Racourcir les temps de pose pour un même résultat sur les photos quels sont les facteurs qui jouent
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Après quelques années en astrophotographie avec pour matériel une lunette apo 102 Meade, un boitier imageur Canon EOS 1000D défilté et un système de guidage, je souhaite passer à la vitesse supérieur en diminuant les temps de poses pour un même résultat ou avoir un même temps de pose pour de meilleurs résultats.

 

En première approche j'ai été tenté par l'achat d'une CCD noir et blanc avec une recherche sur le rendement des capteurs. Mais la montée exponentielle des prix pour des gains de rendement de 10 à 20% ma poussé à chercher des alternatives. j'ai aussi regarder coté APN et été tenté par APN de sony A7S.  

 

Je parcours le Web dans tous les sens et la jungle s'épaissie.  Je vais ici tenter d'identifier les facteurs qui influencent ce temps de pose et ils sont nombreux et j'en ai peut être oubliés.

 

  1. Améliorer le rendement quantique des capteurs. Pour une ccd ces rendements sont de l'ordre de 60% actuellement pour des prix raisonnables de l'ordre de 1500€. 20% de gain de rendement donne approximativement un gain de 20% sur les temps de pose (de 1h de pose cumulée je gagne 12' pour le même résultat) 
  2. Défiltrage des capteurs. Défiltrer les capteurs en particulier sur un APN en enlevant les filtres IR ou encore mieux en faire un capteur brut N&B (enlever la matrice de brayer)
  3. Travailler en binning 2x2 ou plus ou baisser la résolution (taille de l'image à observer) Un image 2 fois plus petite en largeur prendra 4 fois moins de temps de prise pour un même résultat en luminosité.
  4. Gagner en rapport signal sur bruit est un facteur difficile à mesurer mais sans doute fondamental. Cela est vrais pour les photo du ciel profond ou l'objectif est d'extraire le signal très faible du bruit ambiant ou du fond du ciel. Si le signal est très faible (en bord d'objet par exemple ou objet peu lumineux) les quelques photons du signal de l'objet va fortement fluctuer d'une pose à l'autre et il sera considéré comme un bruit dans le calcul de l'image composite. Ce niveau de ce signal sera de l'ordre du niveau de bruit thermique ou de lecture ou du niveau de bruit photonique du fond du ciel. On a donc intérêt à augmenter le temps de pose ou diminuer les bruits. Le rapport signal sur bruit augmente avec la racine du temps de pose ou la racine du nombre de poses composites. il y a beaucoup de facteurs qui agissent sur le rapport signal sur bruit mais c'est difficile de quantifié tout cela :  
    • Refroidir le capteur pour réduite le bruit thermique est peut être plus intéressant que d'acheter un capteur très sensible et très cher.
    • augmenter les poses unitaires pour diminuer le bruit de lecture à chaque déclenchement
    • aller dans des spots d'observation sans pollution lumineuse (peut être le mieux) car la magnitude du fond de ciel a une forte influence que la qualité de la photo. 
    • ajouter des filtres antipollution cela augment le rapport signal sur bruit mais augmente aussi le temps de pose pour un même résultat
    • Trouver un capteur peu bruité  sur webastro forum voici ce que j'ai trouvé Entre 3,5 e- et 1e-, le temps de pose unitaire est divisé par 10x.
    • avoir des capteurs avec une grande dynamique pour diminuer le bruit de numérisation C'est très faible mais pour le ciel profond on cherche les bas niveaux que l'on cherche à faire sortir du bruit. Une grande dynamique permet parfois d'augmenter le gain sans trop perdre en qualité.
  5. augmenter la taille des photocytes (partie sensible des pixels du capteur). Si la taille reste compatible avec une bonne correspondance entre échantillonnage et les 2" d'arc classiquement donné pour la turbulence, un pixel de 3,5 micro de large et une heure de pose sera remplacé par 25' de pose avec des pixels de 5.4 micro pour le même résultat.
  6. Augmenter la taille du collecteur de lumière si on arrive avec des réducteurs à avoir la même focale qu'avec le petit diamètre.  Passer d'une lunette de 102mm/700mm de focale à un C8 avec un réducteur de 0.33 On passe de une heure de pose à 15'! pour le même résultat. Le temps de pose est inversement proportionnel au carré du diamètre (surface collectrice)
  7. Passer de la couleur prises de vue au noir et blanc ou tous les pixels du capteur participé a toute la photo dans une couleur données. Du fait de la matrice de couleur pour les capteurs couleur 1 photocyte sur 4 participe à l'image bleue, idem pour le rouge et deux photocytes sur 4 participent à l'image verte. Pour un capteur couleur avec une heure de pose cela revient à dire que l'on a fait 15" de pose en bleu sur tout le capteur 15' en rouge et 30' en vert.  Faire des temps de pose plus long sur chaque couleur augmentera le rapport signal sur bruit mais PAS LE TEMPS DE POSE GLOBAL. En plus le traitement dit LRGB est plus long.
  8. Augmenter la focale. La focale agit sur la taille de l'objet à photographier dans le ciel. La Magnitude par surface de pixel va augmenter si la focal diminue. Mais l'objet sera plus petit sur la photo. Le temps de pose va diminué pour avoir la même lumière sur l'objet
  9. Augmenter le gain sur les appareils ccd ou APN. C'est une fausse solution. Le gain c'est un amplificateur électronique du nombre d'électrons générés par les photocytes recevant les photos de lumière. La contrepartie c'est que la dynamique baisse si on augmente les ISO et donc cela à une influence sur le rapport signal sur bruit. Il faut avoir le gain approprié pour que avec un temps de pose donné le maximum de la dynamique soit utilisée sans saturer ou très peu certaine parties de l'image Les étoiles peuvent être saturer pour les plus lumineuses sans altérer la qualité de l'image. 


 

pour quantifier tout cela j'ai trouvé une petit formule empirique sur la magnitude limite

 


M : Magnitude limite.
D : diamètre de l'instrument en cm
T : temps de pose en minutes
f : focale en cm
ISO : sensibilité

M = 8.4 + (5*log D) + (2*log T) - log f + [2.5*log (ISO/800)] (voir www.astro-ge.net )

 

Pour avoir l'influence sur les temps de pose a magnitude limite équivalente on inverse un peut tout cela:

 

T= K * f0.5/D2.5/ISO1.25  ou encore  T= K * (f/D)0.5 / D2  / ISO1.25

 

Et là on se pose beaucoup de question . 

 

Pour un même résultat il semblerait que:

 

  • le temps de pose augment proportionnellement avec la racine du rapport d'ouverture
  • le temps de pose diminue proportionnellement avec le carré du diamètre du collecteur (ce qui est logique : surface du collecteur) 
  • Le temps de pose diminue approximativement proportionnellement avec le nombre d'ISO 
Mais qu'en est t'il pour l'augmentation du rapport signal sur bruit, du bruit de lecture de la magniture du fond de ciel ....

 

 

 


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