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Temps d'exposition suggérés
aa     Voici des suggestions de temps d'exposition pour les deux catégories suivantes d'images astronomiques :
  • La photographie des objets du ciel profond
  • La photographie des planètes
La photographie des objets du ciel profond

Pour le débutant en astrophotographie du ciel profond, une des difficultés est de déterminer le temps d'exposition pour chaque objet. De plus, en imagerie CCD,  il est possible d'assembler plusieurs images d'un même objet pour former une seule image. On appelle cette technique compositage. Une seule image d'une heure d'exposition demande une plus grande précision de suivi de la monture que prendre 12 images de 5 minutes et de les assembler. Le temps d'exposition sera le même et les résultats seront un peut différent.  L'image unique de 60 minutes montrera plus de détails (de profondeur) de l'objet offrant ainsi un plus grand écart entre le signal et le bruit (S/B). L'image composite, avec un temps d'exposition plus court par photo, aura un plus faible écart S/B. Par contre, en combinant plusieurs images, le bruit sera diminué. L'image composite (plusieurs images de 5 minutes) sera alors moins bruitée qu'une seule image de 5 minutes. En comparant l'image composite avec l'image unique de 60 minutes, l'image assemblée fournira un peut moins de détails (de profondeur) sur l'objet. Par contre les détails révélés (résolus) seront plus riches.  L'image composite sera plus plaisante à regarder car le bruit (le grain) sera peut apparent.

Pour bien comprendre ces 2 concepts, je vais les détailler :

L'image unique

Une bonne nouvelle en imagerie numérique, le signal augmente de façon proportionnelle (ou linéaire) par rapport à l'augmentation du temps d'exposition. Ce n'est pas le cas pour le bruit. Il augmente de la racine carré de l'augmentation du signal ou du temps d'exposition. La majoration du temps de pose par photo favorisera donc l'augmentation du signal au détriment du bruit. Il fournira un meilleur rapport S/B (ou un plus grand écart entre le signal et le bruit). En augmentant le temps d'exposition, on révèlera donc plus de détails sur l'objet photographié. Par exemple on verra plus de détails sur les bras d'une galaxie.

Il est à noter que pour l'imagerie avec une pellicule argentique, le signal n'augmente pas de façon linéaire comme la photo numérique. La raison est que la pellicule argentique perd de sa sensibilité avec un plus long temps d'exposition. Plus le temps d'exposition augmente, plus la sensibilité de la pellicule diminue. Cette perte de sensibilité varie selon le type de pellicule utilisé et sa sensibilité (ISO). Il n'existe donc pas de formule précise pour expliquer cette diminution de sensibilité. Mais elle existe toujours. L'utilisation d'une caméra numérique est donc mieux appropriée pour la photographie du ciel profond.

Le compositage de plusieurs images

Plus on assemble d'images, plus le bruit diminue. On peut comparer la technique de compositage à la pluie qui tombe sur le sol. Une seule photo représente une petite portion de l'averse, le sol est partiellement trempé, il reste des endroits secs. Même avec un long temps d'exposition, c'est comme si la pluie tombait toujours au même endroit sans couvrir complètement le sol. Avec la technique de compositage, on couvre une plus grande surface trempée. À chaque image acquise, les gouttelettes d'eau se déposent dans des endroits différents sur le sol permettant de capter un sol complètement trempé. Le résultat sera une image plus riche et moins bruitée. Ce phénomène est expliqué scientifiquement par la physique quantique (pour chaque image acquise, les photons de lumière apparaissent dans des endroits différents).

Il existe une formule précise pour expliquer cette diminution de bruit :

% bruit restant = 1 / √ nombre d'images

En plus de bénéficier d'une diminution importante du bruit, le compositage de plusieurs images permet d'augmenter aussi le rapport S/B. Cette augmentation s'exprime par la formule suivante :

Augmentation du rapport S/B = √ nombre d'images

En se basant sur ces deux formules, voici un tableau qui démontre l'effet du compositage sur le bruit par rapport à une seule image :

Compositage - tableau

En assemblant seulement 4 images, on réduit le bruit de 50% et on double le rapport S/B. Avec 10 images, le bruit est réduit de 68,4% (100 - 31,6) et le rapport S/B est augmenté de plus de 3 fois (3,16). Avec 20 images, le bruit est réduit de 77,6%.  L'écart est de seulement 9,2% de réduction de bruit entre 10 et 20 images et l'augmentation du S/B est de 1,31 foi (4,47-3,16). Donc, le tableau démontre qu'après le compositage de 10 images, les bénéfices sont moindres que les 10 premières images. Considérant qu'une image peut représenter plus de 15 Mo en haute résolution pour le ciel profond, et que le temps d'exposition est multiplié par deux, il faut juger si ça vaut vraiment la peine de prendre plus de 10 images ? 

Pour maximiser les avantages des 2 techniques d'acquisition (le temps d'exposition et le compositage), on peut retenir les règles suivantes pour la photographie des objets du ciel profond :
  • Exposer le plus longtemps possible pour chaque photo individuelle. Le temps d'exposition maximum sera déterminé par la qualité de suivi  de la monture, de la précision de l'autoguidage et de la pollution lumineuse. Un temps d'exposition plus long fournira plus de détails à l'objet (plus de profondeur) et sera moins bruité qu'une exposition plus courte car le signal / bruit sera plus élevé (écart entre le signal et le bruit plus grand).
  • Prendre au minimum 10 images individuelles (diminution du bruit de 68,4% et augmentation du rapport S/B de 3,16 fois) ayant le même temps d'exposition de l'objet et les assemblées. Le compositage des images permettra de diminuer encore plus le bruit de fonds et d'augmenter ainsi la richesse des détails révélés.

Voici un exemple illustrant les avantages du compositage de plusieurs images :

Compositage

L'image de gauche représente une exposition de seulement deux minutes de la galaxie M101.  L'image de droite est le compositage de plusieurs images de 2 minutes. On voit très bien le grain (bruit de fond) sur l'image de gauche. Avec la technique de compositage, le grain est beaucoup moins important sur l'image de droite. On peut aussi constater la richesse des détails révélés par rapport à une seule image.  L'image de droite est plus plaisante à regarder (référence : The New CCD Astronomy page 110).

Temps d'exposition minimum pour la photographie des objets du ciel profond

Comme  on l'a vu précédemment, pour les images du ciel profond, la règle du temps d'exposition à adopter est : exposer le plus longtemps possible. Par contre, lorsqu'on a un équipement de base, avec une monture qui a un écart périodique important, on peut se demander : quel est le temps d'exposition minimum par photo nécessaire pour révéler suffisamment de détails sur l'objet à photographier ?

Pour diminuer le bruit de fond et augmenter la richesse des détails révélés avec ces temps d'exposition minimums suggérés, dans le tableau ci-après, prendre 20 photos composites (diminution du bruit de de 77,6%) et plus pour diminuer au mieux le bruit de fond. Il faut considérer qu'un temps d'exposition de moins d'une minute fournira une image individuelle très bruitée pour le ciel profond car l'écart entre le signal et le bruit (S/B) sera très faible.  Voici les temps d'exposition de départ (minimum) avec une focale f/3,3 sans autoguidage. On peut réaliser ces temps d'exposition, sans autoguidage, avec la majorité des montures motorisées. Si vous utilisez un appareil photo numérique (APN) au lieu d'une caméra CCD, utilisez la sensibilité 1600 ISO.

Objet Temps expo. Nombre Temps expo.
    /photo (sec) d'images Totale (min.)
Amas ouverts et amas       
globulaires 30 20 10
         
Galaxies 30 50 25
       
Nébuleuses   30 50 25
         

Pour convertir le temps d'exposition par photo pour d'autres focales, utilisez le tableau suivant :
Autres Conversion
Focales Temps expo.
   
f/2,5 /1,7
   
f/5 x2,3
   
f/6,3 x3,6
   
f/7 x4,5
   
f/10 x9
   

Lorsque que le temps d'exposition dépasse 60 secondes par photo, il faudra probablement envisager un autoguidage du télescope. Seules les montures de grande précision peuvent dépasser un temps d'exposition de 60 secondes sans autoguidage.  Donc, comme on peut le constater, pour un équipement de base, favoriser un télescope ou lunette avec une ouverture focale de f/5 et plus (i.e. une ouverture focale plus grande = chiffre plus petit f/5, f/4, f/3,3 ...). Aussi, pour faciliter le suivi de l'objet, choisir un télescope d'une longueur focale de 1 000 mm et moins. Si votre télescope à une longueur focale de plus de 1 000 mm, vous pouvez utiliser un réducteur de focale pour le ramener en deçà de 1 000 mm.

Voici une astuce pour diminuer le temps d'exposition par photo, si celui-ci dépasse 60 secondes; utilisez le mode Bin 2x2. Il permet d'acquérir 4 fois plus de lumière que le Bin 1x1. On divisera alors le temps d'exposition par 4. Voici un exemple : le temps d'exposition minimum correspondant à f/6,3 est de 108 secondes (30'' x 3,6). En utilisant le mode Bin 2x2, il sera de 27 secondes (108'' / 4). La plupart des caméras CCD offrent le mode Bin 2x2. Préférer une matrice au champ large pour conserver une image de grande dimension, telle que la populaire matrice Kodak KAF-8300 offerte par plusieurs fabricants de caméras CCD.

Avec ces temps d'exposition minimum, on pourra photographier tous les objets Messiers ainsi qu'un grand nombre d'objets du catalogue NGC. Pour ce dernier, choisir des objets d'une magnitude de 9 et moins.

La photographie des planètes

Pour les planètes, il faut tenir compte de la turbulence de l'air. Comme ces objets sont très lumineux, le temps d'exposition sera très court.  Pour amoindrir la perte de détails dû à la turbulence de l'air, on prendra plusieurs images de la planète et on fera un assemblage des meilleures images qui présentent le plus de détails. En effet la turbulence de l'air n'est pas constante. Lorsqu'on regarde visuellement une planète à l'oculaire, elle devient plus nette par moment. Ce sont ces périodes que l'on veut capter en prenant plusieurs photos de la planète.  Avec la technique de compositage, les détails révélés seront plus riches (et moins bruités) qu'une seule bonne photo acquise dans un moment ou la turbulence est faible. C'est l'avantage de la technique de compositage par rapport à la photo unique.

Voici les temps d'exposition de départ suggéré pour les planètes (avec un minimum suggéré d'images) :

Objet   Ouverture focale et temps d'exposition
Planètes    Focale f/10 : De 0,005 à 0,010 seconde. Prendre les 200 meilleures photos et plus sur 1 500.
   
  Focale f/20 : De 0,020 à 0,040 seconde. Prendre les 200 meilleures photos et plus sur 1 500.
  (Barlow 2x)
   
Lune   Utiliser un filtre polarisant et un temps d'exposition le plus court possible. Prendre les 100
meilleures photos et plus sur 800.
               

Avec ces temps d'exposition de départ, il faut éviter de surexposer la planète. Préférer une image légèrement plus sombre, pour être certain de ne pas avoir des régions trop claires ou surexposées.

Temps limite avant la rotation des planètes

Lors de la photographie des planètes, il y a une durée maximum à respecter. C'est le temps limite avant la rotation de la planète. On utilise la formule suivante pour le déterminer :

Temps limite en secondes = (3600 x S x R) / (3,1416 x D)

S = Résolution du télescope en secondes d'arc / 2
R = Période de rotation de la planète en heures
D = Diamètre apparent de la planète au moment de l'observation en seconde d’arc

Voici un exemple :

La résolution du télescope Edge HD 800 est de 0,59'' d'arc. S est donc égal à 0,295
La période de rotation de la planète Jupiter est de 9,83 heures
Le diamètre apparent de la planète au moment de l'observation est de 46,8'' d'arc (la planète étant en opposition)

Temps limite = (3600 x 0,295 x 9,83) / (3,1416 x 46,8)
Le temps limite est donc 71 secondes ou 1,18 minute

Pour une fréquence d'image de 30 images / seconde, on pourra donc prendre un maximum de 2 130 images (30 x 71). Voilà donc toute l'importance qu'il faut accorder à la rotation de la planète.

Voici les périodes de rotation des planètes présentant des détails de surface qui demandent de calculer un temps limite :

Mars : 24,61 h
Jupiter : 9,83 h

Pour la planète Saturne, sa rotation est de 10,23 h. Comme il n'y a pas de détails de surface, on pourra dépasser un peu le temps limite selon la formule ci-haut.

Pour les planètes Saturne, Mars et Jupiter, favoriser les périodes d'opposition c.-à-d. les périodes où elles sont plus près de la terre.

Période de rotation de la Lune : 655 h (27,3 jours, période de révolution autour de la Terre)

Pour la Lune, il n'y a pas de temps limite, car c'est toujours la même surface qui fait face à la Terre. Pour faire ressortir les détails, prendre la photo près du terminateur (partie entre l'ombre et la lumière lors du premier et dernier cartier de la Lune).

Recommandations pour la photographie des planètes

Il est recommandé d'utiliser une caméra spécialisée pour le planétaire. Ces caméras permettent de produire un film de type avi la plupart du temps. Préférer les caméras avec une fréquence d'au moins 30 images par seconde. Pour le débutant et la simplicité d'utilisation, il est aussi suggéré d'utiliser une caméra couleur au lieu d'une caméra monochrome avec filtres couleurs RVB, car le défi en imagerie des planètes est de produire un maximum d'images avant la rotation de la planète. En effet, l'utilisation de filtres couleurs avec roue à filtres obligent de produire une série d'images pour chacun des filtres rouge, vert et bleu, diminuant ainsi par trois le nombre d'images maximum par filtre avant la rotation de la planète (il faut aussi tenir compte du temps consacré à la rotation de la roue à filtre).




Révisé le 9 mars 2017



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