Besoin d'informations pour un projet étudiant

[UseLess28]

Bonjour,

Je suis en première année de classe préparatoire et dans ce cadre, nous commençons à préparer un oral appelé TIPE ou travail d'initiative personnelle encadré. Le sujet est assez large cette année : "transferts, transformations et conversions". Étant adepte depuis quelques années de la photographie et en particulier de sa pratique astronomique, j'ai naturellement dirigé mon sujet vers ce thème. Mon objectif est de discuter de manière précise, sur les limites des capteurs. J'ai déjà commencé à étudier le fonctionnement même des capteurs, leurs compositions, et leurs limites.

Mon but ici est d'en savoir plus sur l'apparition du bruit, pourquoi, physiquement, du bruit apparait sur le résultat quand l'on prend en photo un astre de faible magnitude, et comment les fichiers flat bias offset et le stacking permettent techniquement de réduire ces problèmes.

Je pense connaitre déjà une partie du côté amateur de ces fichiers, mais j'aimerais trouver des informations techniques qui m'aideraient à comprendre les mathématiques, les algorithmes et la physique derrière tout cela, car il est en effet assez dur de trouver des informations très précises sur cela.

Cordialement.

['Bruno]

Bonjour ! Qu'est-ce que tu sais déjà concernant le bruit ? Vu l'intitulé du thème, j'imagine que tu as pensé au bruit de lecture ? (Je ne sais pas si les autres bruits ont un rapport avec ce thème.)

 

Au cas où, quelques notions de base :

• Le bruit, c'est un écart-type.

• Additionner du bruit ne se fait pas par l'opérateur d'addition usuel, mais de la façon suivante (due au fait que c'est un écart-type) :

A (+) B = racine carrée de A² + B²

A (+) B (+) C (+) D = racine carrée de A² + B² + C² + D²

• Il y a trois types de bruits :

1) Le bruit de photon.

Chaque astre nous envoie des photons, qui sont transformés en signal numérique ou je ne sais quoi par le capteur. La quantité de photons dépend de la luminosité de l'astre (qu'on va supposer constante le temps de la prise de vue). Mettons par exemple que cet astre envoie 400 photons par seconde. Eh bien en réalité c'est une moyenne. Il va envoyer : 408 photons, puis 379, puis 402, 412, 399, 395, 361, 418, 390, 403, etc. En moyenne 400. Autre info : ce processus est aléatoire, mais suit une loi de probabilité précise, la loi de Poisson, et on sait que l'écart-type est alors égal à la racine carrée de la moyenne. Ici, le bruit de photon est donc de 20.

 

2) Le bruit de lecture.

Les photons, c'est un signal analogique. Ils sont ensuite transformés en je ne sais plus quoi, qui est toujours un truc analogique, puis arrivent dans un convertisseur analogique/numérique qui convertit ce signal en nombre. Cette conversion analogique/numérique n'est jamais exacte. L'erreur est modélisable par un écart-type appelé le bruit de lecture. Chaque fois qu'on passe par le convertisseur analogique/numérique, donc chaque fois qu'on enregistre une image, on ajoute ce bruit de lecture (avec l'addition décrite ci-dessus).

 

3) Le signal thermique.

C'est une lumière parasite due à la chaleur du milieu dans lequel baigne le capteur. Si le capteur était dans un milieu à zéro kelvin, le signal thermique n'existerait pas. De mémoire, il me semble que le signal thermique est divisé par deux si on retranche 6 degrés, quelque chose comme ça. Ce signal thermique dépend des pixels, et donc on le retire en utilisant les "darks" : des images prises en l'absence de signal lumineux. Mais ce signal thermique a un bruit, similaire au bruit de photon, le bruit de lecture. Le bruit de lecture, c'est le bruit de photon du signal thermique.

 

Le bruit total sur une image, c'est la racine carrée de Bp² + Bl² + Bt² où Bp est le bruit de photon (dépend de la quantité de lumière enregistrée), Bl est le bruit de lecture (dépend du nombre de photos prises car 1 photo = 1 conversion analogique/numérique) et Bt est le bruit du signal thermique (dépend du signal total des darks).

 

Bon, j'ai été plus long que prévu... Si tu cherches des infos techniques de ce genre, fouille dans les pages qui décrivent l'imagerie CCD. J'ai appris tout ça grâce au livre de Ch. Buil, donc peut-être que tu pourrais aller voir son site.

[UseLess28]

Merci pour votre réponse rapide et exhaustive,

D'abord, je ne savais pas que le bruit résultant était une moyenne quadratique des bruits spécifiques ! Merci pour cela.

 

J'aurais aussi aimé en savoir plus sur le traitement informatique de ceux-ci. J'ai par exemple cherché les méthodes utilisées par Siril pour faire le stacking et le traitement avec les DOFs, mais c'est assez dur de trouver une documentation sur les procédés qui va au-delà de la vulgarisation et du côté pratique (qui est je le comprends l'usage normal de ce type de doc...).

Je suis par exemple en cours de lecture du travail suivant : https://pastel.hal.science/file/index/docid/499252/filename/2009PEST1002_0_0.pdf

Je ne vous propose pas d'en faire la lecture, c'est simplement pour donner la source à ceux que cela intéressent et pour vous de mieux comprendre l'objet de mes recherches.

 

Auriez-vous de plus amples informations sur "Ch.Buil". Quand vous citez son site, parlez-vous de celui hébergé chez astrosurf ?

 

Enfin, c'est en effet sur le bruit de lecture que je redirige mes recherches. Le PDF partagé précédemment explore en particulier les défauts issus du dématricage et le traitement des différentes formes de bruit. Celui qui m'intéresse le plus est le bruit issu de la conversion des photons en électrons par les photodiodes (c'est absolument ce que vous expliquiez quand vous parliez de bruit de lecture).

Auriez-vous plus d'informations, ou bien de sources à me partager ?

 

Merci par avance,

Cordialement.

 

[lock042]

il y a 10 minutes, UseLess28 a dit :

J'aurais aussi aimé en savoir plus sur le traitement informatique de ceux-ci. J'ai par exemple cherché les méthodes utilisées par Siril pour faire le stacking et le traitement avec les DOFs, mais c'est assez dur de trouver une documentation sur les procédés qui va au-delà de la vulgarisation et du côté pratique (qui est je le comprends l'usage normal de ce type de doc...).

 

Bonjour.

Je ne sais pas où tu as cherché, mais sur la doc de Siril on explique. Il y'a aussi les références utilisées : https://siril.readthedocs.io/en/stable/preprocessing/stacking.html

['Bruno]

J'ai trouvé (facilement) ce petit cours : https://ceti.obspm.fr/public/ressources_lu/pages_ccd/ccd-signal-bruit-apprendre.html (le début ici https://ceti.obspm.fr/public/ressources_lu/pages_instrumentation/introduction-instrumentation.html )

 

Je l'ai relu, donc je corrige : le bruit de lecture n'est pas dû qu'à la conversion analogique/numérique (d'après ce cours, c'est négligeable) mais aussi au transfert de charge. Ce cours utilise un vocabulaire différent de celui auquel je suis habitué (mais qui m'a l'air mieux choisi), en particulier parle de courant d'obscurité pour ce que j'appelais le signal thermique.