Avec Starvis 2 à travers la poussière d'étoiles

Une caméra industrielle IDS Low-Light ouvre de nouvelles dimensions à la photographie planétaire.

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Notre système solaire fascine l'humanité depuis des millénaires. La recherche astronomique cherche des réponses aux grandes questions de l'existence humaine. Quelle est l'étendue de l'univers ? Comment est-il apparu ? Partout dans le monde, les astronomes jettent un coup d'œil dans l'espace. Mais il n'y a pas que les télescopes spatiaux géants qui permettent d'obtenir des images spectaculaires. Des télescopes plus petits, équipés de caméras industrielles courantes, permettent également aux astronomes amateurs de voir loin et d'acquérir de nouvelles connaissances. Toutefois, outre un logiciel de caméra polyvalent, la qualité des images dépend également de l'utilisation des bons capteurs. Les caméras dotées d'une sensibilité particulièrement élevée au proche infrarouge sont très demandées. Anthony Wesley, astronome amateur australien, estime que la caméra uEye XCP d'IDS, équipée de capteurs Sony Starvis 2, est un excellent choix pour capturer des images haute résolution de nos planètes voisines telles que Vénus, Mars, Jupiter et Saturne.

L'astrophotographie doit faire face à des défis particuliers à deux niveaux, à la fois techniques et naturels. Cela s'applique en particulier aux images de planètes prises au télescope. D'une part, l'atmosphère terrestre est constamment en mouvement, ce qui crée des turbulences qui entraînent des déformations de la lumière provenant des étoiles ou des planètes. Ce phénomène, appelé « seeing », entraîne un scintillement ou un flou des objets, surtout lors de l'observation avec des télescopes terrestres. Ces flous et déformations dus aux turbulences atmosphériques rendent difficile la capture de clichés détaillés.

D’autre part, l'atmosphère terrestre absorbe et diffuse la lumière bleue visible ou à ondes courtes. En revanche, la lumière proche infrarouge est moins dispersée, ce qui donne des images plus claires et plus nettes. Cela est particulièrement important dans les régions où les conditions de « seeing » sont moins bonnes, en raison de la turbulence de l'air. De plus, la lumière infrarouge traverse mieux les nuages fins et les particules de poussière que la lumière visible.

En utilisant une caméra sensible au proche infrarouge, les astronomes peuvent voir au-delà de ces nuages de poussière interstellaire et détecter des structures qui restent cachées en lumière visible. Cela concerne par exemple les jeunes étoiles et les régions de formation d'étoiles, qui sont généralement entourées de nuages de poussière denses. Mais il en va de même pour l'acquisition d'images de grandes planètes comme Saturne ou Jupiter : plus la caméra est performante en basse lumière, plus les prises de vue sont significatives. À ne pas négliger : Sur Terre, la lumière infrarouge est moins affectée par les sources de lumière artificielle. Cela signifie que les capteurs sensibles au proche infrarouge offrent de meilleures conditions pour l'observation du ciel, même dans les zones où la pollution lumineuse est modérée.






Télescope avec caméra industrielle IDS uEye XCP dans tube oculaire

Application
Les caméras avec une sensibilité NIR particulièrement élevée sont donc particulièrement demandées. Dans ce contexte, l'astronome amateur Anthony Wesley a étudié les performances des caméras IDS de la famille XCP avec des capteurs de la classe Starvis 2 et leur aptitude à la photographie planétaire - avec succès : Le modèle de caméra IDS U3-38C0XCP-M-NO, équipé du capteur monochrome IMX662, fournit d'excellents résultats.

« La caméra IDS est l'élément d'imagerie pour un télescope doté d'une ouverture de 415 millimètres et d'une distance focale de 6000 millimètres », explique-t-il ainsi le fonctionnement de la caméra. « Elle enregistre des segments vidéo d'une à deux minutes de planètes telles que Jupiter et Saturne à une vitesse d'environ 60 images par seconde à travers des filtres interchangeables, à la fois dans la lumière visible et dans l'infrarouge ».

Pour former une unité optique unique qui s'insère dans le tube oculaire du télescope, Anthony Wesley a vissé ensemble la caméra IDS, la roue à filtres et la lentille de Barlow. La lentille de Barlow placée entre l'oculaire et le télescope prolonge la distance focale du télescope et augmente ainsi le grossissement sans qu'un oculaire supplémentaire ne soit nécessaire. « Le socle de la caméra IDS a été modifié pour permettre un montage à faible distance, car je n'ai pas besoin de la distance C/CS standard », explique-t-il au sujet de la structure.



La caméra et la roue à filtres ainsi que la lentille de Barlow forment une unité optique dans le tube oculaire.

Mais avec quelles spécificités la caméra a-t-elle été recommandée ?
« Les capteurs dotés de la technologie Starvis 2 de Sony sont réputés pour leur sensibilité à la lumière allant bien au-delà celle de l'œil humain », explique Jürgen Hejna, chef de produit pour les caméras uEye chez IDS, pour résumer la force de ces capteurs. En choisissant par exemple le modèle U3-38C0XCP Rev.1.2 avec le capteur rolling shutter IMX662 de 2,16 MPixels, on obtient, grâce à la technologie des pixels, une qualité d'image exceptionnelle avec une plage dynamique particulièrement élevée. La caméra USB3 fournit rapidement 88 images par seconde et se montre particulièrement performante dans les applications à faible luminosité, qui nécessitent une haute sensibilité associée à une faible résolution. Le capteur 1/3" minimise en outre les reflets gênants à l'intérieur de la caméra grâce à un « revêtement antireflet ».

Pour Anthony Wesley, la caméra de petite taille présente d'autres avantages : « Compacte et légère, la uEye XCP est bien adaptée aux télescopes amateurs. Les caméras uEye sont abordables et offrent presque toutes les fonctions que les astronomes amateurs souhaitent pour cette application ». Il a également été convaincu par la facilité d'intégration des caméras IDS via le kit de développement logiciel IDS peak. « Je suis le développeur et le superviseur du module de caméra IDS dans le logiciel FireCapture, très apprécié des astronomes amateurs. Le module IDS est écrit en C avec Microsoft Visual Studio et est compilé en une DLL qui peut être facilement chargée dans FireCapture pour permettre l'utilisation des fonctionnalités complètes du logiciel.

Traitement d'images
Les segments vidéo enregistrés à l'aide de FireCapture sont ensuite traités par Autostakkert, un logiciel Windows qui aligne et assemble automatiquement les images du ciel nocturne. « Le logiciel combine et fait la moyenne des images individuelles et corrige le flou et les distorsions causés par l'atmosphère terrestre », décrit Anthony Wesley. Ce flou peut prendre la forme d'un brouillage ou d'un bruit d'image et masquer des détails importants dans les images. En imagerie astronomique, la méthode de déconvolution est donc utilisée pour optimiser la qualité des images prises par les télescopes et pour corriger les images floues ou déformées. Dans ce cas, les logiciels Astra Image et Registax sont utilisés pour la déconvolution et l'accentuation de l'image. L'étape suivante consiste à corriger la rotation observée de l'objet cible pendant la prise de vue. « Par exemple, Jupiter tourne d'un degré toutes les 90 secondes », explique Anthony. Le logiciel Winjupos est utilisé à cet effet. Il permet de superposer, de détourner et d'ajuster des images et des vidéos en différé et de combiner des images rouge/vert/bleu pour former une image en couleur.
 
Le nettoyage final de l'image est effectué avec Gimp. De cette manière, le post-traitement de la vidéo permet de compenser l'effet de flou de l'atmosphère terrestre et de le réduire drastiquement afin d'obtenir une image claire de l'objet cible », résume Anthony à propos du processus final de traitement des images.



Image de la planète Saturne prise au télescope (avec filtre couleur de la série Astrodon I)

Logiciel
Mais pour garantir tout cela, il faut une interaction parfaite entre le matériel et les logiciels. L'intégration facile des caméras IDS se fait via le kit de développement logiciel (SDK) IDS peak. « IDS peak est parfaitement adapté à notre matériel, ce qui permet aux utilisateurs de tirer le meilleur parti de nos caméras. Il comprend des interfaces de programmation et des outils logiciels qui garantissent une expérience de programmation intuitive, une mise en service rapide et simple et des possibilités d'utilisation polyvalentes », souligne Damian Wang, Area Sales Manager chez IDS. Cela permet d'utiliser les fonctionnalités étendues du logiciel FireCapture, spécialement développé pour l'astrophotographie. « Avec les modèles de caméras uEye XCP, nous proposons non seulement des nouveautés dans notre portefeuille, mais nous faisons à nouveau partie des pionniers sur le marché des caméras industrielles. La dernière technologie de capteur utilisée dans ces caméras garantit des fréquences d'images élevées, une qualité d'image remarquable et impressionne par sa haute sensibilité dans le domaine infrarouge, même dans des situations de faible luminosité telles que la photographie planétaire. Avec les composants utilisés ici, les astronomes professionnels mais aussi amateurs sont en mesure de prendre des images d'objets célestes avec une résolution particulièrement élevée », confirme Jürgen Hejna.

Anthony Wesley observe attentivement les planètes et le marché des caméras depuis plus de vingt ans. "La technologie des caméras et des capteurs a fait un pas en avant évolutif, tant en termes de sensibilité NIR que de réduction du bruit. La technologie des uEye XCP combinée aux capteurs Sony Starvis 2 est sans aucun doute l'une des meilleures actuellement disponibles", constate-t-il.

Perspectives
« Les caméras basées sur les capteurs Sony Starvis 2 seront très appréciées des astronomes amateurs de la communauté de l'imagerie planétaire en raison de leur haute sensibilité, de leur grande profondeur de champ et de leur faible niveau de bruit »,
Anthony Wesley en est convaincu.

En particulier dans le domaine du proche infrarouge, entre 700 nm et 1000 nm, dans lequel des travaux très intéressants peuvent être menés pour faire avancer notre compréhension des autres planètes de notre système solaire ». Mais le champ d'application des caméras ne s'étend pas seulement à l'espace. « De nombreuses techniques utilisées peuvent être appliquées à d'autres domaines présentant des défis similaires, par exemple la photographie sous-marine dans des environnements faiblement éclairés », recommande l'Australien.

Caméra
uEye XCP - La plus petite caméra en boîtier du marché avec monture C


Modèle utilisé : U3-38C0XCP-M-NO
Famille de caméras : uEye XCP

Client


Anthony Wesley - en arrière-plan, Mars

Anthony Wesley est un astronome amateur australien spécialisé dans la vidéo-astronomie et l'imagerie en faible luminosité des planètes du système solaire. Il a élargi le champ d’action de FireCapture, un logiciel spécial pour la capture d'images et de vidéos d'objets astronomiques, afin d'inclure la prise en charge de caméras de différents fabricants. Les caméras uEye+ XCP équipées des capteurs Sony Starvis 2 ont plus que jamais convaincu Anthony Wesley.

Droits d'image : Anthony Wesley

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