Ce message est également disponible en : Anglais

J’entame une série d’articles consacrée à cette petite bombe pour l’imagerie planétaire qu’est l’ASI224MC de la marque ZWO. Elle est très différente de la PLA-Mx que j’utilisais jusqu’à présent, notamment car sa taille de photosite est différente… Commençons par le commencement : le réglage de l’échantillonnage !

asi224mc

La belle ASI224MC en photo. A droite, ma bonne vieille PLA-Mx…

L’ASI224MC est LA caméra planétaire du moment. Il s’agit d’un petit évènement car c’est sans doute la première fois depuis la vénérable webcam ToUcam Pro du début de la décennie 2000 qu’une caméra couleur est identifiée comme l’outil le plus performant pour l’imagerie planétaire ! Son arrivée dans mon équipement est l’occasion de reparler d’une notion fondamentale en photographie astronomique : l’échantillonnage. J’ai déjà consacré un article sur mon blog à cette notion : à quoi sert l’échantillonnage ? 

L’utilisation de l’ASI224MC posait un problème de taille à mon télescope. En effet, j’utilise depuis quelques années un télescope de Gregory de 250 mm doté d’une très longue focale au foyer primaire : 8 mètres ! Cette caractéristique permet de se passer complètement d’une lentille de barlow pour faire de la haute résolution, mais faute de pouvoir varier, elle pose la question de l’adaptation d’une caméra via sa taille de photosite (l’équivalent du pixel pour une image), sur le capteur). Si je reprends les choses depuis le début, avec mon télescope l’échantillonnage se présente comme suit :

Echantillonnage minimal théorique : 0,24″(secondes d’arc) par photosite, soit deux photosites pour le pouvoir séparateur théorique de 0,48″pour un 250.

Echantillonnage maximal théorique : 0,16″/photosite soit trois photosites pour le pouvoir séparateur. Cette valeur est souvent celle retenue en pratique par les photographes, car elle maximise la capacité du capteur à détecter les plus faibles variations de contraste, ce qui permet d’expliquer pourquoi on peut effectivement enregistrer sur les images des détails plus petits que le pouvoir séparateur théorique (pour ceux qui ont le livre Astronomie planétaire, tout ça est décrit en détail dans le chapitre 4).

En pratique, avec mes 8 mètres de focale au foyer, la PLA-Mx et ses photosites de 5,6 microns dépasse légèrement cette valeur théorique maximale puisque l’échantillonnage est de 0,14″/photosite. Cette valeur rend les réglages de la caméra et la mise au point un peu subtiles à réaliser et demande une utilisation intensive des techniques de dérotation WinJupos, néanmoins les performances sont au rendez-vous. Par contre, je ne peux pas faire varier la focale comme on le fait habituellement en changeant de Barlow. Or, le problème avec l’ASI224MC, c’est que ses photosites de seulement 3,75 microns de côté demandent une focale plus courte que la PLA-Mx. Concrètement, au foyer du Gregory, l’échantillonnage atteint maintenant une valeur énorme de 0,09″/pixel soit carrément 5 photosites pour le pouvoir séparateur !

Devant le risque de suréchantillonnage massif, j’ai décidé de tester une fonctionnalité bien connue des caméras qui est le binning. Le binning regroupe (par traitement électronique) les photosites du capteur par groupe (par exemple, 2×2 photosites en binning deux fois), ce qui donne alors l’équivalent d’une image deux fois plus petite, mais aussi quatre fois plus lumineuse. Utilisée en bin 2 avec mon 250, l’échantillonnage revient à 0,18″/photosite ou 2,7 photosites pour le pouvoir séparateur, une valeur en théorie complètement adaptée.

Mais pour en avoir le coeur net, j’ai fait des comparaisons entre le bin 1 et le bin 2, et voici les résultats concrets après plusieurs nuits d’utilisation ! Il est à noter toutefois qu’à ce stade, je ne sais pas si le binning 2x serait bien l’équivalent d’une focale deux fois plus courte. Je ne peux pas faire de commentaire là-dessus pour le moment. 

Utilisation de la caméra en imagerie couleur

ASI224_bin_RGBVoici, à gauche, une comparaison entre une image de Jupiter prise le 1er avril (sans présence de vertébré aquatique) en binning 1, et une autre prise juste avant en binning 2. Pour faciliter la visualisation, les deux images ont été cartographiées dans WinJupos avec utilisation de l’AB-correction qui permet d’effacer le gradient de luminosité du disque.

Bien entendu, les variations de conditions peuvent expliquer les différences en théorie, mais je précise que j’ai constaté ce résultat sur plusieurs nuits :).

Pour moi, le constat est sans appel, la résolution est nettement meilleure en binning 1 qu’en binning 2, où en dépit des calculs théoriques, j’aurais donc bien une perte de résolution.

A moins que cette perte soit due au processus de binning, l’explication pourrait être qu’effectivement, comme il est souvent dit, à cause de la présence de la matrice de Bayer, une caméra couleur demande une focale plus longue qu’une caméra noir et blanc. L’idée a, cependant, été combattue par l’observateur américain Dan Llewellyn dans un récent article de Sky & Telescope : Redeeming Color Planetary Cameras

Utilisation de la caméra dans le proche infrarouge

ASI224_bin_IRL’ASI224MC, en dépit d’être une caméra couleur, est réputée pour être également très performante dans le proche IR, une longueur d’onde très intéressante en imagerie planétaire. J’ai également fait des tests dans cette bande, avec des résultats légèrement différents. Il est à noter que les conditions d’échantillonnage changent : en effet, le pouvoir séparateur d’un télescope est inférieur en infrarouge. Si le PS théorique avec un 250 est de 0,48″ dans le vert, il n’est plus que de 0,61″ à 700 nanomètres au début du proche IR. Autrement dit, la focale utile en infrarouge est plus courte que dans le visible. Dans ces conditions, est-ce que le binning 2x se rapproche de la pleine résolution ?

La comparaison, cette fois, est un peu moins claire. Il s’agit ici de deux prises de vue avec le Baader IR 685 du 12 mars 2016. Le résultat semble équivalent ou peu s’en faut au centre du disque. Par contre, l’hémisphère nord est sensiblement moins bon en binning 2x. Il se peut qu’ici la variation de la turbulence soit venue troubler le résultat, ou tout autre élément non voulu.

En introduisant la notion de pouvoir séparateur différent selon la longueur d’onde, on peut toutefois écarter, a priori, l’idée que le processus de binning est responsable de la perte de résolution en RVB ; dans le cas contraire, le phénomène se verrait également en IR.

En conclusion provisoire…

L’ASI224MC semble demander une focale très longue pour donner sa pleine mesure. Il me semble que la recherche d’un échantillonnage de 3 pixels pour le pouvoir séparateur est cette fois un minimum, et non un maximum. Heureusement, la très grande sensibilité de la caméra nous facilite la tâche : en dépit de l’énorme suréchantillonnage, la caméra sur Jupiter reste capable d’atteindre chez moi une cadence de 100 images par seconde, soit près de la cadence maximale théorique de 130 ips.

[Edit de mai 2016] Il apparaît qu’avec un capteur couleur, qui plus est un CMOS, le binning n’est pas un vrai binning. Pour plusieurs raisons techniques, le binning 2x serait plutôt l’équivalent d’un binning 4x. Ce qui permet d’expliquer la perte de résolution en binning 2x. Par contre, en infrarouge, tous les photosites étant bien sensibles, le binning 2x fonctionnerait correctement. Cette explication est cohérente avec les résultats ci-dessus. Par contre, impossible d’affirmer, du coup, que cette caméra demande effectivement une focale plus longue qu’avec un capteur noir et blanc.