Comprendre · Technique
Lucky imaging — net à travers l'air qui ondule
La photographie de la Lune et des planètes, c'est le ciel profond aux signes inversés. La lumière est surabondante — la Lune est si brillante que des poses de centièmes de seconde suffisent. L'adversaire, c'est l'air : des kilomètres d'atmosphère ondoyante étalent chaque détail bien avant que l'optique n'atteigne sa limite. La réponse s'appelle lucky imaging — photographier comme un gardien de but : ne pas regarder plus longtemps, mais plus souvent, et ne garder que les meilleurs instants.
Figer l'air
Le seeing — l'agitation atmosphérique qui fait scintiller les étoiles — change au rythme des centièmes de seconde. Une longue pose moyenne toutes ces déformations en une bouillie molle. Une vidéo à temps de pose courts fige au contraire chaque état individuel de l'atmosphère : la plupart des images sont tordues, comprimées, étalées — mais régulièrement l'une d'elles attrape par hasard un instant calme où le télescope a le droit de montrer ce qu'il sait faire. Le logiciel évalue ensuite des milliers d'images, en jette quatre-vingt-dix pour cent et empile le reste — la sélection bat la patience.
Le tremblement comme outil : le drizzle
Pendant l'empilement, il se produit au passage quelque chose de remarquable : aucune image ne touche exactement de la même façon la grille de pixels — le seeing et le suivi déplacent sans cesse l'image de fractions de pixel. Ce qui ressemble à un désagrément est de l'information : l'algorithme de drizzle, mis au point à l'origine pour le télescope spatial Hubble, exploite ces décalages sous-pixel et reconstruit l'image sur une grille plus fine que celle que le capteur fournit réellement.
Quelques points qu'il faut connaître à ce sujet :
- La lentille de Barlow est le réglage d'échelle. Elle allonge la focale d'un facteur fixe — ici une Barlow 2,5× a transformé le newton f/4 en un système f/10. Le but est le bon échantillonnage : le plus petit détail que livre l'optique doit tomber sur environ deux pixels. En règle empirique, on vise un nombre d'ouverture d'environ cinq fois la taille du pixel en micromètres — au-delà, plus de focale ne donne que des images plus sombres, pas plus nettes.
- Les caméras planétaires sont des spécialistes de la vitesse. De petits capteurs à petits pixels, lus à des dizaines voire des centaines d'images par seconde — avec des poses de centièmes de seconde, le refroidissement est inutile. Les panoramas lunaires de 2012 de cette galerie ont été réalisés avec une simple caméra planétaire full HD, dont le petit champ a été promené sur la Lune tuile après tuile.
- La mosaïque est le prix de l'échelle. Quand on représente la Lune aussi grande, chaque vidéo n'en couvre qu'un fragment. Le panorama achevé est un patchwork de tuiles empilées séparément — chacune un résultat de lucky imaging complet en soi, raccordées pour finir dans Photoshop.
- Le diamètre pose la limite dure. Le lucky imaging supprime la limite du seeing, mais pas la diffraction : un télescope de 8 pouces résout au mieux quelque 0,6 seconde d'arc — environ un kilomètre sur la Lune. Les étages de descente d'Apollo restent par principe invisibles pour tout télescope terrestre, aussi bonne que soit la nuit.
- C'est pourquoi, sur la Lune, c'est l'air qui compte, pas la lumière. La meilleure nuit lunaire n'est pas la plus claire, mais la plus calme — un voile de brume ne gêne guère, un courant-jet agité ruine tout. Ce que les prévisions de seeing savent faire est décrit dans l'article sur la nuit.
- Et ce que la Lune montre, c'est la lumière qui en décide. Terminateur ou pleine Lune, relief ou albédo — ce n'est pas une question de technique, mais d'éclairage. Elle revient à l'article sur la Lune.
Sous notre propre ciel
Les deux entrées lunaires de cette galerie sont du pur lucky imaging, construites tuile après tuile à partir de vidéos :
Pour aller plus loin
- Lucky imaging — le procédé en aperçu (Wikipedia).
- Seeing — l'agitation atmosphérique et ses mesures (Wikipedia).
- Lentille de Barlow — l'allongeur de focale (Wikipedia).
- Drizzle — la reconstruction sous-pixel issue de l'atelier Hubble (Wikipedia).
- Pouvoir de résolution — la limite de diffraction qui demeure (Wikipedia).