Discussion sur le temps de pose unitaire, et temps de pose global

[Frederic Jabet]

Salut !

 

Suite à un échange avec Christian, j'ouvre ce fil pour que l'on discute des temps de pose unitaires et total et de leur influence sur le signal.

 

La compréhension que j'en ai peut se résumer comme suit :

 

- Le temps de pose unitaire détermine le signal intrinsèque

- Le nombre de poses (et donc le temps global) détermine le rapport signal sur bruit de l'image.

 

La raison est toute simple : nous additionnons nos images en mode médiane, moyenne ou sigma clipping et ses avatars.

 

Quand un pixel donne les valeurs de 2/3/3/3/2/4/3/5 au fil des images, la valeur résultante sera de 3 environ, et non 25 comme se serait le cas en addition arithmétique.

 

Pour augmenter le signal avec le nombre de poses, il faudrait stacker en mode arithmétique et non pas median ou moyenne. Mais dans ce cas là, on n'améliore pas le S/N.

 

On peut traiter une image d'autant plus que le S/B est bon. Cela veut dire pousser les courbes et accentuer plus.

Donc sur le résultat final, on peut avoir l'impression qu'on a un niveau de signal plus important en multipliant les poses. Mais en fait non, c'est juste que l'on peut mieux faire ressortir ce signal grâce à la marge de S/B donnée par un temps de pose global plus long.

 

Une petite illustration sur une image simplement stackée :

 

 

On voit bien sur le signal reste équivalent, mais que le S/N évolue.

 

Voici encore une fois ma compréhension de la chose, j'ouvre juste la discussion

[yaplusdenuit]

Bonjour chonum,

La médiane c'est clair (valeur milieu)

L'addition arithmétique et la moyenne sont en fait la même chose puisqu'ils donnent la même valeur, à un coeff constant prés qui est le nombre d'images.

 

En fait on ne conserve pas le cumul de l'addition, mais on le divise par le nombre d'images, ce qui donne une "moyenne".

Sur une photo sans "accident", en général la moyenne et la médiane sont trés proches.

Donc pour en revenir à ce que tu dis, que tu stake en mode médian ou en mode moyenne, tu auras la même amélioration du RSB (rapport signal bruit), puisqu'en gros moyenne et médiane ont des valeurs quasi identiques.

Il faut bien avoir en mémoire qu'on augmente le temps de pose total non pas pour augmenter le signal mais pour augmenter le RSB.

Si le bruit n'existait pas, on pourrait se contenter d'une pose courte (pourvu qu'on ait une certaine dynamique quand même), et il suffirait de la multiplier par une constante pour avoir une belle image lumineuse.

[Newton]

Salut,

Intéressant !

Pour info, un sujet similaire créé par Patry

http://www.webastro.net/forum/showthread.php?t=10611

 

On en ferait pas mieux de transférer le sujet dans photos et traitements ?

[zeubeu]

Salut,

il faut utiliser quelle méthode d'addition finalement ?

Je crois que je fais toujours une arithmétique avec mes images issues d'un APN.

 

Fred.

[yaplusdenuit]

Salut,

il faut utiliser quelle méthode d'addition finalement ?

Je crois que je fais toujours une arithmétique avec mes images issues d'un APN.

 

Fred.

 

Si tu as des images avec des temps de pose pas tous identiques, il faut faire la moyenne, sinon tu vas te retrouver avec l'image moyenne au final, et toutes les autres auront été ignorées.

Si tu as des images de méme temps de pose, tu peux faire n'importe, sauf si un accident apparait sur une photo (exemple trainée satellite) dans ce cas il faut la médiane pour ne plus avoir la trace du satellite.

(car les pixels de la trainée seront rejetés en bout de liste et seront donc ignorés en médiane, mais pris en compte si moyenne)

[zeubeu]

Ok,

merci.

 

Fred

[christiand]

Il faut bien avoir en mémoire qu'on augmente le temps de pose total non pas pour augmenter le signal mais pour augmenter le RSB.

 

Oui, c'est bien cela l'objectif : augmenter le RSB sur l'image finale afin de monter en détection (de souvenir pour qu'un signal faible soit détecté il faut que son RSB soit au moins 3 fois plus élevé que le bruit qui l'entoure).

 

 

Donc a on tout intérêt à limiter le bruit sur les brutes unitaires pour qu'il soit mieux éliminé sur l'image finale.

C'est un compromis... bien entendu. Pas question de faire des poses trop courtes.

 

Donc : limiter le bruit photonique (limiter les poses en zone polluée)

limiter le bruit thermique (refroidir...refroidir..)

 

Enfin, c'est la pratique que j'ai cru comprendre...

 

 

 

Christian

[Frederic Jabet]

Salut,

il faut utiliser quelle méthode d'addition finalement ?

Je crois que je fais toujours une arithmétique avec mes images issues d'un APN.

 

Fred.

 

En faisant une addition arithmétique, tu additionnes simplement les valeurs des pixels de toutes tes images. Donc tu n'améliores pas du tout son S/B.

 

Pour moi, ce mode d'addition ne devrait être utilisé que pour avoir la détectivité maximale car l'image est pleine de bruit.

 

@Newton : pas vu le sujet de Patry. le problème avec photo et traitement, c'est que c'est surtout photo et que ça défile vite.

[Frederic Jabet]

Donc a on tout intérêt à limiter le bruit sur les brutes unitaires pour qu'il soit mieux éliminé sur l'image finale.

C'est un compromis... bien entendu. Pas question de faire des poses trop courtes.

 

Donc : limiter le bruit photonique (limiter les poses en zone polluée)

limiter le bruit thermique (refroidir...refroidir..)

 

 

Oui c'est bien 3.

 

Si on limite la durée des poses unitaires, on limite et le bruit photonique, et le signal utile.

Au final pour moi le ratio entre les deux ne change pas.

En revanche, les signaux faibles, de part la nature stochastique de l'arrivée de leurs photons, auront plus de chances d'être enregistrés sur chaque image, et donc de ne pas être lissés ou dégagés par l'algorithme de stacking.

 

Exemple :

 

Je pose 1mn, et pour un pixel correspondant a un quasar j'ai comme signal utile 0/1/1/1/0/1/0/1. Mon addition donnera 1, qui sera noyé dans le bruit photonique.

 

Si je pose 20 minutes j'aurai : 13/23/24/18/21/22/16/25 qui vont donner 20 (je n'ai pas fait le vrai calcul hein ). Par contre, mon fond de ciel a certe monté en proportion, mais pas son bruit photonique. Du coup le quasar sera discernable.

 

Sur mais poses de nébuleuses, je vois bien que 6x10mns ne donne pas le même résultat que 30x2mn. J'ai certe une image plus bruitée, mais qui offre beaucoup plus de signal et de détails.

[zeubeu]

Tu fais ton traitement le plus souvent avec la médiane ou la moyenne alors ? Quels que soient les temps de poses.

 

Fred.

[Frederic Jabet]

Je prends la médiane qui garde tous les pixels jusqu'à 10/12 poses, puis je passe en Sigma clipping (et SD mask maintenant sous Maxim) quand j'ai plus de poses vu que cette méthode dégage les pixels de certaines poses quand ils sont trop éloignées de la valeur nominale.

Cela dépend aussi des satellites et autres avions qui ont pu s'inviter dans le champ.

[christiand]

Je pose 1mn, et pour un pixel correspondant a un quasar j'ai comme signal utile 0/1/1/1/0/1/0/1. Mon addition donnera 1, qui sera noyé dans le bruit photonique.

 

Si je pose 20 minutes j'aurai : 13/23/24/18/21/22/16/25 qui vont donner 20 (je n'ai pas fait le vrai calcul hein ). Par contre, mon fond de ciel a certe monté en proportion, mais pas son bruit photonique. Du coup le quasar sera discernable.

 

Il faudrait que tu fasses l'essai dans tes conditions pollueés, avec des mesures sur des images.

 

Par exemple 1 x 300 secondes, tu traites et tu mesures le RSB

 

Puis

 

2 x 150 secondes, tu prétraites , tu additionnes et tu mesures le RSB

 

 

Christian

[Kevinb]

Chonum, tu es sur pour l'addition arithmétique? Car de mon côté j'ai comparé les deux modes d'addition avec Iris (arithmétique et sigma clipping), et le résultat est quand même très proche visuellement, mais aussi en valeur de seuils de visualisation, ce qui indique qu'elles sont réellement proches. Si l'addition s'était déroulée comme tu l'expliques (ce qui parait logique je suis d'accord), l'image résultante devrait être beaucoup plus lumineuse avec l'addition. Or ce n'est pas le cas.

 

Addition arithmétique:http://img17.imageshack.us/img17/9946/rosetteaddition.jpg

 

Addition sigma clipping:http://img16.imageshack.us/img16/223/rosettesigma.jpg

[Frederic Jabet]

Cela dépend du logiciel.

Si je fais "Sum" dans Maxim, il additionne tout.

Après peut être certains logiciels font ils une égalisation sur 16bits, dans ce cas là cela revient à faire une moyenne comme l'a dit Yaplusdenuit

[Kevinb]

Merci je viens de relire, et tu as raison, yaplusdenuit l'a dit. Je me suis servi d'Iris, qui a donc divisé le résultat par le nombre d'images. Donc avec Iris, sans "accident": arithmétique (d'ailleurs il ne propose pas "moyenne", c'est la même chose pour Iris); avec satellites, avions ou autre: sigma clipping.

[Frederic Jabet]

Ou médiane.

[Eric S]

Pour le bruit, le principe de base c'est que c'est son carré qui s'additionne:

 

(Btotal)²=somme(Bindividuel²)

 

Exemple, sur une photo de 1 mn, j'ai un bruit thermique Bthermique_1. Si je fais n photos que j'additionne, j'ai:

 

Bthermique_total²=n * Bthermique_1²

 

ou encore

 

Bthermique_n = racine²(n) * Bthermique_1

 

Le signal, lui s'additionne simplement:

 

Signal_n = n * Signal_1.

 

D'où

 

Signal_n/Bthermique_n = n * Signal_1 / (racine²(n) * Bthermique_1) = 1/racine²(n) * Signal_1 / Bthermique_1

 

Résultat classique, plus on augmente n, meilleur est le rapport signal sur bruit. Pour augmenter le rapport d'un facteur 10, il faut 100 plus de photos. Ou juste 6,3 pour gagner une magnitude.

 

Là, j'ai fait ça pour un nombre de photos mais le résultat est strictement le même si on fait une seule photo n fois plus longue, le bruit thermique arrivant en fonction du temps. Conclusion sur le bruit thermique : n photos de 1 mn ou une photo de n mn, même résultat.

 

Pour le bruit photonique, c'est exactement le même combat.

 

Il reste le bruit de lecture. Lui n'est pas fonction du temps mais se produit une seule fois par photo, quelque soit la durée de la prise de vue. Là, on voit une différence:

 

n photos :

Blecture_n = racine²(n) * Blecture_1

Signal_n/Blecture_n = 1/racine²(n) * Signal_1 / Blecture_1

 

1 photo de durée n :

Blecture_n' = Blecture_1

Signal_n/Blecture_n' = 1/n * Signal_1 / Blecture_1

 

Là, on gagne à ne faire qu'une seule pause longue.

[yaplusdenuit]

En faisant une addition arithmétique, tu additionnes simplement les valeurs des pixels de toutes tes images. Donc tu n'améliores pas du tout son S/B.

 

Pour moi, ce mode d'addition ne devrait être utilisé que pour avoir la détectivité maximale car l'image est pleine de bruit.

 

@Newton : pas vu le sujet de Patry. le problème avec photo et traitement, c'est que c'est surtout photo et que ça défile vite.

 

Bonjour chonum,

Pourquoi dis tu qu'en addition arithmétique on n'améliore pas le RSB ??

Bien sur que si, c'est le principe méme de la réduction du bruit qui n'est obtenu que par l'augmentation du temps de pose, pas d'autre solution hélas.

 

En RSB, additionner 2 images de méme temps de pose revient en théorie au méme que de faire une seule image avec une pose 2 fois plus longue. (on cumule souvent des poses plus réduites pour des raisons pratiques (suivi déficient..) ou si on risque de saturer.)

 

Si tu additionnse 2 images, bien sur que tu cumules l'info de chaque photosite.

S'il s'agit de la part "signal", tu vas donc, en gros, la multiplier par 2 car elle est presque la méme sur chacune des 2 images.

Mais pour le bruit qui différe à chaque instant, le résultat de son addition ne donne pas 2 fois le bruit d'une image (celui de quelle image d'abord ?)

Eric vient de montrer que le bruit ne monte que proportionnellement à la racine du temps de pose.

 

Donc si tu ajoutes 2 images tu vas doubler ton signal et ne multiplier ton bruit que par 1,4 (racine de 2). Là tu vois bien que ton RSB grimpe aussi d'un méme facteur racine de 2.

De méme qu'il grimpe aussi d'un rapport racine de 2 entre une pose de durée t et une pose de durée 2t.

 

Ce serait ennuyeux si additionner des images (ou poser plus longtemps) n'améliorait pas le RSB, c'est quand méme la base du traitement des images astro pour réduire le bruit.

 

et que tu additionnes des médianes ou des moyennes, c'est pareil sur le plan du raisonnement; on choisit l'une ou l'autre pour que le résultat soit adapté au mieux aux caractéristiques des images prises, comme indiqué dans mon premier post.

 

A + si je ne suis pas clair, car pas toujours facile à expliquer clairement.

[Frederic Jabet]

Ok c'est bon là dessus, my mistake

 

Si l'on prend les calculs de Eric, on voit que, nonobstant le bruit de lecture, faire une pose de 2mn revient à faire additionner deux poses de 1 mns. Mais quid de la détection des signaux les plus faibles, ceux qui ne représentent que quelques ADU sur une image ?

 

Parce que en pratique, 20x1 mn donne moins de signal que 4x5mns

 

Je m'explique cela par le fait que poser plus permet de sortir le signal du bruit thermique et du bruit photonique du fond de ciel ?

[TDO]

Salut à Tous

C'est un sujet passionnant et qui fait couler beaucoup d'encre

 

D'une manière générale, pour un fond de ciel donné (sqm), chaque photosite

avec sa capacité,son rendement quantique et son bruit de lecture (variant selon la pose) possède sa magnitude limite

 

Pour limiter le bruit du capteur, on le refroidit au maximum

 

Pour noircir le ciel il existe toute une gamme de filtres adaptés à la fois au capteur mais aussi à l'info recherchée

 

Mais le capteur (CCDI ou CCDF) ne fait pas tout et l'électronique en aval

va faire toute la différence surtout si la dynamique de numérisation n'est pas adapter à la dynamique réelle du capteur et avec un gain de lecture destructeur

 

C'est un travail passionnant qu'il convient de faire pour commencer avec la polaire puis un champ calibré avec étoiles de réfèrence pour mettre qq chiffres sur une photo

 

Pour l'addition d'images, j'affectionne tout particulièrement la pondération

adaptative avec bien sûr itérations

 

Bon ciel

 

TDO

Club Astro de l'Union31

[christiand]

Ce serait ennuyeux si additionner des images (ou poser plus longtemps) n'améliorait pas le RSB, c'est quand méme la base du traitement des images astro pour réduire le bruit

 

Oui, bien résumé. C'est noté dans tous les bons bouquins d'astrophotographie.

 

Et moins la pose unitaire sera bruitée et mieux ce sera au final.

 

 

Christian

[R V]

Oui oui, bien sur que l'addition des images est une bonne chose. Même très

très bonne chose! Mais comme toujours, il faut trouver l'équilibre entre le

temps de pose et le nombre d'images par rapport à "l'imageur" et la cible. Et

là c'est une autre histoire mais aussi la réponse à ce post!

 

Parce qu'il y a une limite à ce système! Ben oui, pourquoi alors ne pas

additionner un millier de brutes de 1s? Que dis je, un millions de brutes

prise au 1/250 ème? Je vous laisse faire des tests et je viendrais chercher

les résultat plus tard. Ce serait sympa de m'envoyer un mp lorsque vous

aurez fini! :D

[Thierry Legault]

Ok c'est bon là dessus, my mistake

 

Si l'on prend les calculs de Eric, on voit que, nonobstant le bruit de lecture, faire une pose de 2mn revient à faire additionner deux poses de 1 mns. Mais quid de la détection des signaux les plus faibles, ceux qui ne représentent que quelques ADU sur une image ?

 

Parce que en pratique, 20x1 mn donne moins de signal que 4x5mns

 

 

Pas forcément, ça dépend des conditions de prise de vue et des caractéristiques de l'équipement utilisé.

 

les explications d'Eric S sont tout à fait justes. Ce qui compte avant tout c'est le temps de pose total (nombre de poses x durée individuelle). Du point de vue signal photonique et thermique, et donc bruits associés (je rappelle en passant qu'il ne faut pas confondre signal thermique et bruit thermique), 20 fois 1 min ou 4 fois 5 min ça revient strictement au même. Reste le bruit de lecture qui intervient autant de fois qu'il y a d'images, d'où la contrainte de ne pas trop "saucissonner". On peut estimer la limite de saucissonnage empiriquement assez facilement, je crois avoir déjà indiqué la méthode ici.

 

On pourrait pinailler si la quantification se faisait sur un nombre insuffisant de bits, mais les caméras d'aujoud'hui ont en général pléthore de bits : beaucoup sont en 16 bits alors qu'une douzaine de bits leur suffirait, les bits en plus étant de toute façon noyés dans le bruit de lecture.

 

[christiand]

Parce qu'il y a une limite à ce système! Ben oui, pourquoi alors ne pas

additionner un millier de brutes de 1s? Que dis je, un millions de brutes

prise au 1/250 ème? Je vous laisse faire des tests et je viendrais chercher

les résultat plus tard. Ce serait sympa de m'envoyer un mp lorsque vous

aurez fini! :D

 

Oh mais cela se fait trés couramment... en planétaire

 

En fait cela dépend du niveau de signal et du bruit de lecture. Plus le signal sera faible et plus le bruit de lecture sera prépondérant avec des poses trés courtes.

En planétaire le signal est important donc on peut poser court pour éviter la turbu.

 

Ceci dit avec des poses courtes de 30 à 60 secondes on arrive à faire du CP correct (webcam ou DMK). Il me semble qu'un amateur avait présenté ses images de galaxies trés correctes faites à la DMK avec de nombreuses poses. Mais je me souviens plus du pseudo

 

 

C'est pour illustrer. Tout est compromis..

 

 

Christian

[Thierry Legault]

Oh mais cela se fait trés couramment... en planétaire

 

En fait cela dépend du niveau de signal et du bruit de lecture. Plus le signal sera faible et plus le bruit de lecture sera prépondérant avec des poses trés courtes.

 

absolument. On peut raccourcir les poses sans dommage tant que le bruit de lecture reste négligeable devant le bruit de photons (lumière de l'objet en planétaire ou lumière de fond de ciel en ciel profond), c'est à dire en gros qu'il est 3 ou 4 fois plus faible. Tant qu'on garde un niveau de signal correct, les poses courtes en planétaire ne sont pas un problème.

[Frederic Jabet]

Je reste très sceptique sur les faibles signaux. En HA que je pratique plus, poser 5 ou 10mns unitaire sur certaines objets est bien moins efficace que de poser 900s ou passer en Bin2. Certains détails ne sortent simplement pas.

On a peau poser longtemps, mais si le signal n'a pas le temps de sortir du bruit thermique ou du bruit photonique, il sera noyé ou supprimé par la médiane ou le sigma clipping comme étant une déviation.

 

Pour le planétaire, ce n'est pas vraiment comparable. Le signal est très au dessus des bruits et il s'agît d'avoir un SNR très élevé pour faire passer des traitements très destructifs comme les ondelettes.

 

On serait mieux autour d'un tableau blanc pour discuter de cela !

[christiand]

Je reste très sceptique sur les faibles signaux.

 

oui oui, je sais Fred, je sais surtout que c'est extremement difficile de te convaincre

 

Je retourne surveiller la tempête.

 

Christian

[R V]

Christian, tu es un coquin hein!

 

Mais du coup, ça a facilité la compréhension des temps de poses et du nombres

par rapport à la cible!

 

Il m'arrive souvent en regardant certaines images de me dire que l'image

aurait été plus belle avec des temps de poses plus courte et plus nombreuses.

 

Un exemple qui est facile à faire, c'est la tête de cheval et Orion. Si avec des

poses de 30s avec un f/d de 4 on peut espérer un résultat acceptable avec

Orion. Il en serait pas de même avec le dada!! Tout est dit!!!

[Thierry Legault]

Je reste très sceptique sur les faibles signaux. En HA que je pratique plus, poser 5 ou 10mns unitaire sur certaines objets est bien moins efficace que de poser 900s ou passer en Bin2. Certains détails ne sortent simplement pas.

 

chonum, si tu prends le temps de lire ce qu'on t'a expliqué, tu verras que ce n'est pas contradictoire avec ce que tu dis. En Halpha, le fond de ciel est très atténué (en fonction du niveau de pollution et de la bande passante du filtre), donc le bruit de fond de ciel est réduit aussi. Le temps de pose optimal étant tel que le bruit de lecture devient négligeable devant le bruit de fond de ciel (en gros un rapport 3-4), il faut donc des poses plus longues que sans filtre, et en ciel peu pollué 10-15 minutes ce n'est pas aberrant.

 

Puisque tu sembles avoir fait des poses de différentes durées sur le même objet, il faut que tu fasses les mesures suivantes :

- bruit de lecture (1 offset)

- bruit de fond de ciel dans une petite zone dépourvue d'étoiles, sur une brute prétraitée (bon dark médian et bon flat), par exemple sur une pose de 300s et une autre de 900s.

A partir de là, on va pouvoir en savoir plus sur le temps de pose optimal compte tenu de ton équipement et de ton ciel. Sinon on finit par discuter dans le vide, avec des "le signal n'a pas le temps de sortir du bruit" qui ne veulent pas dire grand-chose

[Frederic Jabet]

oui oui, je sais Fred, je sais surtout que c'est extremement difficile de te convaincre

 

Je retourne surveiller la tempête.

 

Christian

 

Peut être

 

Puisque tu sembles avoir fait des poses de différentes durées sur le même objet, il faut que tu fasses les mesures suivantes :

- bruit de lecture (1 offset)

- bruit de fond de ciel dans une petite zone dépourvue d'étoiles, sur une brute prétraitée (bon dark médian et bon flat), par exemple sur une pose de 300s et une autre de 900s.

A partir de là, on va pouvoir en savoir plus sur le temps de pose optimal compte tenu de ton équipement et de ton ciel. Sinon on finit par discuter dans le vide, avec des "le signal n'a pas le temps de sortir du bruit" qui ne veulent pas dire grand-chose

 

Ca marche Thierry, j'ai deux cas sous la main, mais les deux en HA. J'essais de faire cela aujourd'hui.

 

Frédéric.