Traitement des images

1 introduction

Vaste question que le traitement des images astronomiques... Pas question ici d'aborder le sujet autrement que dans ses grands principes, tant il y aurait à dire. Pour le détail, on se reportera aux innombrables fils de discussion et tutoriaux accessibles sur la toile.

2 les grands principes pour le ciel profond

A la fin d'une belle nuit claire, l'astrophotographe se retrouve avec quelques dizaines d'images chèrement acquises, après avoir lutté contre du matériel rétif, des logiciels retors et les milles et un tracas du ciel qui se voile, de la rosée qui tombe et du vent qui se lève sur un gros newton qui se met à danser...

Il va falloir maintenant transformer les images brutes pour en obtenir une image finale agréable qui récompensera une nuit de labeur.

Pour cela , il faut suivre les étapes suivantes :

• calibration des images brutes avec les dark/biaises/flats, corrections des distorsions et des hétérogénéités d'éclairement
• empilement des images étalonnées
• "embellissement" de l'image finale

3 Première étape: calibration, corrections diverses et alignement

Cette première étape est indispensable pour améliorer la qualité image en réduisant une partie des défauts de l'image brute, qui est entachée de plusieurs défauts : (i) bruit thermique du capteur et biais électroniques (ii) anisotropie d'éclairement due au vignettage (iii) présence de poussières (iv) distorsion optique (v) non-alignement entre images dus à des dérives ou à des défauts de guidage, à un défaut d'alignement de la monture...

3.1 calibration

Chaque image brute va subir deux opérations d'étalonnage :

1. une soustraction du master dark pour éliminer les biais électroniques et une partie du bruit thermique ...
2. ... puis une division par le master flat qui va corriger le vignettage et atténuer l'effet des poussières

A cette calibration pourra s'ajouter un algorithme de pondération (voire de rejet) des images en fonction de critères de qualité (contraste, niveau du fond du ciel,FWMH des étoiles )

Le schéma ci-dessous résume les opérations de calibration :

logigramme de prétraitement

3.2 correction de distorsion, déconvolution et alignement

Ces opérations visent à améliorer la cohérence entres les images brutes avant leur empilement.

Elles peuvent mettre en oeuvre des algorithmes extrêmement sophistiqués:

• pour corriger les distorsion géométriques de l'image , à partir de reconnaissance de motifs d'étoiles (solution astrométrique)
• pour aligner les images par rapport à une référence (correction de dérive de guidage d'une image à l'autre)
• pour normaliser la luminosité dans le champ et entre les images
• éventuellement pour opérer une déconvolution qui tend à rendre les étoiles ponctuelles

A la fin de cette séquence, on obtient des images étalonnées, corrigées des distorsion et "superposables".

4 Deuxième étape : Empilement (stacking)

L'empilement des images étalonnées constitue la dernière étape du prétraitement : on va "sommer" les images qui ont été alignées au préalable, avec une image finale dont chaque pixel sera une combinaison de tous les pixels homologues des images unitaires.

Cette combinaison est un peu plus complexe qu'une simple moyenne, parce qu'elle inclut des algorithmes de rejection qui éliminent les valeurs anormalement écartées de l'image moyenne : c'est ce qui permet d'éliminer les artefacts comme les traînées de satellite, les avions, et autres météores

A l'issue de ce processus, on a une image appelée "master light" avec laquelle on va pouvoir commencer une séquence de traitement.

Le schéma ci-après résume les étapes de traitement post-calibration :

traitements post-calibration et empilement

5 troisième étape : Traitement post empilement

On n’arborera cette partie que dans ses grandes lignes , tant les traitements sont diversifiés en fonction des caractéristiques de l'image : image en couleur native, image monochrome, image avec des filtres à bande étroite, etc.

En général , l'objectif visé est de reconstruire une image en couleur à partir d'une ou de plusieurs images séparées.

5.1 qu'est ce qu'une image après empilement ?

C'est un truc relativement moche, sans contraste ni luminosité, avec quelques détails discernables (étoiles ou structures très brillantes...).

D'une façon plus technique , c'est une image:

• dont l'histogramme est "tassé" à gauche, vers les basses lumières;
• qui linéaire, c'est à dire que le niveau de luminosité d'un pixel est proportionnel à la luminosité de l'objet réel qu'il représente.
• qui peut être une image unique monochrome, ou ...
• .. . une image couleur, ou ...
• ... un jeu d'images monochromes du même objet prises avec des filtres en bande étroite

Les étapes du traitements vont consister à retirer certains défauts encore présents, à étirer l'histogramme pour augmenter le contraste et la luminosité, et à reconstruire ou amplifier des couleurs