IMAGERIE WEBCAM ET ARGENTIQUE

J'utilise 2 systèmes d'acquisition d'images: le boîtier argentique et la webcam.
Chaque système a des domaines de prédilection que j'ai décidé de vous présenter ci dessous. Les avantages et les inconvénients décrits ci dessous sont issus de mon expérience. Voir le comparatif de l'Argentique et de la Webcam en imagerie astronomique

Installation d'imagerie numérique
(ordinateur portable, webcam 
et lunette)

Toucam PRO 2 modifiée longue pose (sc1)
et refroidie par circulation forcée d'air 

Le planétaire

Pour cette utilisation, les webcams sont rois ou plutôt reines!  La très faible taille des capteurs (3,58mmx2,68mm) n'est pas un inconvénient car les planètes ont un faible diamètre apparent (quelques dizaines de secondes d'arc). La très petite taille des pixels (5,6 microns pour la Toucam Pro 2) permet d'atteindre une excellente résolution. De plus, les capteurs couleur permettent un résultat très esthétique. 

L'imagerie planétaire avec une webcam consiste à faire des films, de type ".avi", de 1000 images par exemple à raison de 5 images/secondes soit une vidéo d'une durée de 200s. Ensuite, à l'aide d'un logiciel informatique (Iris, Registax...) on sélectionne les 200 meilleures images les moins perturbées par les turbulences atmosphériques que l'on va ensuite additionner. Le bruit est aléatoire sur chaque image alors que le signal est constant, on va alors augmenter le rapport signal/bruit en additionnant des poses différentes. 

Jupiter - Orion 80ED et 
Toucam Pro 2 -
(14 juillet 2008)

Personnellement, j'utilise la Toucam Pro 2 et depuis peu un système de projection par oculaire qui me permet d'obtenir une focale résultante de l'ordre de 4.1 m sur la lunette Orion 80ED, et un rapport f/D d'environ 51. L'image est alors assez suréchantillonée.

Le ciel profond

Ce mode d'utilisation particulier est lui aussi une véritable révolution en matière d'imagerie numérique. En effet, les webcams présentent le gros avantage, du fait de leur très grande commercialisation d'être très bon marché (<100€) contrairement aux CCD de petite série spécialement dédiées à l'astronomie (~1500€). En terme de bruit et de taille d'image, elles ont cependant beaucoup à envier aux CCD mais leur rapport performances/prix est tout simplement stupéfiant comme le démontre l'image ci contre obtenue en moins de 5 mois d'utilisation.

Avec une webcam, plus le temps de pose est long (quelques dizaines de secondes) et le gain poussé (50 à 100), plus le bruit augmente. Cela ce traduit par une coloration aléatoire de toute la surface du capteur entraînant la dilution et la disparitions des faibles lumières de notre objet tant convoité!

Image de la galaxie M33 - 
Orion 80ED et Toucam Pro 2 sc1 N&B ventilée - 
Joué sur Erdre  ( 23 septembre 2006)

L'addition de plusieurs poses permet d'augmenter le signal faible des objets afin d'accéder aux riches et subtiles détails qui composent les objets du ciel profond.
L'ajout d'un système de refroidissement permet de réduire sensiblement ce bruit et pas conséquence, d'augmenter le rapport signal bruit. Il devient alors possible d'obtenir une image finale de meilleure qualité.

Comparatif  sur Toucam Pro 2 sc1de darks de 20s à température de ambiante de 20°C, gain de 100, mode RAW,  après accentuation de +50 sous PS du contraste pour faire ressortir la granulosité

Le rafraîchissement de la matrice CCD et des composants électroniques au moyen d'un simple ventilateur, très facile de mise en oeuvre permet déjà d'obtenir un gain important en terme de réduction du bruit. L'ajout d'un effet Peltier permet de réduire encore plus le bruit mais sa mise en oeuvre est très délicate (remplacement du boîtier par un modèle étanche, alimentation électrique spécifique...).

Rappel sur la photographie argentique
La photographie argentique a été un des tout premier moyen en astronomie pour immortaliser des objets du ciel ou des phénomènes astronomiques exceptionnels. Les observatoires professionnels utilisaient quant à eux de grosses plaques à la place de nos petites pellicules photo d'amateur.
Les anciens astronomes ont largement utilisé l'imagerie argentique bien qu'aujourd'hui avec l'arrivée du numérique, son avenir soit sérieusement compromis. En effet Nikon, grand fabricant de matériel photo, vient de décidé d'arrêter l'argentique en dehors de quelques modèles légendaire (Nikon FM) et il y a fort à parier que les autres fassent de même. Le choix des pellicules photo se restreint également de plus en plus.

Installation d'imagerie argentique 2 en 1: 
photo au foyer de la lunette avec guidage 
à partir d'un diviseur optique et en parallèle 
avec un objectif de 200mm

Néanmoins, si l'argentique est encore un peu utilisé aujourd'hui c'est en grande partie pour sa simplicité (peu de matériel à emporter), sa robustesse, son prix raisonnable (occasion) et son grand champ lié à la surface importante du film 24x36mm. Cependant les capteurs des réflexes numériques tendent à rejoindre cette taille...
Concernant le choix du matériel, en imagerie argentique, c'est tout l'inverse du numérique! Plus le boîtier utilisé est simple et mieux c'est! L'idéal étant de posséder un boîtier entièrement manuel comme le mythique Olympus OM1 par exemple pouvant fonctionner en pose B sans aucune alimentation. En effet les longues poses unitaires de 20 min sont rarement bien supportées par les batteries des modèles automatiques ou semi-automatique. Il n'y a rien de plus frustrant qu'une panne de batterie pendant une longue pose!
Le choix de la pellicule pourra se faire en fonction de l'objet que l'on souhaite photographier. La diapo Kodak E200 est particulièrement sensible au rouge et donc destinée aux nébuleuses. La diapo Fuji Provia 400F, en raison de son meilleur équilibre spectrale et de sa bonne sensibilité au bleu sera réservée au galaxies, comètes et paysages célestes...

Sur simple trépied fixe

Le matériel minimum pour pouvoir réaliser de jolies petites photos se constituera d'un appareil photo de type  réflex avec la pose B ( ou la possibilité de poser plusieurs dizaines de secondes)  et d'un trépied. On utilisera également des films de haute sensibilité (800 à 1600 ISO) afin de réduire les temps de pose et éviter les filés sur les étoiles.
Ce matériel simple possède l'énorme avantage d'être facilement transportable n'importe où et permet de prendre en photo les rapprochements (qq. sec.), constellations (20 à 40s), étoiles filantes (qq. minutes à 1 heure), comètes (brillantes), aurores boréales, filé d'étoiles( qq. minutes à qq. heures), ovnis?

En parallèle (boîtier et objectif à cheval sur l'instrument)

Si l'on possède en plus un instrument d'observation équipé d'une monture équatoriale motorisée (compensation automatique de la rotation de la queue de la vache et de la Terre), alors on pourra s'intéresser à des objets moins lumineux et plus diffus. Pour cela, on devra fabriquer (ou acheter) une platine d'adaptation pour fixer l'appareil photos sur l'instrument. Si l'on souhaite réaliser des photos de qualité il faudra utiliser un oculaire réticulé pour assurer un bon suivi.

Le baudrier dans Orion - Boîtier OM1
 et objectif Zuiko 200mm à f/4 en parallèle - (7 janvier 2005 à Saucats,33) 

Avec ce matériel, on pourra réaliser le même type de photo que sur simple trépied mais avec des temps de pose plus long permettant d'obtenir des images plus fines et plus riches en détails car la focale utilisée pourra être plus importante (pas de risque de filé des étoiles).
Il sera ainsi possible de réaliser de superbes photos de galaxie (M31, Voie Lactée), de nébuleuses (Orion, Tête de Cheval, North America, Lagune), d'amas ouverts (Pléiades,...), comètes, éclipse de Lune, etc... 
Les temps de pose s'échelonnent de qq. sec. à plusieurs dizaines de minutes.

Voie Lactée dans la Sagittaire - Boîtier OM1 et objectif Zuiko 28mm à f/4 - (2 juillet 2005 à Saint Véran, 05)

Au foyer de l'instrument

Il s'agit de disposer son boîtier d'appareil photo (sans objectif) à la place du renvoi coudé (directement sur l'instrument) moyennant l'utilisation d'une bague T9 (propre à chaque marque et modèle d'appareil photos).
Cette technique est un peu plus délicate que la photo en parallèle mais permet (en raison de la focale plus importante de l'instrument ) d'obtenir des images plus grossies et aussi plus détaillées.
Il est également nécessaire de disposer d'un dispositif de guidage pour corriger les imperfections du suivi liées au jeu des engrenages de la monture et de la vis sans fin.
On pourra alors utiliser un diviseur optique (entre l'appareil et l'instrument) ou bien une lunette guide en parallèle de l'instrument. Cette deuxième méthode présente des risques quant à la flexion de la lunette par rapport à l'instrument lors de la prise de photos.

Nébuleuse North America - 
Boîtier OM1 et lunette Orion 80ED - 
(juillet 2005 à Geneston, 44)

Il alors possible avec cette technique de prendre les objets les plus faibles telles que de lointaines galaxies et également tous les objet photographiables en parallèle mais avec un champ moindre.
Les temps de poses sont de quelques secondes jusqu'à plusieurs heures mais il est déconseillé de poser aussi longtemps en raison du phénomène de non réciprocité (perte de sensibilité du film dans le temps) et des risques de bougé. En effet il est préférable de réaliser plusieurs poses d'une vingtaine de minutes chacune puis de les additionner informatiquement.

Pour la réalisation de longues poses (en imagerie du ciel profond), il est indispensable de soigner sa mise en station (alignement de l'axe d'ascension droite sur l'axe de rotation de la Terre).
La méthode de King est facilement accessible et très précise pour toute personne possédant une webcam (pas besoin de modification longue pose), un ordinateur portable et ayant une visibilité sur l'étoile polaire.
Le logiciel Astrosnap, par exemple, permet de réaliser facilement une mise en station soignée par cette méthode (mais aussi par la méthode de Bigourdan).
Pour cela il est préférable de "dégrossir" la mise en station avec le viseur polaire puis de centrer l'étoile polaire sur le capteur de la webcam et de suivre les instructions. Cette méthode me prend environ 1 heure pour obtenir une mise en station satisfaisante.

Cette méthode a permis lors d'une séance photo du 6 mai 2008, de limiter la dérive à 46 secondes d'arc au bout de plus de 2 heures! Ce qui évite d'avoir à recentrer manuellement et régulièrement l'objet.

Mise en évidence de la faible dérive suite à une 
mise en station par la méthode de King - 
Orion 80ED et Toucam Pro 2 sc1 N&B ventilée - 
Joué sur Erdre  ( 6 mai 2008)

Après quelques déboires concernant des problèmes de couleurs résiduelles dans mes images réalisées pourtant avec un capteur noir et blanc, j'ai constaté que sous Astrosnap, dans le menu Préférence, sous menu caméra, il était préférable de ne pas cocher la case mode RAW pour éviter ce phénomène mais aussi pour obtenir une meilleure finesse (moins de compression?) des images lors de l'acquisition.

Ci après un comparatif de deux séries d'images réalisées l'une en cochant la case RAW (mode 3) et l'autre sans cocher la case RAW. 
Celui ci a été réalisé en compilant 49 images de chaque série sous Registax.
Les contrastes et luminosités ont été renforcés sous PS et il s'agit d'un extrait grossi 5 fois d'une fraction de l'image originale.

Menu préférences Astrosnap
Ne pas cocher la case RAW avec un capteur Noir et Blanc 

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