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L'imagerie webcam de Mars

Un grand merci à Jean-Christophe Dalouzy, membre de la société astronomique de Rouen, pour cet article qu'il nous a fourni et qui devrait rendre service à tous les webcamés débutants.

A) Introduction

En cette année 2003, la planète Mars sera idéalement placée pour l'observation mais aussi pour l'imagerie. De nombreux détails seront observables à sa surface et pourront être immortalisés sur une pellicule photo ou sur un capteur numérique. Dans ce chapitre, je vais essayer de vous donner toutes les clefs pour vous permettre de réaliser des images de Mars à l'aide d'une webcam et aussi de vous persuader qu'il n'est pas forcément nécessaire d'avoir un très gros matériel pour obtenir de bons résultats.

Image Ph Ledoux

Après une rapide présentation des conditions d'observation et d'imagerie de la planète nous allons aborder plus précisément le sujet qui nous intéresse. Une large part sera réservée à toute la partie acquisition d'image puis une seconde partie sera consacrée au traitement des images obtenues. Pour finir par un petit paragraphe sur la réalisation d’images un peu plus exotiques mais toujours relatives à Mars et qui pourront être tentées avec une webcam.

B) Les conditions d’observation de la planète durant le mois d’août 2003

Ce n'est pas arrivé depuis 73 000 ans ! En effet, il faut remonter à l'homme de Néanderthal pour trouver Mars aussi proche de la Terre que cette année. L'événement est donc bel et bien exceptionnel et tous les mordus de l'astro ne doivent surtout pas le rater.

La distance séparant la Terre de la planète Mars sera, lors de l'opposition, le 28 août 2003, d'un peu moins de 56 millions de kilomètres. La planète atteindra alors une magnitude de -2,8, plus brillante que Jupiter, et aura une taille de 25,1 secondes d'arc, ce qui, dans un télescope, est plus grand que le globe de Saturne ! Le spectacle s'annonce donc grandiose. Le seul point noir au tableau est sa déclinaison de -15° lors de l'opposition, ce qui représente une hauteur par rapport à l'horizon d'un peu moins de 25° pour le Nord de la France et de 30° environ pour le Sud de la France lors du passage de la Planète Rouge au méridien.

Les images ci-dessous représentent les différences de taille entre plusieurs planètes. Elles ont toutes les trois été faites avec le même matériel : un télescope Schmidt Cassegrain de 200 mm de diamètre, une lentille Barlow x2 et une webcam Vesta Pro. Cela permet ainsi de bien apprécier la taille qu'aura Mars lors de l'opposition.


Mars à l'opposition 2001 taille: 18,1	Mars loin de l'opposition 2001 taille : 6,6	Saturne à l'opposition 2002 Mars sera, cette année, plus grand que le globe de Saturne.

Images JC Dalouzy

Mars est une planète très intéressante à observer car elle possède de beaux détails à sa surface : des zones sombres, des zones plus claires et bien sûr deux calottes polaires. Ces détails sont déjà repérables visuellement avec un télescope de 115 mm de diamètre. Les plus belles formations sombres sont : Syrtis Major, Utopia, Mare Acidalium, Mare Erythraeum. Les zones claires facilement identifiables sont les plaines Hellas, Chryse et bien sûr les deux calottes polaires.

Voici un planisphère de la planète qui pourra vous aider à reconnaître ces formations sur vos images webcam :

En plus de ces formations, il est possible d'observer et donc de photographier les phénomènes météorologiques de la planète (Tempête de sable, lever de brume matinale.). De par leur nature imprévisible, ces phénomènes sont d'autant plus intéressants et peuvent être un bon challenge pour l'imagerie d'amateur.

C) L’imagerie webcam

I) Généralités

Le grand ennemi de l'amateur désirant faire de l'imagerie planétaire c'est la turbulence de l'air. Avant que les capteurs numériques n'apparaissent, seule la photographie argentique, avec une pellicule classique, permettait d'obtenir des clichés des planètes. Mais de plus en plus, pour le planétaire notamment, les caméras numériques ont complètement supplanté le bon vieux film photo 24x36. Leur avantage essentiel est leur sensibilité. En photographie classique pour faire des photos des planètes (et de Mars en particulier), il était nécessaire de faire des poses de plusieurs secondes. Pour obtenir de bons résultats les conditions de turbulence devaient être exceptionnelles (l'air devait être stable durant toute la durée de la pose, ce qui n'arrive que quelques fois par an). Mais maintenant, grâce aux capteurs numériques, les temps de pose sont de l'ordre du dixième, voir du centième de seconde. Ces temps de pose extrêmement courts permettent quasiment de figer la turbulence ou tout du moins d'obtenir des images dans les « trous de turbulence » et donc d'avoir de meilleurs résultats qu'en photographie argentique. Si on y rajoute la puissance de l'ordinateur et du traitement d'image, on comprend alors très bien pourquoi les capteurs numériques ont complètement remplacé la pellicule traditionnelle.

Mais le gros inconvénient du numérique réside dans le prix. Il existe de très bonnes caméras astronomiques, qu'on appelle caméra CCD ( Charge Couple Device ), mais leur prix varie de 1200 à plus de 15000 € ! C'est pourquoi certains amateurs ont eu l'idée géniale de détourner les webcams de leur utilisation première pour en faire de véritables petites caméras astronomiques à part entière et pour un coût beaucoup plus faible !

II) Gros plan sur la webcam

A l'origine, ces petites caméras étaient prévues pour la visioconférence sur internet. Elles possèdent un capteur CCD ou CMOS que certains astronomes ont eu l'idée de mettre au foyer de leurs instruments. Mais de par leur temps de pose réduit (1/15ème de seconde pour les caméras non modifiées), seuls les objets brillants leur sont accessibles. La Lune, le Soleil et les planètes sont donc leur domaine de prédilection.

Toutes les webcams actuellement disponibles sur le marché ne conviennent pas forcément à l'imagerie astronomique : il faut impérativement qu'elles possèdent un capteur CCD et non un capteur CMOS. Même si d'anciens modèles (comme les Qc VC, Qc noir et blanc et Vesta Pro) peuvent encore se trouver d'occasion sur Internet, actuellement la seule webcam utilisable en astronomie et dont l'achat est facile, est la Philips ToUcam Pro (son prix est de 120 € environ).

Les webcams les plus utilisées sont les Vesta Pro et les ToUcam Pro. De plus, elles ont un capteur couleur et permettent donc de faire de l'imagerie couleur sans avoir recours à la méthode de la trichromie (recomposition d'une image couleur à partir de trois images individuelles faites au travers de trois filtres colorés, rouge, vert et bleu).

Ces webcams ont une sortie sur port USB, ce qui veut dire que votre ordinateur devra impérativement posséder au moins une prise USB. De plus, elles sont assez exigeantes en terme de ressources informatiques. Il faudra donc vous doter d'un ordinateur (si possible portable car beaucoup plus pratique à transporter sur le terrain) assez récent, avec une vitesse horloge d'au moins 500 MHz et un minimum de 16 Mo de Ram. Un gros disque est fortement conseillé car les films enregistrés par la webcam, prennent rapidement plusieurs centaines de Mo ! 20 Go de disque dur semble donc un bon minimum. Si la caméra en elle-même n'est pas très chère, en revanche l'ordinateur nécessaire pour la faire fonctionner est relativement coûteux.

III) Adaptation de la webcam sur le télescope et système grossissant

Une fois votre webcam achetée, vous constaterez qu'elle possède un objectif qui permet de former l'image sur le capteur lors d'une utilisation courante. Dans cet objectif, il y a un filtre qui coupe les infra-rouges (les capteurs CCD sont assez sensibles à l'infra-rouge) et également des lentilles. Malheureusement celles-ci sont en plastique, et de ce fait de trop mauvaise qualité optique pour être utilisable en astronomie. Il faut par conséquent enlever l'objectif pour adapter la webcam sur le télescope. C'est ce dernier qui jouera alors le rôle de l'objectif.


La webcam et son objectif	La webcam, objectif dévissé

Dans le cas des webcams de marque Philips (ToUcam Pro et Vesta Pro), cette opération est aisée, puisque l'objectif est amovible. Il suffit juste de le dévisser : un pas fileté apparaît et au fond de la caméra, le petit capteur CCD.

La plupart des télescopes du commerce possèdent un coulant de 31,75. Il faut donc trouver un système permettant d'adapter la webcam sur du 31,75. Pour cela deux solutions : coller une boite de pellicule photo (dont certaines ont le diamètre tant recherché, notamment celles de marque Fujicolor) sur le capot de la caméra, mais dans ce cas, il faut faire très attention que cet adaptateur soit rigoureusement perpendiculaire au capteur. Sinon, lors de la prise de vue, un côté de l'image sera net et pas l'autre. La seconde solution est d'utiliser le pas fileté et de faire usiner un adaptateur en métal (aluminium par exemple) possédant d'un côté un filetage correspondant au filetage de la webcam et de l'autre le coulant 31,75.

Philips Vesta Pro avec son adaptateur au coulant 31,75 - Image JC Dalouzy

Ce système d'adaptation peut être utilisé avec deux configurations possibles : la webcam placée directement au foyer du télescope (intéressant pour l'imagerie solaire ou la mosaïque lunaire) ou bien placée sur une lentille de Barlow, elle-même mise au foyer du télescope. Si l'on veut utiliser un oculaire de projection, il faudra concevoir un système différent et plus complexe permettant d'insérer et de fixer dans l'adaptateur un oculaire.

2 lentilles de Barlow et, au milieu, l’adaptateur pour la webcam - Image JC Dalouzy

Pour '’imagerie webcam de Mars, il faut pousser la focale du télescope jusqu'à un minimum de 4 mètres. Pour cela, on peut utiliser une lentille de Barlow x2 ou x3 dans le cas des télescopes de type Schmidt-Cassegrain ou Maksutov-Cassegrain,... Et de tous les instruments possédant une focale de départ suffisamment longue. Dans le cas des télescopes de Newton, l'utilisation d'un oculaire de projection est mieux indiquée.

Dans tous les cas, il faudra prendre une très bonne qualité optique et le haut de gamme des lentilles de Barlow (voici quelques exemples de Barlow : la Meade x2 Apo, ou toutes celles de la gamme Télévue…). Le prix de cet accessoire est de l’ordre de 150 à 200 €.

IV) Les télescopes utilisables pour l’imagerie webcam

En théorie n'importe quel instrument peut être utilisé pour faire de l’imagerie webcam. Il s'agit là aussi d'un avantage par rapport à l'imagerie argentique. Il y a quelques années, il était totalement impensable d'obtenir des détails sur Mars en photographie traditionnelle avec un télescope de 115 mm par exemple. Mais maintenant grâce à la webcam, on peut même utiliser une lunette de 60 mm ! Bien évidemment la qualité des résultats sera proportionnelle au diamètre et à la qualité optique de '’instrument. Mais chacun avec son instrument, et même avec un instrument d'entrée de gamme, peut obtenir des résultats intéressants et assez rapidement.

Mars lors de l’opposition 2001 faite avec un 115mm - Image E Bonduelle

Néanmoins, l'instrument le plus souvent utilisé en imagerie webcam planétaire est l'incontournable télescope Schmidt-Cassegrain. Avec un rapport F/D de 10, il permet avec l'adjonction d'une Barlow x2 ou x3 d'arriver à des focales compatibles avec une imagerie planétaire de qualité.

Cependant, j'insisterai plus sur la monture du télescope. Il est fortement conseillé qu'elle soit équatoriale et si possible motorisée (au moins en ascension droite) pour compenser la rotation de la Terre et également pour éviter les rotations de champ lors de la prise de vue. Il est assez illusoire de faire de bonnes images webcam avec une longue focale sur une monture azimutale.

V) Les conditions de prise de vue et le réglage de votre instrument

1) La turbulence

Même si vous possédez le meilleur instrument avec une qualité optique parfaite, son « défaut » sera toujours qu'il est sur Terre et donc soumis aux aléas des mouvements de notre atmosphère. La prise de vue des planètes et de Mars en particulier nécessite des conditions atmosphériques éminemment favorables. Par là, il faut entendre que la turbulence doit être faible pour obtenir des résultats intéressants.

Physiquement, il s'agit de mouvements d'air provoqués par des masses d'air de différentes températures. C'est ce qui fait « danser » les images au dessus d'un radiateur, ou c’est ce qui fait scintiller les étoiles. En imagerie planétaire, la turbulence est l'ennemie numéro 1 contre laquelle il faut se battre constamment car elle brouille les plus fins détails de la planète.

Mars au milieu d’une belle turbulence … Image Ph Ledoux

Elle est due à deux phénomènes : « la turbulence instrumentale » et « la turbulence atmosphérique ». La première est due à la différence de température entre l'instrument et l'air ambiant. Celle-ci peut être combattue en mettant l'instrument en température, c'est à dire en mettant le télescope à l'extérieur pendant au moins 30 minutes avant de commencer des prises de vue (ne pas oublier les accessoires et la webcam).

La seconde est beaucoup plus ennuyeuse puisqu'on ne peut rien faire pour y remédier ! On peut quand même éviter la proximité des cheminées, des maisons, des terrasses en béton, et éviter d'observer à travers une fenêtre ouverte. Mais il restera toujours celle de la haute atmosphère. Et là, il n'y a qu'à attendre une belle nuit (pour en juger, regardez les étoiles : si elles scintillent au zénith, ne sortez même pas ! Mais si elles sont parfaitement ponctuelles, même basses sur l'horizon, attendez-vous à de bonnes conditions). Toutefois pour juger plus précisément les conditions de turbulence, il faut observer une étoile fortement grossie. Juste pour indication (bien évidemment cela dépend des lieux ) : quelques nuits par mois sont assez peu « turbulentes » et seulement quelques nuits par an sont sans aucune turbulence !!! Il faut donc profiter au maximum de ces rares nuits !

Cependant, il faut quand même relativiser. Même si la turbulence est rarement nulle, lors des nuits de turbulence moyenne à faible, il y a toujours des trous de turbulence dans lesquels les mouvements d'air se calment et permettent d'obtenir tout de même des images détaillées. Comme la webcam filme la planète, on obtiendra forcément des images dans ces trous, qui seront de bonne qualité et qu'il faudra sélectionner pour le traitement : nous verrons tout cela en détail un peu plus loin.

2) La collimation

Voyons maintenant, un point important qui s'adresse qu'aux possesseurs de télescope : il s'agit de la collimation. Sous ce nom se cache tout simplement le réglage des miroirs. En effet, un défaut d'alignement de ces derniers entraîne une perte de luminosité et de contraste de l'image. Vous l'aurez compris, pour l'obtention de bons résultats, il s'agit d'une étape obligatoire avant chaque prise de vue planétaire. Je vais la détailler rapidement

Il serait souhaitable de refaire la collimation avant chaque prise de vue et même avant chaque pointage de l'instrument !!! En réalité, la résolution est souvent plus limitée par la turbulence que par la collimation. Lorsque la turbulence est faible la collimation doit être impérativement refaite avant la prise de vue. Je vais surtout détailler la collimation des télescopes Schmidt Cassegrain car ce sont les instruments les plus répandus chez les amateurs, sachant que la collimation d’un Newton est semblable.

Une petite décollimation transforme votre Schmidt Cassegrain en un instrument de piètre qualité. La collimation sur ce genre d'instrument se fait en vissant ou en dévissant les 3 petites vis qui tiennent le miroir secondaire.

Attention, il ne faut jamais que l'une des 3 vis soient serrées au maximum car une contrainte sur le miroir secondaire apparaîtrait, de même, il ne faut jamais que l’une des vis soit totalement libre car alors le miroir aurait du jeu. Dernier point : certains télescopes comportent une 4° vis, en position centrale sur le support du miroir secondaire, qui ne doit jamais être touchée car c'est elle qui maintient le miroir secondaire dans le télescope : un miroir secondaire qui se détache et vient fracasser le miroir principal au fond du télescope est une expérience douloureuse, tant pour le porte-monnaie que pour l'amour-propre !

La première chose à faire lors de la collimation est d'attendre la mise en température de l'instrument car la dilatation thermique fait bouger l'alignement des miroirs. On pointe tout d'abord une étoile dans le même secteur que la planète à « webcamer », puis on prend un oculaire de longue focale et on défocalise fortement l'étoile. On obtient alors l'image ci-dessous :

Image JC Dalouzy

Il faut que le cercle noir (qui représente le miroir secondaire) soit parfaitement centré par rapport au grand cercle blanc. Ceci représente la première étape. Il faut ensuite grossir environ 300 fois une étoile et la défocaliser en intra et en extra focale, on obtient alors une image comme ci-dessous :

Image JC Dalouzy

On voit très bien un point lumineux au centre et des cercles concentriques centrés sur cette étoile, il faut que l'ensemble soit parfaitement centré. Si ceci est fait en intra et en extra focale, la collimation peut être jugée comme acceptable, c'est la seconde étape.

Mais le mieux, que je recommande de faire, et qui constitue la troisième et dernière étape, c'est de collimater sur les disques d'Airy. Ils s'obtiennent en grossissant fortement une étoile (au moins 1,5 fois le diamètre de votre instrument) et en faisant une très bonne mise au point sur l'étoile. C'est une étape délicate qui demande des conditions atmosphériques très propices. C'est pourquoi la majeure partie du temps, on s'arrête à l'étape deux.

3) La mise en station

Continuons dans les réglages de l'instrument avant la prise de vue, car je le répète, ce sont ces réglages qui vous permettront d'obtenir de bonnes images et qui feront la différence entre une image de qualité médiocre et une image de bonne qualité.

La mise en station est uniquement destinée aux montures équatoriales, elle consiste à aligner l'axe polaire de la monture du télescope vers l'étoile polaire pour permettre un suivi de qualité. Si en imagerie du ciel profond elle doit être faite de façon très très rigoureuse (avec la méthode de Bigourdan par exemple) pour assurer un suivi parfait, en imagerie planétaire et webcam en particulier, une telle mise en station n'est pas nécessaire. Un simple alignement vers le pôle, facilité éventuellement par le viseur polaire de votre télescope s'il en est doté, suffit amplement.

En effet, s'il est beaucoup plus agréable de ne pas être obligé de faire constamment des mouvements de rappels pour garder la planète dans le champ de la webcam, on peut cependant lui autoriser une petite dérive. Ceci est même conseillé car les capteurs CCD des webcams possèdent souvent des défauts ou des poussières, que le déplacement de la planète devant ce capteur permet d'annuler lors de la phase de retraitement numérique des images (cf chapître VII).

4) La mise au point

C'est l'action de rendre nette l'image. On emploie également le terme de focalisation. Pour cela, on va amener le capteur de la webcam dans le plan focal de l'instrument. La mise au point doit être la plus parfaite possible. C'est pourquoi, on la refait souvent entre chaque prise de vue. On peut la faire de différentes manières : à l'aide du disque de Hartmann, par FWHM,……

Mais, avec l'habitude, elle se fait directement sur la planète, en regardant les images brutes sur l'écran de l'ordinateur. Cette étape est la plus longue, la plus délicate mais c'est très certainement la plus importante. Il faut donc la soigner.

En conclusion de ce paragraphe V, voici la récapitulation sous forme de tableau des différentes étapes à soigner plus ou moins pour l'imagerie webcam de la planète Mars :

Etapes	« A soigner »
La mise en température	+
La collimation	++
La mise au point	++
La mise en station	-

- : Peut être plus ou moins « bâclé »

+ : A soigner

++ : A soigner absolument, étape obligatoire

VI) L’Acquisition proprement dite

Après cette longue présentation du matériel et des différents réglages de votre instrument, on peut maintenant aborder l'acquisition des images avec la webcam.

L'acquisition webcam n'est pas une image instantanée de la planète, mais un petit film au format .avi (prononcez A V I), dit plus communément un avi (c'est cette dénomination que je vais utiliser par la suite pour parler de l'enregistrement fait par la webcam). Vous allez en fait filmer la planète et pas seulement en faire une image unique. Mais pour cela, il faut utiliser certains logiciels, non fournis avec la webcam. Je vais en citer 2, qui sont les plus utilisés : QcFocus et Iris. Les deux sont assez similaires d'un point de vue acquisition, ils permettent d'enregistrer un avi de la planète et d'accéder à tous les réglages de la webcam, que nous allons détailler plus loin. Cependant, Iris est avant tout un logiciel de traitement d'image, et la partie acquisition n'est qu'une petite partie de ce logiciel. Pour ma part, j'utilise QcFocus car je le trouve très simple d'utilisation.

Ces 2 logiciels, sont disponibles gratuitement sur internet aux adresses suivantes :

- QcFocus : http://www.astrosurf.com/astropc

- Iris : >http://www.astrsurf.com/buil

Je vais plus détailler ici l'acquisition avec QcFocus, dont voici la fenêtre :

Image JC Dalouzy

Sous Iris, la fenêtre d'acquisition est différente, mais les fenêtres de réglage de la caméra sont identiques.

De façon générale, l'acquisition se fait en « cliquant sur le bouton enregistrement » !! Mais, il faut quand même effectuer au préalable quelques réglages de la webcam.

La première chose à faire est de sélectionner le format d'image (format dans QcFocus). Par défaut, c’est le format 320 x 240 qui est coché, mais il faut sélectionner 640 x 480 pour avoir le maximum de résolution.

Ensuite, lorsqu'on ouvre les paramètres de réglage de la caméra (exposition dans QcFocus), on a accès à différents paramètres : La luminosité, le contraste, le gamma et la saturation qui sont à laisser à 50 % dans un premier temps, on pourra plus tard essayer de toucher à ces paramètres pour essayer d'améliorer un peu l'image.

Voici la fenêtre « commande d'image » de la Vesta Pro (pour la ToUcam Pro, c'est quasiment identique)

On peut régler ici, le taux d'images (en haut) ainsi que la luminosité, contraste et gamma (en bas à gauche). On peut également mettre l'image en Noir et Blanc et obtenir l'image miroir (en bas à droite).

Image JC Dalouzy

Sur l'exemple ci-dessus, on a sélectionné une vitesse d'enregistrement au rythme de 5 images par seconde. En général, il est recommandé d'utiliser un taux d'images entre 5 et 15 images par seconde pour avoir le maximum d'images et, de ce fait, avoir plus de chances de tomber dans les trous de turbulence. On serait tenté de sélectionner 30 images seconde, mais pour de tel taux de rafraîchissement, les images sont compressées et perdent en qualité. Ces forts taux sont donc à proscrire.

Les 3 paramètres suivants sont essentiels (voir image ci-dessous). C'est avec eux que l'on va régler la caméra. Le premier, la balance des blancs, est à laisser en automatique pour éviter d'avoir des couleurs bizarres (rose, jaune). Les 2 suivants (gain et exposition) sont liés et il faut décocher la case automatique. L’exposition est en règle générale laissée au maximum (1/25). Quant au gain, il faut le diminuer car en le diminuant, on diminuera la luminosité de l'image, mais surtout le grain de l'image qui deviendra alors plus lisse, plus esthétique. Cependant, dans le cas des Vesta Pro, il ne faut pas le descendre sous la barre des 70 %, pour les ToUcam on peut l'abaisser jusqu'à 60 %. En dessous de ces valeurs, l'image perd en dynamique et les planètes présentent après traitement des cercles concentriques sur le bord du disque. Il faut donc l'ajuster au mieux pour avoir une planète à la fois correctement exposée, pas un seul endroit saturé (zone toute blanche) mais aussi à la fois pas trop sous-exposée. Affinez le mieux possible en jugeant par vous même sur l'écran.

Voici ci-contre une vue de la fenêtre « commandes caméra ».

Image JC Dalouzy

Un dernier petit mot sur l'acquisition : même si ce ne sont pas les images brutes qui constitueront vos images finales, néanmoins, aucun traitement numérique, aussi bon et aussi maîtrisé soit-il, ne pourra jamais faire d'une mauvaise image brute, une bonne image finale. Il vous faudra donc reconnaître les bons avis des mauvais, et pour cela, seule l'habitude pourra venir à votre secours ! Voici un petit comparatif sur Jupiter :


Une bonne image brute	Une mauvaise image brute, granuleuse et bruitée

L'image traitée	L'image traitée

Images JC Dalouzy

Après toutes ces étapes de réglage du télescope, de réglage de la webcam, et une fois réalisé l'enregistrement des avis sur le disque dur, il ne reste plus qu'à traiter tout cela grâce à l'ordinateur. C'est ce que nous allons détailler dans le paragraphe suivant.

VII) Le traitement d’image

1) Introduction

Dans ce paragraphe je ne vais traiter que de l'aspect pratique du traitement (d'où peut-être par moment quelques abus de langage) et non des algorithmes et fonctions mathématiques qui sont derrière les différents traitements.

Mais avant de commencer, je voudrais à nouveau insister sur quelques petits points. Le premier le but du traitement est uniquement de faire apparaître des détails qui existaient déjà dans l'image brute mais qui n'étaient pas mis en évidence mais en aucun cas de faire apparaître des détails qui n'existaient pas ! Le second : ce traitement doit, par conséquent, toujours être léger pour éviter de voir apparaître des artefacts : l'image idéale est la brute !

2) Les logiciels qui nous sont nécessaires :

Avant tout, voyons les différents logiciels les plus utilisés et qui nous sont nécessaires après l'acquisition de l'avi pour traiter ce dernier :

- Tout d'abord le logiciel Avi2bmp, que vous pouvez télécharger gratuitement à l'adresse suivante : http://avi2bmp.free.fr, et qui permet de séparer les frames (=images individuelles) de l'avi ainsi que de les compositer (voir plus loin).

- L'excellent logiciel de traitement d'image, Iris, que vous pouvez télécharger gratuitement à l'adresse suivante : http://www.astrosurf.com/buil, qui permet de faire tous les traitements possibles !

- Registax : très bon logiciel de traitement d'image qui donne accès à différents types de traitements et qui est en plus très simple d'utilisation. Il peut également se télécharger gratuitement à l'adresse suivante : http://aberrator.astronomy.net/registax/

- Prism, puissant logiciel d'acquisition et de traitement d'image CCD en général mais qui peut aussi servir pour l'imagerie webcam. Son seul inconvénient est qu'il est payant, mais vu tout ce qu'il propose, son prix est justifié !

- Un logiciel de retouche d'image classique (Paint Shop Pro, Photoshop…)

Cependant, dans les paragraphes qui suivent, nous allons uniquement voir les logiciels Avi2bmp et Iris, car ils proposent tout ce dont l'amateur a besoin pour réaliser le traitement de ses avis.

3) La clef de tout : le compositage

Les images brutes sont très bruitées et si on applique n'importe quel traitement, c'est plus le bruit de l'image qui va ressortir que les détails ! Pour éviter cela on a recours au compositage (=addition de plusieurs frames issues d'un avi).

On peut utiliser le logiciel avi2bmp. Pour cela on ouvre l'avi et on voit apparaître à gauche de la fenêtre toutes les frames de l'avi (voir image ci-contre). On sélectionne ensuite les meilleures images de l'avi que l'on veut compositer puis on réalise un cadrage automatique des images sélectionnées (nécessaire pour que toutes les images soient parfaitement centrées) puis on effectue le compositage et on obtient une image que l'on enregistre.

Tout ceci est également possible sous Iris.

Image JC Dalouzy

4) Traitement simple : c’est déjà mieux que les brutes !

Une fois que l'on a obtenu notre image compositée, on peut reprendre cette image avec les logiciels de retouches d'image et appliquer un masque flou dont on réglera au mieux le rayon, la puissance et la différence. Ensuite on peut également retoucher la luminosité, le contraste et enfin la saturation des couleurs et vous verrez que le résultat obtenu sera déjà nettement supérieur à l'image brute ! Mais il est encore perfectible...

Le logiciel qui permettra de parfaire encore le résultat se nomme Iris. Il s'agit d'un logiciel très puissant, mais assez difficile d'utilisation, c'est la raison pour laquelle, je vais beaucoup plus m'étendre dessus :

5) Iris : Le logiciel à tout faire !

a) Présentation :

Comme je l'ai dit au début du chapitre, il est disponible gratuitement sur internet. Vous pouvez le télécharger sur le site de Christian Buil : http://www.astrosurf.com/buil (le logiciel fait environ 1,7 Mo). La version actuelle est la 3.82.

Il est compressé et une fois décompressé, vous pouvez l'installer en double cliquant dans setup.exe. L'installation sous Windows se fait sans aucun problème. Quand vous ouvrez le logiciel, vous obtenez la fenêtre suivante :

Image JC Dalouzy

Comme dit un peu plus haut, ce logiciel est également capable de faire de l'acquisition webcam à la place de QcFocus évoqué précédemment.

b) Prise en main et préréglages:

Avant de s'attaquer aux fonctions du logiciel, il faut tout d'abord voir les différents petits réglages et l'aspect général du logiciel.

Iris va, dans ses traitements, créer des fichiers et des images. Ces images sont enregistrées par défaut sur votre disque dur c:\. Aussi je vous conseille de créer un fichier Iris sur c:\, qui sera le fichier de travail du logiciel, cela permettra après traitement de supprimer plus facilement tout ce qui a été créé sans supprimer par inadvertance des fichiers système. Pour cela, il faut aller dans le menu déroulant « fichier » de Iris, puis dans « réglage » et désigner votre fichier C:\Iris dans l'espace « Chemin du répertoire de travail ».

Venons-en maintenant au logiciel. Dans les menus déroulants, vous allez trouver plusieurs fonctions du logiciel qui ont leur correspondance en commande à taper dans la boite « commande », vous verrez par la suite qu'il est plus facile de taper les commandes que de cliquer avec la souris ! D'autant plus que toutes les fonctions du logiciel ne sont pas dans les différents menus.

Je ne vais pas trop m'attarder sur ces menus, mais juste une précision sur le menu « webcam ». Grâce à la dernière version du logiciel, il est possible de faire de l'acquisition webcam sans passer par un autre logiciel, cette acquisition peut être faite soit sous forme de film, soit sous forme d'image individuelle, le logiciel permet également de faire de l'autoguidage grâce à une webcam, d'insérer l'heure de la prise sur l'image, etc...

c) Conversion de l’avi :

Voyons tout d'abord les premières fonctions simples d'Iris. Ce logiciel ne peut lire que les images au format .fit et les images au format .bmp. Mais ce n’est qu’avec les images en .fit que le traitement est possible. Il faut donc absolument convertir votre avi sous ce format.

Pour cela, vous allez dans le menu « fichier », puis dans « conversion d'avi ». La fenêtre ci-dessous s'ouvre alors :

Image JC Dalouzy

Vous allez y chercher votre fichier avi grâce au bouton « sélectionner » et nommer vos trois couches : le plus simple est de donner pour nom générique du canal rouge le nom R, puis le nom V pour le canal vert et enfin B pour la couche bleue. Par exemple : votre avi comporte 300 images en couleur, vous effectuez les réglages ci-dessus puis vous lancez la conversion avec le bouton « convertir ». Une fois celle-ci finie, vous vous retrouvez avec 900 images en fit (300 pour le rouge, 300 pour le bleu et 300 pour le vert) numérotées de 1 à 300. Après cette conversion, on arrive très vite à 500 Mo (au moins !). D'où la nécessité d'avoir un très gros disque dur !

Vous venez donc de convertir vos images en fit, qui sont alors directement exploitables par le logiciel. Maintenant, toutes les commandes qui vont être expliquées seront à écrire dans la boite de commande du logiciel que l'on fait apparaître en cliquant sur l'icône suivant :

Image JC Dalouzy

d) Sélection, recadrage et compositage des images :

Comme nous l'avons vu dans les paragraphes précédents, lorsque l'on fait des images webcam, on fait en réalité l'acquisition d'un petit film qui comporte plusieurs centaines d'images. Or, toutes ces images ne sont pas forcément de bonne qualité à cause de la turbulence, il faut donc réaliser une sélection des meilleures images. Pour cela, deux solutions : la sélection manuelle (longue et fastidieuse, mais très efficace, c'est ce qui peut être fait sous Avi2bmp) ou la sélection automatique (rapide mais un tout petit peu moins efficace). C'est cette dernière que nous allons voir à présent :

Iris, permet de sélectionner les meilleures images d'un avi mais aussi de les classer automatiquement. Pour cela il faut taper la commande suivante une fois la boîte de commande affichée :

>bestof [nomV] nb d'images de l'avi.

Pour faire cette sélection, le logiciel doit s'appuyer sur une couche de référence. En général on prend la couche verte car c'est celle qui est de meilleure qualité, correspondant à la meilleure sensibilité du capteur CCD. Celà facilite le travail du logiciel et rend plus fiable sa sélection. On donne alors le nom générique de cette couche et le nombre d'images que comporte l'avi. On peut également faire un cadre sur l'image pour que le « bestof » se fasse sur cette partie de l'image.

Après cette commande, Iris crée un fichier (select.lst). Il faut maintenant classer nos images par ordre de beauté, pour cela on utilise la commande suivante :

>select [ nom des images d'entrée ] [ nom des images de sortie ]

Le « nom des images d'entrée » est celui que vous avez donné à vos images lors de la conversion de l'avi et le « nom des images de sortie » est le nom que vous voulez que vos images portent après cette commande. Cette commande s'appuie sur le fichier créé précédemment et est à faire pour les 3 couches R,V et B. Au final, on aura alors toutes nos images qui seront classées de la plus belle à la moins belle dans les 3 couches. Attention, cette opération double le nombre d'images sur votre disque dur et donc la mémoire utilisée !

A noter : Dans la toute dernière version d'Iris, il existe une fonction qui regroupe toutes ces commandes ainsi que les fonctions de compositage automatique des images. On peut ainsi lancer la fonction et laisser l'ordinateur tourner tout seul ! Notez que cette opération, même avec un ordinateur puissant, prend quand même au minimum 15 minutes. Voici le script :

>compute_trichro1 [nom de la couche maître] [nomR] [nomV] [nomB] [taille] [nombre d'images sélectionnées] [nombre d'images totales]

Le nom de la couche maître étant celle sur laquelle Iris va faire sa sélection (en général on choisit la couche V), puis suivent les 3 noms de chaque couche et enfin les différents nombres d'images.

Le choix de la taille est évoquée ci-dessous dans le compositage.

e) Le compositage :

Comme dit plus haut, en imagerie CCD et webcam (et de plus en plus aussi en argentique), on a recours au compositage, c'est à dire à l'addition d'un certain nombre d'images pour différentes raisons. En planétaire, le but principal est d'augmenter le rapport signal/bruit pour qu'après le traitement, les plus fins détails ne se fondent pas avec le bruit. Mais pour pouvoir additionner ces images, il faut qu'elles soient parfaitement superposables. Or, on imagine bien que lors de la prise de vue, la planète se déplace toujours un peu sur le capteur de la webcam : il faut donc les recadrer.

Iris, permet de faire ceci assez facilement grâce à la commande est pregister, dont voici le script :

>pregister [nom des images d'entrée] [nom des images de sortie] [taille] [nombre d'images à recadrer]

Il faut au préalable avoir fait un cadre sur l'image. Pour la valeur de la taille il faut prendre un multiple de 2 (en général on prend 256 ou 512).

Cette commande va créer un fichier qui s'appelle schift.lst dans lequel sont écrites toutes les corrections à faire sur chaque image.

La commande file_trans va reprendre les images et va les recadrer, en donnant un nouveau nom aux images recadrées. Le script est le suivant :

>file_trans [nom des images d'entrée] [nom des images de sortie] [nombre d'images]

Une fois que nos images sont recadrées, il faut maintenant les additionner, pour cela 2 commandes sont possibles. On peut additionner tout simplement l'image 1 avec la 2 etc..., alors le script est le suivant :

>add2 [nom des images] [nombre d'images à additionner]

Mais il arrive qu'en additionnant les images on dépasse le seuil fatidique de 32767 au delà duquel les pixels supérieurs à cette valeur restent blancs. Il faut donc, avant d'additionner, multiplier toutes les images par une constante. On peut bien évidemment le faire manuellement avec la commande mult2, mais on peut aussi utiliser la commande add_norm qui multipliera toutes les images pour arriver exactement sous les 32767, le script est le même que tout à l'heure :

>add_norm [nom des images] [nombre d'images]

Cette addition réalisée, il faut ensuite ajuster manuellement les seuils de visualisation grâce à la fenêtre suivante:

Image JC dalouzy

f) Le traitement d’image sous Iris :

Je vais détailler dans cette partie les 3 traitements les plus utilisés en imagerie webcam planétaire, c'est à dire, le masque flou, le traitement par ondelette et le vancittert.

Tout d'abord le masque flou :

La commande à taper est la suivante :

>unsharp [sigma] [coefficient] [flag]

Les 2 premiers coefficients sont à ajuster au mieux pour obtenir l'image la plus détaillée sans pour autant faire ressortir le bruit de l'image. Le troisième paramètre dépend de la nature de votre image, il est égal à 1 pour une image planétaire et à 0 pour une image stellaire.

Le traitement par ondelette maintenant :

Il faut taper une suite de commandes pour effectuer ce traitement, la voici :

>wavelet x y 6

>load x6

>add y6

>add y5

>add y4

>add y3

>add y2

Dans ce traitement, l'image d'origine est décomposée en plusieurs plans (c'est ce que fait le logiciel avec la première commande : wavelet x y 6), puis on va additionner ces plans pour obtenir l'image finale. Les différents plans sont classés par « ordre de détail ». La couche la plus « détaillée » est la couche y1 (tellement détaillée qu'il ne s'agit en général que du bruit, c'est pourquoi on ne l'additionne jamais) et la moins détaillée est la couche y6 ; le « jeu » consiste à additionner autant de fois que vous le jugez nécessaire les différents plans afin d'obtenir l'image la meilleure possible sans qu'elle soit surtraitée, c'est en général avec les couches y3 et y2 que l'on joue le plus. Dans ce cas là, c'est vous, en regardant l'image sur le moniteur de votre ordinateur qui jugez de l'aspect de l'objet « webcamé » qui vous convient le mieux !

Et enfin le traitement par vancittert :

La commande est simplement :

>vancittert x y

Où x et y sont 2 coefficients à ajuster au mieux. x étant, disons, « un coefficient de puissance » et y le nombre d'itération, c'est à dire le nombre de fois que ce traitement va être fait.

Voilà pour les traitements de base. Sachez qu'Iris, possède beaucoup d'autres algorithmes, tels que le Lucy-Richardson (>rl), ou le traitement par maximum d'entropie (>mem).

De toute façon, avec une même image, quelque soit le traitement utilisé et '’il est bien dosé, vous obtiendrez à peu de chose près la même image finale.

g) La recombinaison des couches :

Après les traitements, on se retrouve finalement avec une image dans chaque couche de couleur, il ne reste plus qu'à les recombiner pour retrouver une image couleur. Voici le script :

>trichro [imageR] [imageV] [imageB]

et dernière opération, vous sauvegardez votre image sous le format bmp grâce au script suivant :

>savebmp [image finale]

A noter : Il arrive parfois que les images des 3 couches ne soient pas parfaitement superposées, créant alors un côté bleu et un côté rouge sur l'image finale. On peut résoudre ce problème par 2 solutions, soit en faisant un pregister sur les 3 images, soit en utilisant la commande « trichromie » dans le menu déroulant « visualisation ». Vous pouvez alors décaler de n pixel la couche que vous voulez pour supprimer le décalage des couches. Il est recommandé pour cela de diminuer le seuil haut.

Nous venons de voir ici les bases du traitement d'image, mais il ne faut pas vous effrayer : de prime abord tout cela semble assez confus et compliqué, mais au bout de quelques traitements d'avis, vous aurez vite pris l'habitude de ces commandes.

D) L’emploi de filtres de couleurs :

Ces filtres ont la faculté d'accroître le contraste de l'image et sont de ce fait très appréciés. Les filtres les plus souvent utilisés pour l'imagerie webcam de la planète Mars sont :

--- le filtre bloquant les rayons infra-rouges : le capteur CCD est très sensible dans cette longueur d'onde, et l'image de Mars se trouve alors affectée d'une image fantôme qui vient se superposer à l'image couleur normale de la planète. Les filtres IR-cut permettent d'éliminer cette image fantôme.

Image brute avec surimpression d'une Mars fantôme due aux inra-rouges.

--- le filtre rouge 25A ou 21A : il rehausse le contraste des régions sombres de Mars (Syrtis Major, Sinus Sabaeus, Mare Acidalium, Mare Erythraeum, Utopia)

--- le filtre bleu clair 80A : il permet de mettre en évidence les nuages et les brumes de l'atmosphère martienne, en particulier dans la région du terminateur.

L'utilisation de ces filtres nécessite un peu plus d’expérience dans le maniement de votre webcam. Le filtre IR-cut est généralement laissé à demeure sur la webcam, de façon à ce que tous les films avi soient débarrassés des infra-rouges et des images fantômes qu’ils génèrent. Les autres filtres peuvent alors être vissés sur ce même filtre IR-cut, comme des poupées gigognes.

Le filtre bleu, outre son intérêt pour filmer l'atmosphère martienne, présente également un autre avantage pour les webcameurs : lors de l'acquisition d'un avi couleur normal, sans filtre, on constate que la couche bleue est la plus médiocre, affectée par un bruit de fond important. L'emploi d'un filtre bleu permet de réaliser un deuxième avi qui fournira une belle image bleue de Mars qui sera alors substituée à la couche bleue de l'avi couleur sans filtre. L'image couleur finale sera alors de bien meilleure qualité que celle fournie par une simple image acquise selon la méthode «normale». Une précaution cependant : le filtre ne doit pas être trop foncé car le capteur de la webcam n'a pas une sensibilité extensible à l'infini. Un filtre 80A semble être un bon choix.

Le filtre rouge permet également d'améliorer sensiblement l'image couleur, grâce à la technique de compositage LRVB : on commence par réaliser un avi couleur normal de Mars, que l'on retraite avec Iris selon la méthodologie décrite précédemment. Puis on effectue un second avi de Mars, avec le filtre rouge cette fois : l'image obtenue fera l'objet d'un traitement numérique particulièrement poussé de sa couche rouge afin de faire ressortir un maximum de détails. Les 2 autres couches couleurs de ce second avi ne seront pas employées. L'image résultante sera la couche dite de « luminance » et elle sera appelée L. Cette couche sera compositée avec les couches RVB du premier avi : sous Iris, il suffit de cliquer sur le menu déroulant « visualisation» puis sur « trichromie », de cocher la case luminance en indiquant le nom de l'image qui servira de luminance (ici : L).

Au moyen des 4 grosses flêches, après avoir réglé le pas du déplacement, vous pouvez déplacer la couche L jusqu'à ce qu'elle se superpose parfaitement avec les images R, V et B du premier avi : vous aurez alors une image finale en couleur RVB dont les détails seront nettement enrichis par la couche L. Vous pourrez alors sauvegarder cette image finale sous le nom de votre choix grâce à la commande : >savebmp [nom de mon choix]

Ces acrobaties, à première vue séduisantes, nécessitent néanmoins un peu de savoir-faire : Mars tourne sous vos yeux et les changements de filtres ainsi que l'acquisition des films avi doivent se faire sans traîner. En moyenne, vous avez 2 ou 3 mn pour boucler chacun de vos films. Au-delà, la rotation de Mars sera suffisamment sensible pour que toute superposition de vos images individuelles devienne impossible, en particulier si vous employez une forte focale (Barlow x3).

De même, pour que chaque image soit superposable aux précédentes, il faut veiller à ce que la webcam soit replacée, entre chaque changement de filtre, rigoureusement dans le même sens sur votre télescope. L'idéal est de marquer au feutre un repère sur le télescope et sur votre webcam et de faire coïncider l'un et l'autre. Dernier détail : le fait de changer de filtre peut modifier la mise au point de l'image qui doit donc être systématiquement vérifiée avant de faire une nouvelle acquisition de film.

Imaginez la gymnastique qu'il faut alors accomplir si l'on veut se faire la totale : un film avi avec filtre IR-cut + filtre bleu pour la couche bleue de Mars, puis un avi avec filtre IR-cut + filtre rouge pour la couche de luminance et enfin un avi avec juste le filtre IR-cut pour les couches RVB normales. Il faut une bonne dose de dextérité pour parvenir à accomplir toutes ces manoeuvres dans le temps imparti par la rotation de la planète. Quant à la phase de retraitement numérique, elle reste lourde : traiter la couche rouge et la couche verte de l'avi « normal », virer la couche bleue de cet avi, traiter la couche bleue de l'avi acquis avec le filtre bleu, virer ses couches verte et rouge, traiter la couche rouge de l'avi acquis avec le filtre rouge pour en faire la couche de luminance et virer ses 2 autres couches, recompositer tout cette petite cuisine en mode LRVB. Soyons clair : si vous débutez dans l'imagerie webcam, il vaut sans doute mieux vous contenter d'un film couleur normal, sans autre fioriture !!! Ou bien d'opter pour une solution intermédiaire : un premier avi couleur «normal», dont l'image résultante sera compositée avec celle issue d'un avi réalisé avec un filtre rouge pour avoir une couche de luminance

E) Idées d’acquisition sur Mars

Dans ce dernier paragraphe, je vais essayer de vous donner quelques idées plus ou moins originales d'acquisition webcam sur Mars.

Hormis les « continents » martiens, il sera intéressant de réaliser des images des phénomènes météorologiques qui se produisent sur la planète (lever de brume, tempête de sable, ...). Les filtres bleus sont particulièrement utiles pour ce genre de travail.

On pourra également essayer de réaliser une animation de la rotation de la planète. Le problème pour Mars, c'est qu'elle tourne sur elle même en 24,6 heures, ce qui est proche de la vitesse de rotation de la Terre. Ceci implique donc qu'elle nous présentera d'une nuit à l'autre presque toujours la même face mais pas tout à fait, puisque la planète rouge se décalera d'un jour sur l'autre d'environ 9 degrés si vous l'observez à une heure identique. Prendre alors à la webcam la totalité de sa surface est un travail de longue haleine, mais qui peut être intéressant. En plus de cette animation, on peut réaliser un planisphère de la planète comme celui du début du chapitre. Les logiciels tel qu'Iris ou Prism font cela très bien.

Enfin, Mars possède 2 satellites, Phobos et Deimos, respectivement de magnitude 10 et 11 environ, lors de l'opposition. Ils sont hélas assez proches de la planète mais peuvent constituer un bon challenge lors de leur plus longue élongation. Avec une Vesta Pro, et un télescope Schmidt-Cassegrain de 200 mm, il est possible d'atteindre la magnitude 11/12 environ. Pour faciliter leur repérage, aidez-vous du logiciel de simulation des positions des corps du système solaire proposé par la NASA.

f) Conclusion

J'espère vous avoir donné tous les éléments pour bien réussir vos images webcam de cette extraordinaire opposition 2003 de la planète Mars.

Voici pour cela en guise de conclusion, mes derniers conseils : réglez le mieux possible votre instrument (collimation, mise au point, ...), prenez le temps de faire une bonne mise au point, attendez les nuits sans trop de turbulence et enfin, traitez léger. Bonne chance : il en faut toujours un peu !