- Le dessin
- Le premier à avoir regardé un astre dans un instrument a aussi été le premier à dessiner ce qu'il voyait, tant la vision est furtive.
Les croquis de Galilée ont très vite été affinés jusqu'à de véritables cartes de la Lune ou du ciel.
Croquis de Galilée et carte de la Lune du XVII ème siècle
Même les astronautes d'Apollo ont eu besoin de cartes papier pour aller sur la Lune. Mais elles ont été réalisées à l'aide de photographies prises par la sonde Lunar Orbiter.
Comme je ne dessine pas très bien, a fortiori dans le noir, je me suis tourné vers la photographie...
- L'argentique
- Quasiment depuis le début de son invention, la photographie a
été utilisée en astronomie pour saisir ce que l'œil ne captait pas forcément ou du moins furtivement.
Les supports photographiques ont évolué durant des décennies, lentement mais sûrement, pour gagner en
sensibilité, en fidélité et en finesse de grain. La base de données des images planétaires,
élaborée par l'observatoire de Meudon, regroupe ainsi des clichés planétaires réalisés entre 1890 et
1977 et qui montrent, pour une planète donnée, la lente progression de cette technique et des films sensibles.
Pic du Midi, 09/1909 - Mont Wilson, 09/1956, télescope 250cm - Pic du Midi, 08/1971, télescope 106cm
L'argentique est donc fortement déconseillé en planétaire, même si Lunar Orbiter photographiait, développait des tirages, les scannait et les transmettait en 1967 à la Terre pour faire des cartes papier...
Cliché de Lunar orbiter 1967
Pour l'imagerie du ciel profond, et pour les nébuleuses en particulier, l'argentique offre, selon les marques, une bonne sensibilité sur le proche infra-rouge et sur la raie de l'hydrogène. L'argentique est resté longtemps, à peu de frais, un bon moyen de s'initier au ciel profond, notamment sur des champs larges.
- Le numérique
- L'introduction des techniques électroniques puis numériques va en
quelques années permettre de tirer pleinement profit des instruments. Un instrument de 20cm va alors fournir tout son potentiel
et surpasser un instrument d'un mètre de diamètre limité par l'argentique et la turbulence !
image numérique produite avec un télescope de 18cm de diamètre
La comparaison est encore plus parlante sur les deux images suivantes, de la même scène, prises avec la même optique (Meade ETX90), l'une avec une diapositive 100asa, l'autre avec une caméra CCD noir et blanc (DMK21).
image argentique et numérique produite avec un télescope de 9cm de diamètre
Le "principe" consiste à "remplacer" le film argentique par une surface sensible qui transforme la lumière en charge électrique... Un capteur est donc un circuit électronique fait de multiples petites cellules photo-électriques ordonnées en lignes et colonnes.
représentation d'un photosite d'un capteur N&B
Le capteur ne produit qu'une image "électronique" en noir et blanc (le niveau de gris est proportionnel à la lumière reçue par le pixel, puis convertie en valeur numérique binaire codée sur 8 à 14 bits selon la sophistication du capteur).
Pour obtenir un capteur couleur, on exploite le système tri-chromique de l'œil pour ne s'intéresser qu'aux trois couleurs perçues par les photo-récepteurs de l'œil : le rouge, le vert et le bleu. Pour cela, il est positionné un filtre tri-chrome qui affectera une seule de ces trois couleurs à chaque cellule. Afin d'augmenter la quantité de lumière captée par la cellule, des micro-lentilles coiffent l'ensemble.
représentation d'un capteur couleur
Le capteur ne produit toujours qu'une image "électronique" en noir et blanc, mais chaque pixel ne code qu'une seule des trois couleurs primaires nécessaires à la perception des couleurs par l'œil (synthèse additive). En fait, il y a deux pixels vert pour un rouge et un bleu, ce qui donne cette apparence verdâre au résultat.
Un traitement supplémentaire consiste à produire une image dans chacune des trois couleurs primaires en interpolant les pixels manquants puis en recombinant les trois composantes pour recréer les bonnes teintes...
les trois composantes de l'image couleur
Tous ces traitements se font extrêmement rapidement, et l'image couleur est gardée en mémoire comme un simple ensemble de nombres (trois nombres par pixel : un pour chaque valeur rouge, vert et bleu). C'est ce qu'on désigne par codage RVB des images (RGB en anglais).
Mais les mathématiques permettent de regarder ces trois composantes comme celles d'un vecteur. Et il existe alors une autre manière de regarder ce vecteur, en utilisant les coordonnées "polaires" ( orientation, inclinaison et longueur). On peut ainsi définir trois grandeurs de couleur qui sont : la teinte, la saturation (définissant à elles deux la chrominance) et la luminance (TSL).
Teinte, Saturation, Luminance, original
La perception des couleurs par le cerveau semble d'ailleurs utiliser ce codage... et il est très simple de passer d'un codage RVB à un codage TSL. La luminance représente la quantité de lumière indépendamment de sa couleur, alors que la chrominance porte l'information de couleur indépendamment de l'intensité lumineuse.
Ces transformations permettent de jongler facilement d'une image à une autre et d'échanger la luminance de l'une avec celle de l'autre par exemple :
permutation de la luminance de deux images
L'œil est en particulier très sensible à la netteté des images de luminance et s'accomode très bien d'une chrominance floue. Cela permet de mélanger une image parfaitement nette en noir et blanc (luminance) avec une image floue de la même scène en couleur (chrominance) pour reconstituer une image nette en couleur !
+
=
luminance nette ajoutée à une chrominance floue
Les capteurs "couleur" faisant intervenir des interpolations pour complèter les pixels manquant sur chacune des trois composantes R, V et B, leur netteté est moindre que celles des capteurs noir et blanc, où tous les pixels contribuent à former l'image finale. De plus, une image noir et blanc transporte trois fois moins d'information qu'une image couleur : un capteur couleur sera donc plus lent et ne permettra pas une aussi grande cadence de prise de vue qu'un capteur N&B. Or une cadence élevée est un avantage en imagerie planètaire, pour lutter contre la turbulence. De plus, un capteur couleur est moins sensible (filtre RVB+micro lentilles...) et on ne peut pas imager dans une bande spectrale particulière (ultra violet par exemple). En imagerie astronomique, les capteurs N&B présentent donc beaucoup d'avantages sur les capteurs couleurs.