tech Temps de pose unitaire et sigma : pourquoi "3x l'offset" ?

[Jean-Baptiste_Paris]

Bonjour à tous,

 

 

Je me pose une question à laquelle je ne parviens pas à trouver de réponse précise, malgré des recherches dans les livres et les forums, j'espère que vous pourrez m'éclairer !

 

Le thème revient pourtant très régulièrement sur les forums, sous une forme ou sous une autre... aussi j'espère que le sujet intéressera d'autres personnes. J'avais posé ma question dans un post sur le même sujet, mais pas de réponse, donc j'ouvre un sujet dédié.

 

 

Une petite synthèse préalable

 

Lorsque l'on évoque sur les forums la question du temps de pose unitaire, on finit toujours par la réponse : "le temps de pose unitaire minimum correspond au temps de pose pour lequel le sigma du FDC est au moins égal à 3x le sigma de l'offset".

 

Pour apprécier ces sigmas respectifs, on doit mesurer :

1/ le sigma d'un offset unitaire (et non d'un offset maître) ;

2/ le sigma du fdc uniquement (le cas échéant au moyen d'une sélection sur une partie de l'image sans aucune étoile ou nébulosité) d'une brute prétraitée (pour ne pas mesurer les pixels chauds ou froids...).

 

On considère qu'à partir du moment où le sigma du fdc de la brute prétraitée est au moins égal à 3x le sigma de l'offset unitaire, le temps de pose est correct.

 

A partir de ce constat, on peut lire différentes choses - qui peuvent sembler a priori contradictoires - en vue d'améliorer le RSB final, sachant que pour ce faire on peut jouer sur la durée de pose et/ou le nombre de poses :

 

- cette technique permet de déterminer uniquement le "temps de pose minimal" : poser plus longtemps améliorera encore le RSB final (privilégier l'amélioration du RSB unitaire) ;

 

- il ne sert à rien de poser plus longtemps car certes le RSB s'améliorera, mais cette amélioration ne sera pas significative (privilégier l'augmentation du nombre de pose) ;

 

- poser plus longtemps ne sert à rien, et n'a même qu'un "effet placebo" (ici aussi, on va donc privilégier l'augmentation du nombre de poses).

 

Dans tous les cas, dans la mesure où l'amélioration du RSB unitaire n'est pas incompatible avec l'augmentation du nombre de poses, c'est donc cette deuxième voie qui est quasi-systématiquement recommandée dès lors que la règle des "3x le sigma" est respectée.

 

En conséquence, en application combinée de ces principes de "3x le sigma" et de "l'effet placebo", ce qui était au départ une technique pour déterminer le temps de pose minimal devient une technique pour déterminer en réalité le temps de pose optimal, au-delà duquel il ne sert plus à rien d'augmenter le temps de pose unitaire mais où il faut privilégier l'augmentation du nombre de poses à combiner au final pour gagner significativement en RSB.

 

De là, il découle de nombreuses techniques pour réaliser au mieux ses séances de photo, dont l'une des présentations les plus claire est pour moi celle de Marc Jousset aux RCE2010 : http://www.astrosurf.com/jousset/medias/RCE_2010_CCD_urbain.pdf.

 

 

En espérant ne pas avoir fait d'erreur jusqu'ici, j'en arrive plus précisément à mon interrogation...

 

 

Pourquoi "3x le sigma" ?

 

Cette règle étant mise en pratique - avec succès - par les meilleurs astrophotographes amateurs, la question n'est pas de savoir si cette règle fonctionne ou donne de bons résultats en pratique... c'est le cas, et vérifié à maintes reprises.

 

Mon interrogation porte sur les bases mathématiques ou physiques qui sous-tendent ce principe, ainsi que les conséquences que l'on en tire.

 

La source de mon interrogation : chez les astronomes professionnels, un RSB = 3 est considéré comme le strict minimum pour tenter de distinguer le signal utile du bruit.

En général, on considère qu'un RSB >= 10 est le minimum pour avoir une mesure quantitative fiable.

 

D'où ma question : pourquoi cette "sacro-sainte" règle des "3x" en astrophoto amateur ?

Et pourquoi un "effet placebo" au-delà ?

 

J'imagine que la solution réside dans le calcul du bruit au final sur l'image empilée, mais comment arrive t-on à ce résultat ? (et est-ce que cela dépend de la méthode d'empilement choisie : moyenne, médiane (avec ou sans sigma-clipping), addition arithmétique ?

 

J'imagine aussi qu'on met en regard le temps nécessaire pour augmenter le sigma sur des poses unitaires et le nombre de photos empilées, et que cette dernière solution est plus économe en temps ; mais comment cela se démontre t-il ?

 

En espérant que ma question soit claire et compréhensible... et merci de m'avoir lu sur ce sujet un peu ardu (pour moi en tout cas...).

 

jb

[AstroFilDu76]

Et up, moi aussi j'aimerais comprendre. Cette "regle" des 3 fois.

[benjamindenantes]

Il me semble même avoir lu ici même que la valeur exacte est de 3,37x si mes souvenirs sont bons. (j'ai un vieux doute sur la valeur exacte)

J'avoue appliquer bêtement cette "règle" même si la plupart du temps, je dépasse largement ce seuil des 3/4x.

 

La question est bonne sur le "pourquoi 3x"?

Peut-être qu'attirer des gens comme Thierry Legault ici nous aiderait.

 

Concernant le concept de durée optimum, je pense que c'est plus du fait que ça devient inutile de poser plus longtemps après avoir atteins ce seuil.

En évitant de poser plus longtemps ou risque moins de perdre des poses a cause d'une rafale de vent ou d'un autoguidage capricieux.

[Pulsar59]

Bon j'avais fait une réponse très circonstanciée mais disparue dans les limbes avant de pouvoir la poster.

Bref, je résume :

 

Les 3x, ca vient des sciences analytiques et des manips de spectro ou tu enregistres des pics sur une ligne de base qui a des fluctuations soit temporelles, soit entre canaux de mesure. Tu peux évaluer le sigma de ces fluctuations : c'est le bruit. Tout pic dont la hauteur (au-dessus de la ligne de base) dépasse 3 x ce bruit sera conventionnellement considéré comme un vrai positif : tu as donc DETECTE un évènement. Pour le quantifier (c'est-à-dire pour en donner une mesure avec une incertitude de répétabilité inférieure à, disons, 50 % relatifs), il te faut encore plus de signal, environ 10x le bruit : ce niveau de signal définit une limite de QUANTIFICATION.

 

Voilà d'où viennent les 3x.

 

Maintenant, en toute rigueur, ce qui compte dans la mesure (ou dans l'imagerie qui n'est rien d'autre qu'une mesure photométrique), c'est l'INCERTITUDE de mesure.

C'est pour ça qu'aujourd'hui, en sciences analytiques (c'est mon métier) on défint d'abord une limite de quanti par le niveau de concentration (de signal) au-dessus duquel l'incertitude de répéta (l'écart-type du résultat de la mesure répétée N fois) devient inférieure à un certain seuil.

La limite de détection est ensuite prise conventionnellement comme égale au tiers de la limite de quanti. Dans ces définitions, on ne parle plus du tout de bruit !!! Mais évidemment, c'est bien à cause de lui si les limites de quanti augmentent... Bref, en sciences analytiques aujourd'hui, le 3 sigma c'est dépassé depuis longtemps sauf dans quelque labos universitaires qui n'ont pas suivi les tendances modernes impulsées par l'analyse des signaux faibles.

 

On pourrait d'ailleurs appliquer ces définitions actuelles à l'astro et voir si elles collent aux 3 sigma, pour voir !

[mejean]

Il faudrait revoir en détails mais le 3x correspond au seuil à partir duquel le bruit de lecture (offset) va devenir négligeable par rapport aux autres sources de bruit (photonique, thermique etc)

Pour un même temps de pose total, que l'on ait 1 pose ou x poses se sera (quasiment) le même résultat en terme de RSB vu que le bruit de lecture devient négligeable. Ce ne serait pas lié au comportement du bruit qui suit une loi en somme quadratique (des différentes sources de bruit)? En gros, quand la part apportée par le bruit de lecture représente moins de 10% des autres sources de bruit, on considère qu'il est négligeable.

 

J'espère ne pas dire de grosses bêtises...

 

JP

Modifié 6 septembre 2016 par mejean

[christiand]

JP a bien résumé :

 

Il faudrait revoir en détails mais le 3x correspond au seuil à partir duquel le bruit de lecture (offset) va devenir négligeable par rapport aux autres sources de bruit (photonique, thermique etc)

 

Dans ces conditions, si tu fais la somme "quadratique" des bruits qui courrent tu verras que le bruit de lecture ne compte pour pas grand chose.

Ceci dit il n'existe pas de limite dans le temps de pose, tu peux poser, poser... le RSB continue de progresser. Mais ça ne sert plus à grand chose quand on y regarde de plus prés.

 

En Ha ou sous un ciel très noir parfois on arrive pas au "3 offets", même en posant 10 ou 15mn.. et bin tant pis, on fait avec...

 

Christian

[olivdeso]

 

Dans ces conditions, si tu fais la somme "quadratique" des bruits qui courrent tu verras que le bruit de lecture ne compte pour pas grand chose.

 

 

C'est exactement ça

 

un rapport x3.25 entre le bruit de lecture* et le bruit photonique du fond du ciel*, correspond à une contribution de seulement 5% du bruit de lecture dans le bruit total

 

 

* bruit de lecture mesuré sur un offset calibré avec le master offset et brute calibrée correctement avec D,F,O

 

Mais en pratique sur des brutes non pré-traitées on retrouve en gros la même chose en prenant x3.5 ou x4 suivant le capteur et le vignettage.

 

Remarque :

 

- Le bruit du fond du ciel est proportionnel à la racine carrée du temps de pose. Pour passer de x3 à x4 il faut poser 1,78x plus longtemps. ça progresse pas vite...

 

- Donc c'est pas hyper critique non plus. Même en ayant des poses un plus courtes le coef ne baissera pas trop vite, on ne perdra pas trop en rapport signal à bruit sur l'image finale, il suffira de faire quelques brutes en plus. Parfois c'est plus facile que de faire des poses plus longues d'autant qu'on bénéficie de plus de dithering dans ce cas

[Jean-Baptiste_Paris]

Merci pour vos réponses qui me permettent d'y voir un peu plus clair... mais pas totalement... enfin je crois !

 

Après avoir lu vos réponses, je suis allé lire un article très intéressant de Christian Buil : "Le bruit dans une caméra CCD".

 

Je relève le commentaire suivant (2e page de l'article) :

 

Bien souvent en astronomie, on cherchera des signaux noyés dans un bruit de fond important. Il est traditionnel, mais c'est assez arbitraire, de décréter que le signal sort du bruit lorsque le premier est 3 à 5 fois plus intense que le second. Cela s'écrit S/B=3 ou S/B=5. On parle aussi de détection à 3 sigma ou à 5 sigma (3s ou 5s ).

 

Après lecture croisée de vos commentaires et de l'article, voici ce que j'en comprends :

 

Il y a plusieurs sources de bruits pour une image donnée (bruit de lecture, bruit photonique...) et le bruit total s'exprime comme la somme quadratique des différents bruits :

 

 

En assimilant le signal utile à un des "bruits" composant l'image, on cherche à déterminer à partir de quel rapport celui-ci sera prépondérant.

 

Sous une forme simplifiée, en prenant "100" comme valeur du signal utile et "x" comme bruit de lecture, on constate :

 

2s :

 

3s:

 

4s:

 

5s:

 

10s :

 

Sous forme graphique, avec le signal utile à "100" et en abscisse la valeur du bruit de lecture.

 

 

A 2s, le bruit contribue à plus de 10% (hors graphique), à 3s c'est environ 5%, le signal est très largement prépondérant. On gagne ensuite mais plus lentement, il faut arriver à 7s pour atteindre le 1%.

 

Bon, donc considérant comme vous le soulignez et comme le souligne Christian Buil, que :

 

Un terme élémentaire peut être considéré comme négligeable, s'il est inférieur d'un facteur 3 à 4 au terme dominant.

 

je comprends que, même s'il est un peu arbitraire, ce critère de 3s est pertinent, même si rien n'interdit de viser mieux.

 

Là où je comprends moins, c'est ce qui suit, en ce qui concerne les conséquences que l'on en tire en matière d'empilement d'images.

 

Par l'empilement des images, le rapport S/B va s'améliorer selon la formule :

 

 

Ou pour détailler davantage :

 

 

Avec S = l’image compositée, Sk = les images élémentaires, (S/N)k = le signal sur bruit des images élémentaires.

 

Ce que je comprends mal : ces formules sont valables si l'on empile les images au moyen d'une addition arithmétique... sauf qu'en pratique on utilise davantage les méthodes de "médiane" (avec ou sans sigma clipping).

 

Or, si l'on utilise la méthode de la médiane, est-ce que ce n'est pas justement le paramètre "sigma" qui devient prédominant sur le "nombre d'images", puisque le RSB ne sera pas modifié ?

 

Autrement dit : cette règle des 3s est-elle valable quelle que soit la méthode d'empilement, ou Est-ce qu'il faut tenir compte de la méthode d'empilement utilisée pour corriger ce paramètre dès le départ ?

 

jb

[Pulsar59]

Les méthodes de clipping et autres medianes ne sont là que pour nettoyer un peu la suite de mesures, pur enlever ce qu'on appelle des "outliers" ou plus précisément des valeurs aberrantes par rapport à l'ensemble du nuage de points.

Quant on empile 50 images, il y en aura 2 ou 3 qui risquent d'être affectées, sur un pixel donné, par un fort bruit aléatoire. Ces méthodes rejetteront ce pixel pour ces 2 ou 3 images.

Conséquence pour le résultat de l'empilement : son niveau de signal reste à peu près constant mais son bruit diminue un peu. Le règle des 3 sigma pour DETECTER un objet continue à s'appliquer, sauf que le sigma est ici un poil plus faible qu'il ne le serait sans réjection, c'est tout.

 

Enfin quand on dit que 3 sigma c'est arbitraire, je dirais oui... et non. Je rappelle qu'il s'agit quand même d'un consensus issu de dizaines d'années de discussion dans la communauté des sciences analytiques.

[christiand]

Salut

 

JB :

 

Ce que je comprends mal

Tu n'es pas seul : je ne pige pas trop ta présentation...

 

Arrêtes de te triturer l'esprit avec toutes ces formules :fais des images en respectant grosso modo les 3 sigma et zou.... ça roule

 

Par exemple si ton bruit sur offset est de 10 (sigma), regardes une brute, si le bruit total est de 40 ou 50, alors pas trop de soucis.. vas y... et s'il est plus bas et bien on fait avec, hein.

On a pas forcément besoin de calculette pour faire de l'imagerie et pour obtenir une détection optimale, l'essentiel est de piger le principe sans trop entrer dans les détails..

 

Christian

[Jean-Baptiste_Paris]

Arrêtes de te triturer l'esprit avec toutes ces formules :fais des images en respectant grosso modo les 3 sigma et zou.... ça roule

(...) On a pas forcément besoin de calculette pour faire de l'imagerie et pour obtenir une détection optimale, l'essentiel est de piger le principe sans trop entrer dans les détails..

 

Pardon, je me rends compte que je n'ai pas été super clair sur l'objectif de ce post : le but n'est évidemment pas de mettre en pratique sur le terrain tout un tas de formules avant de lancer les poses ; mais juste de comprendre ce qu'on fait !

 

Sur le terrain, en plus en nomade, je ne m'embête même pas avec ça, en fonction de l'objet, de la qualité du ciel et des filtres utilisés, j'envoie 5, 10 ou 15 mn sans me poser plus de question, un peu au feeling... Je vérifie juste sur la première brute que je suis au moins à 3x, et si c'est proche ou un peu au-dessus, je considère que c'est bon, je ne perds pas de temps à chercher à optimiser, sinon ma séance photo se retrouve amputée d'une heure !

Et puis je dois aussi tenir compte de ce que j'ai en stock au niveau des darks...

 

Mais après, ça ne m'empêche pas d'avoir envie de comprendre le "pourquoi" du "comment". Même si je n'en retire aucune conséquence pratique, j'ai au moins la satisfaction de comprendre un peu mieux ce que je fais...

 

Et puis, on ne sait jamais, en comprenant un peu mieux, on peut toujours espérer en tirer quelque chose d'utile sur le terrain ou au traitement...

 

Les méthodes de clipping et autres medianes ne sont là que pour nettoyer un peu la suite de mesures, pur enlever ce qu'on appelle des "outliers" ou plus précisément des valeurs aberrantes par rapport à l'ensemble du nuage de points.

Quant on empile 50 images, il y en aura 2 ou 3 qui risquent d'être affectées, sur un pixel donné, par un fort bruit aléatoire. Ces méthodes rejetteront ce pixel pour ces 2 ou 3 images.

Conséquence pour le résultat de l'empilement : son niveau de signal reste à peu près constant mais son bruit diminue un peu. Le règle des 3 sigma pour DETECTER un objet continue à s'appliquer, sauf que le sigma est ici un poil plus faible qu'il ne le serait sans réjection, c'est tout.

 

Merci Pulsar pour ces précisions.

 

Du coup je comprends que dans le cas de la méthode d'empilement par médiane (avec ou sans sigma clipping), le sigma va jouer un rôle plus fort que dans l'empilement par addition arithmétique par rapport au nombre de poses.

 

 

En allant consulter la documentation de référence de Pix, il y a également des choses intéressantes sur les différentes méthodes d'empilement d'images (et qui semblent aller dans ce sens) :

 

 

Méthode d'empilement par moyenne ("average combination") :

 

The increase in signal-to-noise ratio is proportional, assuming that all of the input images have equal SNR, to the square root of the number of integrated images:

Méthode d'empilement par médiane ("median combination") :

 

Since the standard deviation of the sample mean is , the standard deviation of the sample median is larger by a factor of . From this value we can express the SNR increase for a median combination as:

 

 

C'est assez instructif je trouve (en tout cas perso je l'ignorais) : avec un empilement par la méthode "moyenne", le S/B s'améliore en fonction de la racine carrée du nombre d'images (ce qu'on lit toujours), alors qu'avec la méthode par médiane (pourtant la plus utilisée en pratique), la racine carrée du nombre d'images total améliore le S/B dans un rapport de 0,8x seulement.

 

By comparing [these] equations, we see that the SNR achieved by a median combination is approximately a 20% less than the SNR of the average combination of the same images (even less for small sets of images). In terms of SNR improvement, average combination is always better, so what can a median combination be useful for? The answer leads to the subject of robust estimation. For a distribution with a strong central tendency, the median is a robust estimator of the central value. This makes median combination an efficient method for image combination with implicit rejection of outliers, or pixels with too low or too high values due to spurious data. However, in our implementation we provide several pixel rejection algorithms that achieve similar outlier rejection efficiency and can be used with average combination without sacrificing so much signal.

 

Je comprends donc que les différentes méthodes d'empilement par médiane (winsorized et variantes), ou de sigma-clipping (linear fit, etc.) vont éliminer les valeurs les plus éloignées de la médiane (les "outliers" dont parle Pulsar59) et vont permettre d'augmenter ce facteur (mais dans quelle proportion ?) mais ne permet jamais d'atteindre la même amélioration qu'avec un empilement par moyenne.

 

 

Pour me risquer à un exemple "pratique" :

 

Admettons que j'ai suivi la règle des 3s pour mes brutes, et que j'ai réalisé 25 images (car j'ai considéré par exemple que cela me permettrait d'obtenir un S/B satisfaisant sur l'image empilée, en suivant par exemple la méthode décrite ici, p.13 et s.)

 

- avec le calcul "habituel" je peux m'attendre à (ou je vise volontairement) un rapport S/B de : 5 x 3 = 15 ;

- en réalité, si j'utilise l'empilement par médiane (qui est plus répandu), mon rapport S/B final sera seulement de : 0,8 x (5x3) = 12.

 

Pour obtenir un R/B final identique (ou recherché) de 15 avec la méthode par médiane, il faudrait donc que je vise un sigma 4 (0,8 x 5x4 = 16).

 

Sauf qu'en pratique, et si j'ai bien compris les propos de Olivdeso, il va me falloir un temps de pose 1,76 fois plus long pour passer de 3s à 4s.

 

Pour un temps de pose global (admettons ici 25 poses de 5 minutes pour atteindre 3s, soit à peu près 2h), je n'aurais donc le temps de réaliser que 25/1,76 = 14 poses.

 

 

Pour un temps de pose global identique, j'ai donc le choix entre :

 

- 25 poses à 3s --> RSB final de 15 (moyenne) ou 12 (médiane)

- 14 poses à 4s --> RSB final de 15 (moyenne) ou 12 (médiane)

 

C'est donc strictement équivalent !

 

 

Pour un nombre d'images déterminé (ici 25) :

 

- 25 poses à 3s --> RSB final de 15 (moyenne) ou 12 (médiane) - intégration totale : 2h

- 25 poses à 4s --> RSB final de 20 (moyenne) ou 16 (médiane) - intégration totale : 3h30

 

 

Conclusion : pour un temps de pose global déterminé, on ne gagne rien à passer de 3s à 4s et il faut donc privilégier les temps de pose plus courts (3s) qui limitent le risque de perte d'images au cours de l'acquisition.

Mais inversement, si l'on est à 4s, avec moins de poses on obtiendra le même résultat pour un temps d'intégration total identique (ici avec 3h30 de poses à 5m, soit 42 poses, on arrive aussi à un RSB final identique de 20/16).

 

Pour un nombre d'images déterminé, le RSB réel correspondant au RSB recherché, avec empilement par médiane (sans méthode de rejet des outliers) nécessitera donc un temps de pose 1,76x plus long.

 

Il faudrait aussi déterminer dans quelle mesure les méthodes de clipping et autres permettent d'influer sur le facteur 0,8x pour avoir une idée plus précise...

 

Ca vous semble se tenir ou je suis à côté de la plaque ?

 

JB

 

PS: un petit graphique représentant le RSB final en fonction de 3s/4s, de la méthode d'empilement et du nombre d'images :

 

 

On voit que pour obtenir un RSB final donné, pour le nombre de poses unitaires que l'on réalise habituellement au niveau amateur en CP longue pose, 3s et 4s vont se valoir (en médiane) en terme de nombre d'images / temps global.

Modifié 8 septembre 2016 par Jean-Baptiste_Paris

[Pulsar59]

Tu as tout compris sur l'intérêt des méthodes de réjection : elles n'améliorent pas le bruit mais améliorent la justesse de l'estimation de la valeur du signal sur l'empilement.

 

Sinon 2 choses :

- la règle des 3 sigma, c'est pour évaluer le temps de pose UNITAIRE

- tes questions sur le facteur 0,8x ou autre, ca concerne l'EMPILEMENT.

 

C'est 2 choses différentes, hein ? ca se traite séparément :

- dans un premier temps, tu adaptes ton temps de pose unitaire pour respecter au minimum 3 sigma;

- dans un deuxième temps, tu t'interroges sur la méthode d'empilement.

Ce sont 2 raisonnements quasi indépendants.

 

Sur la question du 0,8 : je ne peux que te conseiller ce que j'avais fait à mes débuts : tu prends un set de brutes, tu les empiles avec les différentes méthodes avec ou sans rejet, et tu regarde le RSB sur des étoiles non saturées : calcul du signal de l'étoile (son max - la médiane du fdc environnant) divisé par la médiane du fdc environnant. Tu fais ça sur plusieurs étoiles et tu regardes en même temps l'allure de certains détails de ton objet en zoomant à fond...

... et tu te fais ta religion.

[Jean-Baptiste_Paris]

Sinon 2 choses :

- la règle des 3 sigma, c'est pour évaluer le temps de pose UNITAIRE

- tes questions sur le facteur 0,8x ou autre, ca concerne l'EMPILEMENT.

 

C'est 2 choses différentes, hein ? ca se traite séparément :

- dans un premier temps, tu adaptes ton temps de pose unitaire pour respecter au minimum 3 sigma;

- dans un deuxième temps, tu t'interroges sur la méthode d'empilement.

Ce sont 2 raisonnements quasi indépendants.

 

Merci pour ces précisions ; du coup je n'ai pas compris, il doit me manquer quelque chose...

 

J'imagine quand même que le RSB final dépend en partie du RSB des images unitaires, non ?

 

Et que ce RSB final peut varier en fonction de la méthode d'empilement ?

 

Il me semble que les formules ci-dessus établissent un lien direct entre RSB unitaire, nombre d'image, méthode d'empilement et RSB final... du coup, pourquoi est-ce "indépendant" ?

 

Désolé si mes questions sont idiotes ; j'essaie juste de comprendre !

 

jb

Modifié 8 septembre 2016 par Jean-Baptiste_Paris

[Pulsar59]

Pour faire court :

- bien sur que le RSB final de l'empilement dépend de celui des unitaires

- mais il va dépendre aussi de ta méthode d'empilement

- ca ne doit pas t'empêcher de respecter 3 sigma sur tes unitaires, indépendamment de la manière dont tu vas les empiler par la suite. Car cette règle t'assurera que ton bruit de lecture (cad : le bruit de te chaîne de mesure, hors thermique) restera négligeable dans chaque unitaire par rapport à celui de la ligne de base de ton signal (cad la fluctuation du fond de ciel, essentiellement bruit photonique). Pourquoi cette règle devrait-elle dépendre de la manière dont tu empiles après ?

Modifié 8 septembre 2016 par Pulsar59

[Jean-Baptiste_Paris]

Vouloir faire 3 sigma ou 3,5 sigma selon la méthode d'empilement ultérieure ne t'apportera que des gains très marginaux par rapport aux autres défauts de l'image. Dans le doute, tu fais 4 sigma et tu passeras à tous les coups !

 

Ha... mais... alors... Est-ce que ça veut dire que ma présentation ci-dessus se tient ?

 

Si c'est le cas, même si ça n'apporte pas grand chose et que ça ne changera rien en pratique à ma manière d'imager, je serais quand même content d'avoir compris !

 

jb

[Pulsar59]

J'ai édité

[Jean-Baptiste_Paris]

J'ai édité

 

mince !

 

Je vais bien finir par comprendre !

 

- ca ne doit pas t'empêcher de respecter 3 sigma sur tes unitaires, indépendamment de la manière dont tu vas les empiler par la suite. Car cette règle t'assurera que ton bruit de lecture (cad : le bruit de te chaîne de mesure, hors thermique) restera négligeable dans chaque unitaire par rapport à celui de la ligne de base de ton signal (cad la fluctuation du fond de ciel, essentiellement bruit photonique). Pourquoi cette règle devrait-elle dépendre de la manière dont tu empiles après ?

 

Je me suis sans doute un peu dispersé, mais ma question à la base c'est de comprendre le principe de "3x l'offset" et pourquoi aller au-delà n'a aucun effet ou qu'un "effet placebo".

 

Je pars donc du principe qu'on doit respecter a minima le 3s sur les brutes unitaires.

 

Ensuite, il n'en reste pas moins que ce qui m'intéresse, in fine, c'est bien mon image empilée et ce que je vais pouvoir en tirer au traitement (ou avec quelle facilité je vais pouvoir la traiter) ; c'est pourquoi je m'interroge sur les effets des différentes méthodes d'empilement.

 

En effet, si selon la méthode d'empilement, le facteur "sigma" et le facteur "nombre d'images" influent de manière différente, je me dis qu'en fonction de la méthode utilisée, on doit pouvoir savoir dès le départ s'il faut davantage miser sur l'un ou l'autre de ces facteurs (et ensuite seulement savoir si en pratique cela peut avoir une influence - en admettant que cela soit possible/réaliste à notre niveau).

 

Mais bon, encore une fois, c'est vraiment pour comprendre le principe.

 

jb

Modifié 8 septembre 2016 par Jean-Baptiste_Paris

[Pulsar59]

lol

 

je t'en remets une couche : à partir du moment ou tu dépasses 3 sigma en unitaires, c'est le bruit photonique qui domine dans tes brutes prétraitées, OK ?

 

Donc, quand tu changes de méthode d'empilement, et que tu rejettes ou pas, tu vas agir essentiellement sur des intensités de bruit photonique, pas de bruit de lecture. Donc tu agis sur ce que ton capteur a reçu du ciel, pas sur les parasites qu'il a rajoutés. C'est bien le but recherché d'ailleurs, non ?

[Jean-Baptiste_Paris]

lol

 

je t'en remets une couche : à partir du moment ou tu dépasses 3 sigma en unitaires, c'est le bruit photonique qui domine dans tes brutes prétraitées, OK ?

 

Donc, quand tu changes de méthode d'empilement, et que tu rejettes ou pas, tu vas agir essentiellement sur des intensités de bruit photonique, pas de bruit de lecture. Donc tu agis sur ce que ton capteur a reçu du ciel, pas sur les parasites qu'il a rajoutés. C'est bien le but recherché d'ailleurs, non ?

 

Ok, ça y est, je pense avoir compris !

 

Si je comprends bien, je fais fausse route en disant que pour passer de 3s à 4s, je vais simplement devoir poser plus longtemps, puisque le signal utile et le bruit photonique (fdc) va dans ce cas augmenter dans les mêmes proportions - et donc je n'aurais jamais un 4s juste en posant plus longtemps (en tout cas en ce qui concerne le signal utile vs le fdc ; pas par rapport au bruit de lecture) ?

 

Passer à 4s, ça reviendrait à mettre un filtre (genre UHC) pour limiter le bruit photonique du fdc sans trop limiter le signal utile, mais ça oblige à poser plus longtemps pour avoir le même sigma que sans le filtre...

 

C'est bien ça ?

 

J'ai l'impression que je me mélange les pinceaux en perdant de vue que le 3s, c'est par rapport au bruit de lecture de la CCD, et pas le signal utile au regard du fdc...

jb

Modifié 8 septembre 2016 par Jean-Baptiste_Paris

[Great gig in the sky]

J'adore ce genre de discussion . J'entrave que couic mais j'ai l'impression d'être moins con .

Continuez , continuez , je suis .

[Pulsar59]

T'as rien compris

 

Dans ce calcul, on divise le sigma du fond de ciel d'une brute prétraitée (qui contient donc le bruit photonique, le bruit de lecture et le bruit thermique) par le sigma d'un offset individuel (qui ne contient que le bruit de lecture)

 

Quand tu augmentes le temps de pose, le photonique augmente, le thermique aussi (mais il est très faible en général), mais pas le bruit de lecture.

 

C'est comme ça que tu peux dépasser 3 sigma.

Notes que dans ce calcul, on ne s'intéresse pas du tout au signal, donc pas du tout au RSB non plus, par conséquent.

 

 

Il ne faut pas confondre un premier raisonnement, basé uniquement sur l'analyse des bruits, visant à s'affranchir (suffisamment) des bruits de lecture avec un autre raisonnement qui s'intéresse au RSB, donc qui fait intervenir aussi le signal (effet des méthodes de rejet d'empilement...)

 

Vu ton EDIT : oui tu te mélanges les pinceaux avec le 3S : ca y est tu as compris !

Modifié 8 septembre 2016 par Pulsar59

[Jean-Baptiste_Paris]

Merci Pulsar pour ta patience !

 

Bon alors si je résume :

 

- la règle du 3x le sigma, ça concerne uniquement le bruit de lecture dans le cadre du prétraitement des images brutes unitaires.

A partir de 3s, le bruit de lecture joue pour moins de 5% du bruit global, ce qui le rend négligeable par rapport aux autres sources de bruits.

 

- une fois la brute prétraitée, on obtient une image avec un bruit de lecture négligeable donc, et c'est sur cette brute prétraitée que l'on peut déterminer un rapport S/B utile en pratique (signal utile / fdc, bruit photonique) que l'on va chercher à améliorer en empilant un nombre N d'images.

Il s'agit d'un RSB qui n'est plus lié au bruit de lecture dont on s'est débarrassé au prétraitement (donc aucune influence notable en pratique que ce bruit représente 5% ou 2% du bruit total).

 

- L'empilement va permettre d'améliorer le RSB des images brutes prétraitées, proportionnellement à la racine carrée de N pour l'empilement par moyenne, et proportionnellement à 0,8 x la racine carrée de N pour l'empilement par médiane.

 

C'est bon ?

 

jb

[Pulsar59]

oui, à une seule exception :

 

On ne se débarrasse pas du BRUIT de lecture au prétraitement, au contraire on en rajoute. On se débarrasse du SIGNAL de lecture (trames, niveau d'offset non nul comme chez Canon etc...).

D'ailleurs, dans certains cas, on peut se demander si retirer une constante n'est pas mieux que retirer un offset maître, quand ce dernier est particulièrement plat. Ou de faire un superbias mais je suis pas totalement convaincu de la pertinence de ce dernier puisqu'on peut facilement montrer (je l'ai vérifié en faisant des essais) qu'au-dessus de quelques dizaines d'offsets on gagne plus rien, donc a fortiori avec le superbias on gagnera peanuts aussi.

Ca n'empêche pas qu'en rallongeant le temps de pose unitaire, on diminue la contrib de ce bruit de lecture dans les unitaires prétraitées, de sorte que sa contrib est négligeable au moment d'empiler.

Tout le reste de ta démonstration est bon

 

Bon pour l'histoire du 0,8, ca se vérifie : perso, de mémoire, j'avais plutôt vu dans les 0,9. Mais ca doit dépendre un peu des images.

Modifié 8 septembre 2016 par Pulsar59

[krotdebouk]

Je ne sais pas si c'est le bon endroit pour mes questions, mais je trouve qu'il y a quand même un petit lien.

Un truc, si ce n'est plus, m'échappe dans tout ce qui précède. Je vais prendre pour exemple pratique celui que je viens de lancer il y a une heure, une nébuleuse proche de Gam. Cassiopée. Images au Canon 1200D Astrodon + filtre CLS sur un Newton SW 200/800 à 400 ISO.

Le sigma d'un offset brut à 400 ISO est entre 8 et 9, mesuré avec la fonction statistiques d'IRIS. A 2 minutes de pose, j'ai un sigma d'environ 50 sur le FDC sans étoile d'une brute. J'ai quand même conservé ce temps de pose, à l'instinct.

 

Dans ces conditions, pour avoir un résultat satisfaisant il faudrait que j'empile une trentaine de brutes puisqu'au delà le gain ne serait pas significatif. Une heure d'intégration seulement...

 

Ce que je ne comprends pas parce que contradictoire avec ce qui a été développé avant :

Pourquoi les "belles" images sont-elles souvent le résultat de nombreuses heures d'intégration (7, 8, 10 heures et parfois beaucoup plus) ?

 

Dans mon cas, si je voulais avoir 5 heures d'intégration ça reviendrait à empiler 150 images brutes alors que le gain est peu significatif par rapport à une trentaine d'images brutes. Est-ce que c'est ridicule de le faire ?

 

Au final et c'est peut être la réponse, est-ce que tout ça est le résultat de la qualité médiocre de mon ciel (20 km N/O de Paris) et que la limite de ce que je peux faire depuis chez moi est atteinte ?

Faut-il conclure que l'APN n'est bon à rien dans mon cas et qu'il ne me reste plus qu'à investir dans une CCD ou CMOS ?

Une caméra ferait-elle d'ailleurs mieux en LRVB avec mes conditions de prises de vue ?

 

Merci pour l'éclairage...

[Pulsar59]

 

Dans ces conditions, pour avoir un résultat satisfaisant il faudrait que j'empile une trentaine de brutes puisqu'au delà le gain ne serait pas significatif. Une heure d'intégration seulement...

 

 

 

Dans mon cas, si je voulais avoir 5 heures d'intégration ça reviendrait à empiler 150 images brutes alors que le gain est peu significatif par rapport à une trentaine d'images brutes. Est-ce que c'est ridicule de le faire ?

 

 

 

Je ne comprends pas cette question.

A partir du moment où tu t'es affranchi du bruit de lecture (3 sigma), ton RSB final ne dépend plus que de ton temps de pose GLOBAL. Donc si tu fais 30 poses 5 fois plus longues ou 5 fois plus de poses de même durée, le RSB final sera exactement le même (aux erreurs de suivi près, plus fréquentes sur unitaires plus longues).

Dans ton exemple, passer de 30 à 150 fait gagner racine de 5 = 2,23 (je crois)

Ce n'est pas négligeable du tout, ca permet de tirer plus sur les niveaux pour aller chercher des signaux plus faibles.

[Jean-Baptiste_Paris]

Dans ces conditions, pour avoir un résultat satisfaisant il faudrait que j'empile une trentaine de brutes puisqu'au delà le gain ne serait pas significatif. Une heure d'intégration seulement...

 

Ce que je ne comprends pas parce que contradictoire avec ce qui a été développé avant :

Pourquoi les "belles" images sont-elles souvent le résultat de nombreuses heures d'intégration (7, 8, 10 heures et parfois beaucoup plus) ?

 

 

Tu vas gagner moins en passant de 30 à 150 images qu'en passant de 1 à 30, mais tu vas quand même y gagner (beaucoup)

 

Je te recommande de lire la présentation suivante, qui m'avait perso beaucoup éclairé sur la manière de déterminer le nombre de poses minimum : http://www.astrosurf.com/jousset/medias/RCE_2010_CCD_urbain.pdf.

 

Il faut bien sûr tenir compte de différents paramètres (qualité du ciel, filtres...) mais de manière générale, tu gagneras toujours à augmenter le nombre de poses.

 

Désolé que mes questionnements (et mes nombreuses incompréhensions initiales) aient pu entrainer un doute dans ton esprit !

 

jb

[Jean-Baptiste_Paris]

On ne se débarrasse pas du BRUIT de lecture au prétraitement, au contraire on en rajoute. On se débarrasse du SIGNAL de lecture (trames, niveau d'offset non nul comme chez Canon etc...).

D'ailleurs, dans certains cas, on peut se demander si retirer une constante n'est pas mieux que retirer un offset maître, quand ce dernier est particulièrement plat. Ou de faire un superbias mais je suis pas totalement convaincu de la pertinence de ce dernier puisqu'on peut facilement montrer (je l'ai vérifié en faisant des essais) qu'au-dessus de quelques dizaines d'offsets on gagne plus rien, donc a fortiori avec le superbias on gagnera peanuts aussi.

 

Merci Pulsar pour ces précisions rigoureuses !

 

Je me suis rendu compte de mon erreur après coup, mais c'est bien ce que j'avais en tête... je pense que désormais c'est clair pour moi !

 

Questions complémentaires par rapport au superbias :

 

- 1/ j'utilisais un superbias avec l'APN (canon1100D qui avait des soucis de trame) et c'était assez efficace... Est-ce utile de procéder de la même manière avec la CCD qui a un bias bien plus propre et homogène ?

 

- 2 / Dans le cas où on utilise un superbias, j'imagine que la règle des 3s s'applique de la même manière au regard de la stat sigma du superbias ?

 

Bon pour l'histoire du 0,8, ca se vérifie : perso, de mémoire, j'avais plutôt vu dans les 0,9. Mais ca doit dépendre un peu des images.

 

Je ferai un essai avec mes premières images CCD quand je vais attaquer le traitement ; pour l'instant je passe mes soirées à faire des darks, j'ai pas encore pu commencer !

 

Je posterai ça ici, si c'est intéressant...

 

jb

[Pulsar59]

Question 1) : pour être rigoureux, j'en sais rien. Ca se vérifie par des essais. L'avantage du superbias est que son bruit est nul. Donc, quand tu le soustrait au prétraitement, tu n'ajoutes aucun bruit. Maintenant, si le bruit de lecture de ta CCD est faible, je pense que le gain apporté par le bruit nul d'un superbias par rapport à celui très faible d'un offset maître (fait, disons, à partir d'une trentaine d'offsets unitaires) est complètement marginal.

Au passage, si ton 1100 avait des soucis de trame, un bon offset maître aurait pu t'en débarrasser aussi bien qu'un superbias. La trame, c'est du SIGNAL de lecture, pas du bruit !!!!

Question 2) ben non. Par définition, la stat sigma d'un superbias est NULLE. Il n'empêche que tu manges quand même le bruit de lecture dans CHAQUE UNITAIRE et que donc tu dois toujours respecter les 3 sigma pour une brute prétraitée par rapport à un offset unitaire. Le seul intérêt du superbias est de ne pas RAJOUTER encore un peu plus de BRUIT de lecture au prétraitement.

[Pulsar59]

rien

[OrionRider]

Dans la pratique, voici ma règle, testée et vérifiée sous les étoiles:

 

La durée de pose la plus longue pour que:

 

• le fond de ciel ne dépasse pas 1/3 à la moitié de la dynamique (selon le contraste de l'objet)
  
• les étoiles soient rondes (flexions, suivi, autoguidage, seeing)
  
• le nombre de poses soit supérieur à 30
  

 

Dans la pratique, pour mon ciel, mes APN (Nikon D70s et D7000) et ma monture, c'est 10 minutes les très bonnes nuits, sinon 5 minutes.