[Tuto sur heu ...] L'échantillonnage pour les NULS par un NUL

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Djibi
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Message par Djibi » 25 juin 2020, 18:59

Tout est dans le titre, ce post est pour les débutants !!!

Je m'explique : je suis un grand débutant en VA mais aussi sur tout ce qui touche à la capture astro électronique en général, l'astrophoto en particulier.
Je n'y connaissais rien en acquisition, en pré-traitement et en post traitement etc ..

Dans beaucoup de post et dans ce forum, on peut expliquer longuement des notions spécifiques au VA en considérant que les notions "astrophoto" sont plus connus.
C'est normal, le VA est une discipline récente comparée à l'AP.

Dans mes réflexions sur temps de pose / gain optimum en fonction de mes capacités de suivi, je viens de comprendre une notion qui me semble super importante : l'échantillonnage.
L'objectif de ce post est donc d'expliquer ça à ceux qui, comme moi, découvrent le VA et tous ces sujets connexes en même temps.

Allons-y : d'abord c'est quoi ? c'est la portion angulaire du ciel couvert par un pixel.
Une formule : Echantillonnage (en secondes d'arcs) = 206 x taille pixels (en micron) / focale (en mm)
Vous multipliez par le nombre de pixel et vous avez le champ de votre caméra

Premier point important : le champ couvert par un pixel
Pourquoi je comprends que c'est un élément important ? parce cela permet de quantifier le ressenti intuitif que j'ai eu lors de mes dernières sorties : avec SharpCap, j'obtiens 8-9 de FHWM sur mes stacks, et pas avec un temps de pose de 30 secondes hein! , ca fait quand même beaucoup de pixels pour une seule étoile :)
Et pour une fois et une fois de plus @clouzot voyait juste dans mon post sur un benchmark de FHWM : il vaut bien mieux parler d'une FHWM en secondes d'arc et pas en pixels, car l'échantillonage varie beaucoup d'un setup à l'autre et il s'agissait de mesurer / quantifier ce qui peut être obtenu avec une acquisition via Dobson
(certes, je suis débutant mais comme tout le monde est sympa et aidant ici, je me sens à l'aise, je commence à chambrer sans raison, comme ça, gratuitement :whistle: )

Second point important : la qualité du ciel
en pose longue de plusieurs secondes, on se mange les turbulences de l'atmosphère, en France, on considère qu'on peut obtenir une résolution entre 1,5" et 4" (et 1,5", c'est la nuit du siècle pour la plupart d'entre nous)
J'ai vu beaucoup de post qui font intervenir ici le théorème de Shanon-Nyquist pour dire qu'il faut au moins "avoir un échantillonnage 2x par rapport au ciel" c'est à dire en gros de 0,75" à 2"
Cette terminologie me laisse un peu sceptique mais ce n'est pas le sujet aujourd'hui. Gardons cette fourchette en tête car la réalité opérationnelle reste la même.

3eme point : la qualité du suivi
C'est un peu pareil que pour la qualité du ciel, la précision du suivi va limiter la résolution max qu'on peut atteindre.

Application :
j'ai un Newton de 1500mm de focale, avec ma 533 à 3,76microns par pixels, j'obtiens un échantillonage de ~0,5" par pixel
rajoutez à ça un tube de 22-24kg tout habillé sur une monture AltAz, on voit bien que je "sur-échantillonne", je n'ai pas besoin d'avoir des pixels si petits à cette focale. D'ailleur le même m'sieur @clouzot n'a pas hésité un seul instant : en travaillant une de mes captures avec StarTools, il a binné fissa !

en restant à 1500mm de focale, je peux monter à 1" ou 1,5" par pixels : il suffit de binner lors de l'acquisition !
bin=2 , je pense même que je vais essayer bin=3 pour essayer de baisser mon gain unitaire de plus en plus.
Je dois avouer que je suis un peu bourrin avec le gain pour mes débuts, cela se retrouve sur mon bruit mais l'attrait d'un toutjouli signal coloré est fort :mrgreen:

C'est une alternative tout a fait recevable à la réduction de focale quand on ne peut pas la mettre en oeuvre.
Avec bin=2 , j'ai plein d'avantages sur mes captures unitaires qui sont celles de la réduction de focale, sauf le gain en champ bien sûr !
En tout cas, cela va me permettre tout une série de test pour stacker à des gains plus proches du gain unitaire

Bref, en fonction de votre configuration, sans en faire une obsession, il me semble utile d'avoir cette notion en tête ainsi que les ordres de grandeur associés
En tout cas, çe renforce également mon envie autour d'une configuration grand champ (focale entre 400 et 600 mm) avec une monture EQ.
C'est vraiment l'escalade de la violence cette passion: si j'arrive un jour avec un instrument orienté grand champ et photo, je vais prendre de la bonne qualité qui aura un grand champ plan !!! et donc je regarderai les caméras avec des capteurs plus grands ... il va falloir que le fasse ce post sur mes réflexions de set-up 2.0

Allez, je m'arrête là.
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Message par apo » 25 juin 2020, 20:22

intéressant !
Djibi a écrit :
25 juin 2020, 18:59
D'ailleur le même m'sieur @clouzot n'a pas hésité un seul instant (...) il a binné fissa
je comprends qu’on peut binner (je sens que ça va déraper là 😋) à posteriori ?
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Message par clouzot » 25 juin 2020, 20:53

Oui @apo bien sur qu’on peut à posteriori.
Tout dépend en fait de l’usage qu’on veut faire de ses stacks : pure observation ou traitement façon Photomoche. Car certains traitements, en particulier le sharpening façon Startools, aiment bien avoir une image un peu sur-échantillonnée. Sinon le but étant de récupérer le plus de lumière possible et le plus vite possible, il ne faut pas hésiter à binner, ou à sous-échantillonner comme un gros déglingo. C’est ce qui m’a sauvé sur mes prises à l’Evoguide l’autre jour d’ailleurs : mieux vaut ne pas trop zoomer, mais il y a du signal rapidement alors que c’est un instrument pas spécialement rapide et qui plus est utilisé avec un filtre de la mort.

Sinon très bon tuto, je n’aurais pas dit mieux :clap:
(Pour Nyquist, j’avais fait une explication en images je ne sais plus où, je vais la rajouter ici)
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Message par pejive » 25 juin 2020, 21:00

Il y a deux autres points à considérer:
* diamètre de la tache de diffraction (tache d'Airy) qui dépend du diamètre de l'instrument et de la longueur d'onde, et de la focale; idéalement il faudrait qu'elle soit contenue dans un seul pixel
* phénomène de diffusion: pour un échantillonnage donné une étoile brillante occupera toujours beaucoup plus de pixels qu'une étoile faible; çà je ne sais pas comment çà se d&termine...
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Message par clouzot » 25 juin 2020, 22:54

Voilà, je l'ai retouvé, originellement commis sur le forum d'en face.
L'explication était à l'origine pour un C11, ce qui explique que j'y fasse référence à longueur de texte, mais bien évidemment ça marche avec n'importe quel tube, même la lunette Pif Gadget.

Le coup du 2 fois plus de pixels que le détail: voici un mini crobard tout pourri (désolé, sous Excel :mrgreen:) :

Imagine que tu as une étoile double séparée de 0,42 arcsec
image.png
image.png (10.17 Kio) Consulté 116 fois
Imagine aussi que tu as une caméra sur ton C11 et que chaque pixel de la matrice CMOS correspond à 0,21" dans le ciel.
image.png
image.png (30.89 Kio) Consulté 116 fois
Si tu pointes ta caméra sur l'étoile double, pour simplifier, tu auras ce genre de résultat : tous les pixels sombres ou noirs, sauf deux allumés, un par étoile. Tu as bien une image d'une étoile double
image.png
image.png (29.69 Kio) Consulté 116 fois
On change de caméra et on en choisit maintenant une qui offre 0,42" par pixel

Tes étoiles étaient séparées de 0,42" par pixel. Tu pouvais les voir à l'oculaire. Mais la caméra te les montre comme une étoile allongée, adieu la séparation
image.png
image.png (46.44 Kio) Consulté 116 fois
Autre cas, toujours avec la même caméra mais les étoiles sont un peu décalées par rapport aux pixels. Le pixel du milieu est éclairé par la moitié des chaque étoile, ceux à l'extérieur reçoivent la moitié de la lumière d'une étoile
image.png
image.png (34.87 Kio) Consulté 116 fois
Tu n'as toujours pas ta séparation.

Bref, voilà pourquoi il faut le double de pixels par rapport au plus petit détail observable par ton télescope.



Le coup du x2 ou x3 ?

Tu sais que tout télescope va étaler la lumière d'une étoile (qui devrait être ponctuelle, mais les lois de l'optique font qu'on observe un disque, qui de plus s'étale plus ou moins selon la turbulence, la magnitude de l'étoile etc).

Mettons que l'étoile que tu observes est juste assez forte pour que ta caméra la capte. Elle va forcément s'étaler sur plusieurs pixels (optique), tu n'auras jamais 1 étoile = 1 pixel, sauf à jouer du Photoshop.

Tu as fait ta mise au point au quart de poil, ta caméra est super bien réglée, l'étoile est minuscule. Pour simplifier, mettons qu'elle va occuper 0,42" (la même valeur que tu as vue sur le site astronomy.tools)

Si tu as 2 pixels pour 0,42", ça va donner ça (j'ai représenté l'étoile sous forme d'un disque)
image.png
image.png (45.31 Kio) Consulté 116 fois
Et donc chaque pixel va recevoir un quart de la lumière du disque de l'étoile
image.png
image.png (23.55 Kio) Consulté 116 fois
Tu as une image avec des étoiles carrées

Si tu as des pixels 3x plus petits que le disque de l'étoile (qui fait toujours 0,42"), ça donne ça :
image.png
image.png (49.74 Kio) Consulté 116 fois
Et là, l'image de ta caméra sera nettement plus sympa, avec une étoile plus proche d'un cercle que d'un carré. C'est plus joli
image.png
image.png (49.06 Kio) Consulté 116 fois
Voilà pour la règle du x2 ou x3. Le x3 c'est pour le raffinement (esthétique) de l'astrophoto. Le x2 pour ne pas perdre de détails.
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Message par Djibi » 26 juin 2020, 11:56

* Edit *

j'étais parti dans un post long, moyennement intéressant et discutable sur "pouvons évoquer le théorème de Shannon-Nyquist" pour "prouver" le niveau d'échantillonnage nécessaire pour nos caméras en fonction de la résolution recherchée (le fameux x2 à x3)

supprimé, le fond était discutable et la forme beurk

pardon :ave:
Dernière modification par Djibi le 26 juin 2020, 14:30, modifié 2 fois.
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Message par clouzot » 26 juin 2020, 12:45

Mon explication était volontairement « cul du camion » pour éviter de sortir les transformées de Fourier discrètes, mais ça revient au même. Tu as un signal à deux dimensions (ton image) dont l’échantillonnage doit avoir une fréquence double (au moins) de la fréquence (spatiale) que tu veux représenter
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Message par pejive » 26 juin 2020, 13:35

@clouzot c'est bien , mais maintenant qu'est-ce que çà donne avec une matrice de Bayer et des étoiles bleues ou rouges ??? :lol:
@Djibi juste une parenthèse: pour un trou noir la vitesse de libération serait effectivement supérieure à celle de la lumière; mais si la vitesse de libération est supérieure à celle de la lumière çà ne prouve pas que l'on a un trou noir, mais simplement un corps très dense :)
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Message par Petit Astro » 26 juin 2020, 13:48

pejive a écrit :
26 juin 2020, 13:35

@Djibi juste une parenthèse: pour un trou noir la vitesse de libération serait effectivement supérieure à celle de la lumière; mais si la vitesse de libération est supérieure à celle de la lumière çà ne prouve pas que l'on a un trou noir, mais simplement un corps très dense :)
Pour faire une analogie façon cul de camion à la @clouzot : Quand t'es constipé, et que ça veut pas sortir malgré des efforts multiples et variés, c'est que la vitesse de libération n'est pas atteinte, ça ne prouve pas que t'as un trou noir dans le fion :mrgreen: Désolé je sors, bon c'était ça ou je partais sur des formules mathématiques, équation de champ d'Einstein et rayon de Schwarzschild alors soyez contents !
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Message par Djibi » 26 juin 2020, 14:24

j'ai honte de mon post de 11h56
je ne sais pas pourquoi je l'ai écrit, ma reprise de l'astro m'a montré que j'aime beaucoup me replonger dans des sujets à la fois pratique sur l'observation et théorique de compréhension.

Quand je le relis, j'ai l'impression d'être un kéké qui veux se la péter en essayant d'aborder un volet théorique maitrisé à moitié.

Simplement, j'aime bien échanger, apprendre et comprendre à vos côtés, et j'aurai aimé pouvoir boire une bière avec vous et échanger là dessus pour le plaisir de le réfléxion, il est formulé sous une forme "je vous explique" qui m'agace terriblement.

Je le supprime et m'en excuse
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Message par clouzot » 26 juin 2020, 14:36

pejive a écrit :
26 juin 2020, 13:35
@clouzot c'est bien , mais maintenant qu'est-ce que çà donne avec une matrice de Bayer et des étoiles bleues ou rouges ???
Ca ne change rien :mrgreen:
Le dématriçage va créer un pixel de chaque couleur, donc on en revient au même : Fourier 2D, avec la même fréquence d'échantillonnage pour tous.

Par contre ce qui change, c'est le rapport signal/bruit de chaque canal de couleur, puisqu'on a fait le vert avec 2 sous-pixels, et le bleu et le rouge avec seulement un seul pixel.

En fait, à la réflexion, le top serait que j'invente (et que je brevette chez @Lambda ) la prochainement fameuse matrice de Clouzot ®™ : une matrice où tu as un pixel rouge, un vert, un bleu, et un pleine bande pour faire la luminance. Hop, là d'un coup on fait du LRVB sans devoir passer par des process compliqués de synthèse.

(sauf que évidemment je me suis fait mon propre prior art rien qu'en postant ici)
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Message par Djibi » 26 juin 2020, 14:43

Hum .... mais dis moi @clouzot dans ton cas, on ne pourrait mettre que des pixels verts clairs , verts et verts foncés non ?
:mrgreen:
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Message par Petit Astro » 26 juin 2020, 14:51

Y avait pas quoi sucrer ton post, toute interrogation est bonne à poser.

On apprend souvent plus, en voulant donner une explication pertinente via des recherches qui en emmènent d autres comme une arborescence de liens hypertextes, ainsi que les propres questionnement que cela génère à quelqu’un qui s est interrogé sur un sujet quelqu’il soit, qu’en lisant simplement des choses pour soi.

En ce qui concerne l‘astrophysique théorique, pour m’y intéresser depuis presque 35 ans, je dirai qu’il n y a pas de Réponse, mais des réponses possibles, qui certes se basent en partie sur des choses dites fondamentales comme les mathématiques... mais surtout c est une question de sensibilités, feeling ou conviction personnelle, qui font plus appel à un sentiment profond, une sorte de « je pense que c est ça mais je sais pas où ne peut pas l expliquer vraiment », qu a un truc démontrable par a + b.

Les domaines comme la physique quantique qui arrivent forcément lorsque on approche des limites dimensionnelles minuscules aux singularités d’un trou noir est un truc peu orthodoxe, qui défient les lois du bon sens commun et certaines règles de la physiques classiques semblent s effondrer, des paradoxes font leur apparition. Les probalibilités interviennent...

Les grands scientifiques en sont conscients et certains (les plus honnêtes), le reconnaissent volontier, ça fait appel à des notions mathématiques de hautes volées certes mais parfois les sachants qui tentent de les expliquer n y comprennent eux même pas grand chose. D‘autres se planquent derrières des formules à bases de triple intégrale, de matrices de fous, d espaces vectoriels imbuvables et incompréhensibles pour le commun des mortels alors que tous tendent vers sortir une équation simple, avec très peu de paramètres, un max de constante universelles, bref une formule dite élégante c‘est bizarre. Sortir tout un attirail et la boite à outils pour planter un clou !

Il faut rester humble, on ne sait que très peu de choses et le peu que l‘on croit connaître ou prenons souvent pour acquis, sont peut être erronées. Certains avancent des grandeurs comme plus de 90% est fait de matières noires et énergie sombre, ça m‘a toujours fait rigoler ceux qui osent quantifier l’inconnue lorsque de telles valeurs sont en jeu. :? mais faut bien dire un truc, les gens veulent des réponses.

Les outils mathématiques que nous utilisons pour appréhender le monde ne sont que des outils, sont ils réellement les bons ?
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Message par clouzot » 26 juin 2020, 15:33

Tu n’es pas le seul à te poser la question. Malheureusement il arrive souvent que la bonne réponse (du moins, que la réponse qui s’accorde le mieux avec les observations) ne soit pas la plus simple et élégante. L’exemple le plus emblématique étant la mécanique quantique, dont l’inélégance supposée a poussé plusieurs (dont Einstein) à se perdre à la recherche de variables cachées.
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