i. Comprendre le problème:le bruit en astrophotographie
* Pourquoi y a-t-il du bruit? Le bruit numérique provient de plusieurs sources:
* bruit thermique (courant sombre): La chaleur dans le capteur de la caméra génère des signaux indésirables. Ceci est particulièrement problématique avec de longues expositions communes en astrophotographie.
* Lire le bruit: Le bruit électronique généré lors de la lecture du capteur après une exposition.
* bruit de tir (bruit de Poisson): Fluctuations statistiques dans le nombre de photons frappant chaque pixel. Ceci est inhérent à la nature de la lumière et affecte toutes les images, mais devient plus visible avec des signaux faibles.
* Glow de l'amplificateur: Certains capteurs présentent une lueur indésirable dans les coins ou les bords de l'image.
* Pollution lumineuse: La lumière ambiante indésirable contribue au bruit.
* Le rapport signal / bruit (SNR): Un concept crucial. Le SNR est le rapport du signal astronomique souhaité (lumière des étoiles, nébuleuses, galaxies) au bruit indésirable. L'augmentation du SNR est l'objectif principal de l'empilement.
ii. La solution:empilement d'exposition
* le principe: En prenant plusieurs expositions de la même cible et en les faisant en moyenne, le signal (objets astronomiques) s'ajoute linéairement, tandis que le bruit s'additionne au hasard (idéalement, comme la racine carrée du nombre d'images). Cela améliore considérablement le SNR.
* Avantages:
* Noise réduite: Comme expliqué ci-dessus.
* Plage dynamique accrue: Capture un plus large éventail de niveaux de luminosité.
* a révélé des détails plus faibles: Le bruit obscurcit des objets faibles; L'empilement les révèle.
* Effets atténués des mauvais pixels: L'empilement aide à lisser les effets des pixels individuels mauvais ou "chauds".
iii. Le flux de travail:de la capture à l'image finale
a. Acquisition d'images (prise de vue)
1. Paramètres de la caméra:
* ISO (gain): Expérimentez pour trouver l'ISO optimal pour votre appareil photo. Trop bas, et vous pourriez sous-exposer et amplifier le bruit de lecture dans le traitement. Trop haut et vous pouvez saturer les étoiles ou générer un bruit thermique excessif. * Gain d'unité * (où 1 électron =1 ADU) est souvent un bon point de départ. De nombreuses caméras modernes ont des paramètres ISO «à faible bruit de lecture».
* ouverture: Utilisez votre objectif ou votre télescope à son ouverture la plus large possible (numéro F le plus bas) pour rassembler le plus de lumière.
* focus: Atteignez une mise au point précise à l'aide d'un masque Bahtinov, d'un masque Hartmann ou d'une aide électronique. De légères erreurs de mise au point ruineront vos efforts d'empilement.
* Temps d'exposition: Expérimentez pour trouver le temps d'exposition optimal qui capture les détails sans étoile excessive (si vous utilisez un support non guidé) ou sur des étoiles brillantes surexposées. La "règle 500" (500 / focale =temps d'exposition maximale) est un point de départ, mais utilisez une formule plus précise compte tenu de la taille du pixel de votre capteur de caméra. Pour un support guidé, des expositions plus longues (par exemple, 3-10 minutes) sont souvent souhaitables.
* Format d'image: Tirer au format brut (par exemple, .cr2, .nef, .arw). Cela préserve le plus de données d'image et permet une plus grande flexibilité pendant le traitement.
* Évitez d'écraser les reflets: Assurez-vous que vous ne surexposez pas les parties les plus brillantes de l'image (étoiles). Utilisez l'histogramme de votre appareil photo pour surveiller cela. Gardez les pics les plus brillants juste en dessous de la saturation.
2. Nombre d'expositions:
* Plus c'est généralement mieux, mais il y a des rendements décroissants. Un minimum de 10 à 20 cadres légers est un bon point de départ. Visez 30-50 ou même plus si possible.
3. Mount et suivi (essentiels pour les objets de ciel profond):
* support équatorial: Crucial pour suivre le mouvement apparent des étoiles causée par la rotation de la Terre. Un support équatorial allemand (GEM) est un type commun.
* guidage (facultatif, mais fortement recommandé): L'auto-guidage utilise une caméra et un télescope séparés pour surveiller précisément une étoile guide et corriger toutes les erreurs de suivi dans votre support. Cela permet des expositions beaucoup plus longues.
4. Cadres d'étalonnage (cruciaux pour les résultats de haute qualité): Ce sont des images spéciales prises pour calibrer les cadres lumineux et éliminer les modèles de bruit communs.
* Darks: Pris avec le même temps d'exposition, ISO et température * comme vos cadres légers, mais avec le capuchon de la lentille sur (ou le télescope couvert). Ceux-ci capturent le bruit thermique, les pixels chauds et l'amplificateur. Prenez au moins 20 à 30 cadres sombres. Certaines caméras peuvent soustraire automatiquement les cadres sombres (réduction du bruit d'exposition longue), mais il est préférable de gérer la soustraction sombre de la post-traitement.
* biais (ou décalage): Pris avec le * temps d'exposition le plus court possible et le même ISO * que vos cadres légers, avec le capuchon de l'objectif. Ces capturent le bruit de lecture et tout autre décalage constant ajouté par l'électronique de la caméra. Prenez au moins 50 à 100 cadres de biais.
* appartements: Pris avec une * surface illuminée uniformément * (par exemple, un écran de tablette, un t-shirt étiré sur le télescope) placé devant votre objectif ou votre télescope. Le but des appartements est de corriger les motes de poussière sur le capteur, de vigner (assombrir vers les bords) et un éclairage inégal dans le système optique. Prenez 20 à 30 cadres plats. Le temps d'exposition doit être suffisamment long pour obtenir un bon signal mais pas tant que de surexposer. Visez une valeur ADU d'environ 1/3 à 1/2 de la plage dynamique de la caméra. Reprenez les appartements si vous faites pivoter votre appareil photo ou modifiez les éléments optiques.
* Flats sombres (facultatif, mais recommandé pour de meilleurs résultats): Pris avec le même temps d'exposition et ISO * comme vos cadres plats, mais avec la source de lumière éteinte. Ils compensent le bruit thermique présent dans vos cadres plats. Prenez 20-30 cadres plats foncés.
b. Pré-traitement (étalonnage, alignement et empilement)
1. Logiciel: Plusieurs options logicielles sont disponibles. Certains choix populaires incluent:
* DeepSkyStacker (DSS): Gratuit, largement utilisé et excellent pour les débutants.
* pixinsight: Puissant mais plus complexe (et cher). Considéré la norme de l'industrie pour le traitement avancé de l'astrophotographie.
* Siril: Libre et open source, gagnant en popularité.
* Processeur Astro Pixel (APP): Une autre option commerciale avec une bonne réputation.
2. Calibration: Il s'agit de la première étape du prétraitement. Le logiciel utilisera vos cadres d'étalonnage pour supprimer le bruit et les artefacts de vos cadres légers.
* soustraction sombre: Soustrait le cadre sombre maître de chaque cadre clair pour éliminer le bruit thermique et les pixels chauds.
* soustraction du biais: Soustrait le cadre de biais maître des cadres légers, des cadres sombres et des cadres plats pour éliminer le bruit de lecture et d'autres décalages électroniques.
* Correction plate: Divise les cadres lumineux par le cadre plat maître (après avoir soustrayant le cadre de la masse ou du biais de la masse maître, le cas échéant) pour corriger les motes de vignette et de poussière.
3. Alignement (enregistrement): Le logiciel analyse chaque cadre lumineux calibré et les aligne sur un cadre de référence commun. Cela compense tout mouvement léger du télescope ou des distorsions atmosphériques. Le logiciel recherche des étoiles dans chaque image et les utilise comme points de référence.
4. Empilement (intégration): Le logiciel fait en moyenne les cadres lumineux alignés ensemble, Pixel par Pixel. Cela réduit le bruit et augmente le rapport signal / bruit. Le logiciel propose diverses méthodes d'empilement:
* Empilement moyen: Sile simple des valeurs de pixels. Bon pour les résultats initiaux.
* empilement médian: Prend la valeur de pixel médiane pour chaque pixel sur toutes les trames. Efficace pour éliminer les valeurs aberrantes (par exemple, les sentiers satellites, les rayons cosmiques).
* Coupage sigma: Une méthode statistique qui identifie et rejette les pixels aberrants avant la moyenne. Bon pour éliminer le bruit et les artefacts sans perdre de faibles détails. DSS utilise la coupure Kappa-Sigma et PixInsight offre des options plus avancées.
5. sortie: Le processus d'empilement génère une image unique, calibrée, alignée et empilée. Cette image est généralement dans un format à virgule flottante 32 bits (par exemple, .tif ou .fit) pour préserver la plage dynamique maximale.
c. Post-traitement (amélioration de l'image)
1. Logiciel: Le post-traitement est essentiel pour faire ressortir les détails de votre image empilée.
* Adobe Photoshop: Un outil polyvalent pour l'édition d'images, mais nécessite des plugins spécialement conçus pour l'astrophotographie (par exemple, les outils d'astronomie, les actions de Noel Carboni).
* pixinsight: Offre une suite complète d'outils pour le traitement de l'astrophotographie, y compris la réduction du bruit, l'étirement, l'étalonnage des couleurs et l'amélioration des détails.
* gimp: Alternative gratuite et open source à Photoshop.
2. Étapes de post-traitement communes:
* étirement (transformation de l'histogramme): L'image empilée est généralement très sombre. L'étirement étend la plage dynamique pour rendre les faibles détails visibles. Il existe différentes méthodes, notamment:
* étirement linéaire: Réglage simple des points en noir et blanc.
* étirement non linéaire: Des méthodes plus sophistiquées comme les ajustements des courbes, l'égalisation de l'histogramme et l'étirement masqué (pixinsight) pour faire ressortir des détails sans surexposer des zones plus lumineuses.
* Extraction / réduction de fond: Supprime les gradients de pollution lumineuse et tout éclairage inégal restant. L'extraction d'arrière-plan dynamique de PixInsight (DBE) et l'extracteur d'arrière-plan automatique (ABE) sont très puissants.
* Réduction du bruit: Réduit davantage le bruit en utilisant des techniques comme:
* Blur gaussien: Simple mais peut brouiller les détails.
* Transformation linéaire à plusieurs échelles (MLT) (PixInsight): Une technique plus sophistiquée qui applique la réduction du bruit à différentes échelles pour préserver les détails.
* tgvDenoise (pixinsight): Algorithme de réduction du bruit avancé.
* Topaz Denoise Ai: Logiciel de réduction du bruit commercial, très efficace mais nécessite un abonnement.
* Affûtage: Améliore les détails fins en utilisant des techniques comme:
* Masque non sharpe: Une technique d'aiguisme classique.
* déconvolution: Restaure les détails perdus en raison de la vision atmosphérique et des imperfections optiques. (Nécessite une fonction de propagation ponctuelle ou PSF)
* Égalisation de l'histogramme local (lhe): Améliore le contraste dans les régions locales de l'image.
* Coloral Color: Assure des couleurs précises et agréables. Les méthodes comprennent:
* Neutralisation du fond: Définit le ciel de fond sur un gris neutre.
* Color-calibration (pixinsight): Utilise des couleurs d'étoile pour calibrer la couleur globale de l'image.
* étalonnage des couleurs photométriques (pixinsight): Utilise une base de données de luminosité des étoiles pour effectuer un étalonnage des couleurs.
* Réduction de l'étoile (facultative): Réduit la taille et la luminosité des étoiles pour souligner la nébuleuse ou la galaxie environnante. Le starmask et la transformation morphologique de Pixinsight sont utiles.
* Amélioration des couleurs: Améliore les couleurs des nébuleuses et d'autres objets en utilisant des ajustements des courbes, des ajustements de saturation et des techniques spécialisées comme la transformée multi-échelle HDR.
* Ajustements finaux: Affinez l'image avec des ajustements à la luminosité, au contraste, à la saturation et à la netteté.
iv. Conseils et meilleures pratiques
* Frames sombres à la fin: Il est préférable de prendre vos cadres sombres immédiatement après vos cadres légers, tandis que votre appareil photo est toujours à la même température.
* Contrôle de la température: Si possible, utilisez une caméra CCD refroidie pour minimiser le bruit thermique. Si vous utilisez un reflex numérique ou une caméra sans miroir, essayez de tourner les nuits plus fraîches. Si vous ne pouvez pas tourner par une nuit fraîche, laissez la caméra s'acclimater à la température ambiante pendant au moins une heure avant de prendre des cadres sombres.
* Expérimentez ISO: Trouvez le paramètre ISO optimal pour votre appareil photo qui équilibre la force du signal avec le bruit de lecture.
* Focus précis: IMPRESSIONNANT IMPRESSIONNANT! Utilisez un masque Bahtinov ou une autre aide au focus.
* Suivi précis: Un bon suivi est essentiel pour les images nettes, en particulier avec de longues expositions.
* Filtres de pollution lumineuse: Utilisez des filtres à pollution lumineuse pour bloquer la lumière indésirable des sources artificielles.
* Dithering: Déplacez légèrement la position du télescope entre chaque exposition (par quelques pixels). Cela permet de faire la moyenne du bruit fixe du motif et d'améliorer la qualité globale de l'image. La plupart des logiciels de capture modernes ont une option de tramage.
* Gardez l'équipement propre: La poussière sur votre capteur ou votre optique apparaîtra dans vos images. Nettoyez régulièrement votre équipement.
* Pratique, pratique, pratique: L'astrophotographie est un passe-temps difficile mais gratifiant. Ne vous découragez pas par les résultats initiaux. Continuez à apprendre et à expérimenter!
* Rejoignez les communautés en ligne: Connectez-vous avec d'autres astrophotographes pour obtenir des conseils, des conseils et une inspiration.
v. Exemple de workflow utilisant Deepskystacker (DSS)
1. Open Light Cames: Chargez vos cadres légers dans DSS.
2. Open Dark Cames: Chargez vos cadres sombres.
3. Open Flat Cames: Chargez vos cadres plats.
4. Open Bias / Offset Frames: Chargez vos cadres de polarisation / décalage.
5. Vérifiez "Empiler après avoir enregistré des photos"
6. Vérifiez "Créer une image masquée" Cela aide à protéger vos coordonnées pendant le traitement.
7. Cliquez sur "Vérifiez tout." DSS calculera ensuite ce qu'il faut faire avec chaque trame.
8. cliquez sur "OK" pour démarrer le processus d'enregistrement.
9. Cliquez sur "Empiler les images."
10. Choisissez vos paramètres: Dans la plupart des fins, les paramètres d'empilement par défaut sont très bien. L'empilement "moyen" est un bon point de départ. L'écrêtage de Kappa-Sigma dans DSS est suffisant pour la suppression des valeurs aberrantes.
11. Cliquez sur "OK" pour commencer l'empilement.
12. Après l'empilement, l'image empilée apparaîtra automatiquement. De là, vous pouvez ajuster les niveaux et les courbes au goût. Enregistrez l'image en tant que fichier TIFF 16 bits pour un traitement ultérieur dans Photoshop ou un autre éditeur d'image.
En suivant soigneusement ces étapes, vous pouvez réduire considérablement le bruit numérique dans vos images d'astrophotographie et révéler la beauté cachée du ciel nocturne. Bonne chance et ciel clair!