Rapport focal en visuel et photo

[caracara72]

Bonjour,

 

Je n'arrive pas à trouver l'explication physique au fait que le rapport focal influe sur la luminosité en photo mais pas en visuel, où c'est uniquement le diamètre qui compte.

Si quelqu'un a une explication, un lien, ou un schéma pour pour comprendre je suis preneur.

 

Voici où j'en suis dans mes réflexions sur le sujet :

Qu'on soit en visuel ou en photo on a toujours la même mécanique de base : une surface (miroir primaire ou lentille) collecte une certaine quantité de lumière et la focalise pour former une image dont la taille est fonction du rapport focal (champ de pleine lumière), puis le capteur (cmos, ccd, rétine) capte une portion rognée de cette image. Donc j'ai l'impression que dans les deux cas on a une influence du rapport focal.

La seule différence c'est qu'en photo le capteur est directement au foyer alors qu'en visuel il y a l'oculaire et le cristallin qui influent sur les rayons lumineux avant qu'ils arrivent jusqu'à la rétine. Est-ce là la clé du mystère ?

 

Merci d'avance pour vos réponses.

[Astro_007]

Salut,

 

Le F/D en photo est important car cela permet de minimiser les temps de pose mais aussi de disposer de plus de champ.

Pour le visuel, il suffit d'adapter la focale de l'oculaire par rapport à celle du télescope pour la luminosité, le grossissement et le champ apparent.

 

Modifié 28 septembre 2019 par Astro_007

[caracara72]

Ok, je vois. Donc ça serait parce qu'en visuel on a la focale de l'oculaire comme paramètre supplémentaire pour jouer sur la luminosité via la pupille de sortie qu'on estime que seul le diamètre joue sur la luminosité en visuel ?

[jgricourt]

Si je puis me permettre, en photo on joue sur l'ouverture à l'aide du diaphgrame pour changer l'éclairement du capteur évidement sur un Telescope on ne va pas mettre un diaphgrame devant le miroir primaire pour réduire sa surface collectrice mais je sais que certains ici le font oui j'ai des noms ! A la place on va plutôt jouer sur le grossissement pour avoir une image plus ou moins lumineuse (la pupille de sortie)   Enfin en astrophoto on pourra toujours rajouter une barlow ou un réducteur pour adapter cette luminosité.

[caracara72]

Sauf que la pupille de sortie ne fait pas tout parce qu'à pupille de sortie égale on en voit nettement plus dans un 300/1500 que dans un 200/1000 😁

Alors qu'il me semble qu'un même objet ressortira autant en photo dans les deux télescopes vu qu'ils sont à f5 (si tous les autres paramètres de prise de vue sont identiques évidement). Après je dis ça alors que n'ai jamais essayé, mais c'est ce que semble suggérer la règle du rapport focal en photo.

[jgricourt]

Il y a 2 heures, caracara72 a dit :

Sauf que la pupille de sortie ne fait pas tout parce qu'à pupille de sortie égale on en voit nettement plus dans un 300/1500 que dans un 200/1000 😁

 

On voit mieux dans le 300 déjà en raison de la résolution qu'apporte le diamètre et ensuite du grosssissement supérieur dans le 300 pour la même pupille de sortie.  

 

Il y a 2 heures, caracara72 a dit :

Alors qu'il me semble qu'un même objet ressortira autant en photo dans les deux télescopes vu qu'ils sont à f5 (si tous les autres paramètres de prise de vue sont identiques évidement). Après je dis ça alors que n'ai jamais essayé, mais c'est ce que semble suggérer la règle du rapport focal en photo.

 

Ici à F/5 on aura effectivement le même éclairement (et même rapport signal/bruit) sur le capteur ce qui change c'est que l'image sera plus étalée pour le 300 donc une image plus détaillée puisque "zoomé" au final. 

 

Il faut aussi comprendre que sur un capteur la taille des pixels n'est pas standard et que selon les modèle celà peut énormement varier et donc produire une image très différentes dans ce cas.

 

Je reprends un exemple (donné par Bruno il y a quelque temps dans ce topic "Question sur différences de focales"), les combinaisons suivantes produiront la même image (luminosité) :

 

- Télescope f/D = 5 sur capteur de pixel 5 µm
- Télescope f/D = 10 sur capteur de pixel 10 µm

 

Note: on parle ici d'un temps de pause identique.

[caracara72]

Évidement la résolution et le grossissement qui diffèrent entre un 200 et un 300, mais il y a bien une différence de luminosité.

Pour la photo bien entendu l'échantillonnage rentre aussi en compte... mais ce qui me pose problème ce n'est pas de savoir sur quels paramètres on peut jouer pour faire varier la luminosité en visuel ou en photo, ça je le sais déjà.

Je me demande juste ce qui justifie la règle que, tous autres paramètres fixés, on a une luminosité identique à rapport f/d identique en photo et une luminosité identique à diamètre identique en visuel. Il y doit bien y avoir une explication physique... ou alors j'interprète de travers ?

En tout cas sur pas mal de fils de discussion on voit bien que cette notion n'est pas très claire et que tout le monde n'a pas la même interprétation : par exemple en visuel assisté j'avais vu un débat où certains soutenaient qu'à même f/d un diamètre plus gros donne plus de signal et d'autres leurs répondaient ce n'était qu'une impression due à la meilleure résolution et au plus gros grossissement. Bref on ne trouve que des explications empiriques mais rien de vraiment rigoureux.

[jgricourt]

Il y a 2 heures, caracara72 a dit :

Je me demande juste ce qui justifie la règle que, tous autres paramètres fixés, on a une luminosité identique à rapport f/d identique en photo et une luminosité identique à diamètre identique en visuel. Il y doit bien y avoir une explication physique... ou alors j'interprète de travers ?

 

Pour la photo il y a bien une démonstration formelle en appliquant des notions de base de photométrie ... mais en restant simple (je ne connais pas ton niveau en math/phys) :

 

1. tu fixes la focale, donc la dimension de la nébuleuse produite sur le capteur est la même mais dans le cas de l'intrument de plus grand diamètre il y a eu plus de photons qui ont frappé le capteur c'est normal le grand diamètre en capture plus.

 

2. tu fixes le diamètre, donc la dimension de la nébuleuse produite sur la capteur cette fois ci n'est plus la même car dans le cas de l'intrument de plus grande focale l'image s'est étalée sur le capteur, il n'y a pas eu plus de photons capturés (même diamètre) donc l'image et moins lumineuse. 

 

Pour le visuel ce qui produit cet étalement sur la rétine (notre capteur) c'est le grossissement justement et ça c'est très simple à modifier car il suffit de prendre le bon oculaire.

 

Il y a 2 heures, caracara72 a dit :

par exemple en visuel assisté j'avais vu un débat où certains soutenaient qu'à même f/d un diamètre plus gros donne plus de signal et d'autres leurs répondaient ce n'était qu'une impression due à la meilleure résolution et au plus gros grossissement. 

 

Je rectifie oui à même f/D le signal reçu par chaque pixel est le même. Si à diamètre égale on jouait sur la focale (ce que l'on fait souvent en astrophoto) alors l'étalement de l'image ferait que les pixels recevraient moins de signal et donc une prévalence du bruit se ferait sentir (le bruit de lecture notamment) : http://www.stark-labs.com/help/blog/files/FratioAperture.php

 

[caracara72]

Merci pour l'explication sur la photo, vu comme ça c'est très clair ! Si tu as un lien vers la démo formelle je veux bien, ça m'intéresse de voir comment on formalise ça, et normalement je devrais pouvoir comprendre 😉

Par contre pour le visuel

il y a une heure, jgricourt a dit :

Pour le visuel ce qui produit cet étalement sur la rétine (notre capteur) c'est le grossissement justement et ça c'est très simple à modifier car il suffit de prendre le bon oculaire.

Ça semble tenir la route, sauf qu'en appliquant le raisonnement à un 200/1000 et un 300/1500 (ça me parle vu que j'ai ces instruments) j'en arrive à la conclusion qu'avec la même pupille de sortie j'aurais la même luminosité. Or d'expérience ce n'est pas le cas : j'arrive à voir des nébuleuses moins lumineuses dans le 300 à 60x (oculaire 25mm, pupille de sortie 5mm) que dans le 200 à 40x (oculaire 25mm, pupille de sortie de 5mm) alors que le rapport entre la surface qui collecte la lumière de la nébuleuse et la suface de l'image de cette nébuleuse sur la rétine est le même.

[jgricourt]

Il y a 11 heures, caracara72 a dit :

Or d'expérience ce n'est pas le cas : j'arrive à voir des nébuleuses moins lumineuses dans le 300 à 60x (oculaire 25mm, pupille de sortie 5mm) que dans le 200 à 40x (oculaire 25mm, pupille de sortie de 5mm) alors que le rapport entre la surface qui collecte la lumière de la nébuleuse et la suface de l'image de cette nébuleuse sur la rétine est le même.

 

Le grossissement permet toujours de voir plus d'objets faibles car on perçoit mieux un objet étendu lorsque celui ci est de plus grande dimension angulaire (par le biais du grossissement) même si au final sa luminosité (magnitude) en surface n'a pas varié entre les 2 instruments ce qui est le cas de ton exemple. Pour un même instrument le grossissement à pour effet aussi d'affaiblir la luminosité du fond du ciel ce qui renforce les contrastes avec les étoiles de faibles luminosité dont la lumière ne s'étalent pas avec le grossissement ce qui améliore leur détection.

[caracara72]

Là aussi l'augmentation du contraste avec le grossissement est perceptible, mais qu'est-ce qui l'explique physiquement ?

[jgricourt]

Physiquement il n'y a rien qui l'explique simplement mais biologiquement surement car ce sont bien nos recepteurs qui interprêtent l'image.

 

Je cite Mel Bartels  :

 

Citation

So why then is aperture the dominant factor? If exit pupil or sky background brightness is kept constant, then as aperture increases so must the magnification. The object appears larger and is easier to see. It’s like moving in closer. If magnification is kept constant then the object and background brightness increase, also making the object easier to see.

 

source : https://www.bbastrodesigns.com/visual.html

 

Les études et les modèles sur le sujet sont dans le livre de Roger N. Clark : "Visual Astronomy Of The Deepsky" , il n'est plus édité mais je possède une copie PDF si ça peut t'intéresser ...

 

Sinon un extrait sur le site : https://clarkvision.com/visastro/omva1/index.html

 

La magnitude surfacique (MPSAM) des objets dépend de leur surface apparente, il suffit d'augmenter leur surface apparente en les grossissant pour augmenter considérablement cette magnitude :  mag_surf = mag_vis + 2.5 x log A

 

Un article de Sky&Telescope : https://www.skyandtelescope.com/observing/secrets-of-deep-sky-observing

[caracara72]

Ha oui ça m'intéresse beaucoup ! Merci pour ces liens !

Effectivement le fait que la réponse de notre rétine en fonction des stimuli reçus ne soit pas linéaire peut changer pas mal de chose...

Si possible, je veux bien le pdf s'il te plait.