais dans ce cas là, 90% du temps, on sera en sur-échantillonage.

Modifié 3 mars 2014 par Patrick Sogorb

[abstract]

Bon donc c'est plutôt 1/2 du seeing

 

C'est bizarre qu'en sur-échantillonnage on perde en flux. J'aurais dit que cela oblige des temps de poses plus longs (à cause des pixels plus petits) sans pour autant capter plus d'informations (puisque l'on est déjà en sur-échantillonnage et donc au dessus des "infos collectables") mais pourquoi perte?

[sonata31]

On ne perd pas de flux, mais il se répartit sur plus de photosites, d'où allongement du temps de pose

[Patrick Sogorb]

Je me suis mal exprimé, ce n'est pas vraiment de la "perte". En sur-échantillonant, le flux d'une étoile est étalé sur plus de pixels, d'où un niveau de signal plus faible (a temps de pose constant évidement).

[abstract]

oui ok on est donc bien d'accord. Mais il est vrai que c'est une approche intéressante de se dire que l'on va descendre le moins possible en taille de pixel afin d'être à l'optimum sur l'ensemble des critères.

[sonata31]

D'où mes interrogations

[abstract]

Une bonne partie à été traitée, je pense. Par contre tu n'as pas inclus la monture dans tes équations. A combien estimes-tu la qualité de ton suivi?

[joss750z]

En gros, en pratique, ça colle bien avec une FWHM de 2 à 3 pixels.

Donc en gros il faut viser un échantillonnage te donnant 3 pixels de FWHM dans le "pire cas acceptable" et 2 pixels dans le meilleur cas de turbu. C'est pour ça qu'un échantillonnage autour de 1" est assez pratique.

 

En dessous d 1" d'échantillonnage, là ça commence vraiment à se compliquer sérieusement, car non seulement il faut le ciel pour, mais en plus il faut que la monture suive et ce pendant toute la durée de la pose.

 

Évidemment il faut surveiller de près la FWHM ensuite pour corriger la mise au point qui varie avec la température. (cf ce que fait Christian avec son C9 à 0.7", il en parle souvent)

 

Bref, si tu as une gamme de focales différentes, c'est pas mal d'avoir un échantillonnage pouvant varier de 0.7" pour les jours exceptionnels, autour de 2" (ça descend parfois un peu en dessous en cours de nuit, tu peux avoir de 1.8" à 2.3" la même nuit par ex), de pouvoir faire 1" la plus part du temps et de pouvoir monter à 1.5" environ voir plus suivant les objets ou turbu.

[sonata31]

Une bonne partie à été traitée, je pense. Par contre tu n'as pas inclus la monture dans tes équations. A combien estimes-tu la qualité de ton suivi?

 

Une chose à la fois, pour le moment c'est trouver la meilleure adéquation entre la caméra et l'optique, la monture c'est selon l'instrument :

 

- HEQ5 modifiée avec kit courroies pour la lunette ou le C8

- G11 pour le C11

[abstract]

oui mais si ton suivi n'est pas bon même avec le meilleur ciel, la meilleure optique, le meilleur capteur et le meilleur échantillonnage, tu seras dans les choux alors qu'avec un très bonne monture tu peux réussir à t'en tirer même si le reste est un peu tiré par les cheveux...

[sonata31]

Je pense que mes montures sont en adéquation avec les instruments qu'elles portent, mais il faudra quand même que je fasse quelques mesures pour le vérifier

[abstract]

idem pour moi en fait grâce à ton sujet je me rends compte qu'il va tout de même falloir que je quantifie le comportement de la monture pour savoir ce que je peux en tirer et comment m'y adapter...

[sonata31]

Je reviens vers mon problème d'échantillonnage dont l'objectif final est le choix d'une ccd

 

J'ai regardé sur meteoblue le seeing moyen des trois derniers jours sur mes sites potentiels, jours cléments pour l'astrophoto : on tourne sur une moyenne de 1,5"

 

En partant sur un échantillonnage au 1/3 donc 0,5"/pixel on trouve

- Pour un C8 avec réducteur x0,7, une taille de photosite de 3,4 micron

- Pour un C11 avec réducteur de x0,7, une taille de photosite de 4,76

 

J'en conclus que des modèles comme l'ATIK 450m (photosite de 3,45), l'ATIK 490EXm (photosite de 3,69) ou la Starlight SX-814 (photosite de 3,60) pourraient très bien convenir, avec un peu de sur-échantillonnage dans le cas du C11

 

Ai-je raison de penser cela ?

 

Louis

[olivdeso]

1.5" ça parait optimiste...faudrait tester en réel et avec une monture capable de le faire...0.5" est un échantillonnage extrême, très peu utilisé en pratique. Il faut vraiment des conditions exceptionnelles et un setup d'enfer.

 

mais à supposer que ça soit bon, je ne prendrais pas cette taille de pixel. Je viserais plutôt un échantillonnage de 0.5" pour le montage sans réducteur, pour les meilleurs jours, qui est déjà un échantillonnage extrêmement serré, il faut une monture de course pour pouvoir l'utiliser.

 

Comme ça, le reste du temps tu pourra utiliser un échantillonnage de 0.7" avec le réducteur qui est déjà très serré, puisque optimisé pour un seeing de 2".

 

Mais en général on ne commence pas avec ça, il faut plusieurs années de pratique pour arriver à maîtriser un tel échantillonnage.

 

à mon avis, si tu vises 1" avec réducteur / et sans réducteur 0.7", c'est plus "polyvalent" en pratique et déjà assez compliqué à maîtriser. D'ailleurs 0.7" est accessible à la G11, beaucoup plus dur avec l'HEQ5.

[sonata31]

Donc à priori d'après tes calculs, une taille de pixels entre 4,5 et 5 micron ?

[abstract]

Une atik 460exm par exemple?

[sonata31]

Une atik 460exm par exemple?

 

La taille pourrait en effet convenir, par contre le delta en température n'est pas fabuleux, -25°C alors que d'autres atteignent -40°C

[abstract]

Si tu veux du "delta de température", il y a la QHY22 (que j'ai) elle atteint -45°C par contre j'ai l'impression que l'Atik qui a le même capteur est meilleur en ce qui concerne le bruit d'obscurité (et nécessite donc de moins descendre en température).

 

On refroidit les caméras pour réduire le bruit d'obscurité qui monte avec la température (c'est à priori fonction de l'électronique qu'il y a autour du capteur donc fonction du savoir faire du constructeur et j'ai l'impression qu'Atik se débrouille plutôt très bien en la matière)

 

Le bruit de lecture est faible avec l'ICX694 (avec la QHY22 j'obtiens entre 4 et 5, plutôt 4 que 5 avec un puit de l'ordre de 17/18000).

 

Je dois refaire des tests dès que j'ai le temps et que j'ai trouver un moyen de faire des flats cohérents et reproductibles mais si tu fais une recherche sur la page de C. Buil il fait le test de quelques caméra et notamment l'atik et la SX

[olivdeso]

Donc à priori d'après tes calculs, une taille de pixels entre 4,5 et 5 micron ?

 

pour le C11 sans réducteur à 2800 de focale, si tu veux 0.7" d'échantillonnage, on trouve plutôt 9 à 10µ de taille de pixel.

 

Par ex, avec les pixels de 9µ du KAI11002, on trouve:

 

206/2800*9 = 0,66" sans réducteur

206/0.7/2800*9 = 0.95" avec réducteur

 

Pour moi, le 9µ colle bien avec le C11, c'est ce que je te conseillerais.