Traitement des images du ciel profond

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ISIS dispose de fonctions pouvant être utilisées pour le traitement efficaces des images du ciel profond. Voici comment les utiliser sur un exemple concret : un jeu de 9 images du champ de la nébuleuse IC443 (dans la constellation des Gémaux), pris avec une caméra lunette FSQ-85ED équipée d'une caméra QSI-583. Les images ont été acquises dans des conditions urbaines au travers d'un filtre Halpha Astrodom de 5 nm de bande passante. Le temps de pose est de 600 secondes pour chaque image.

Voici l'une des images brutes de cette séquence :

Dans l'exemple, les images brutes sont sauvegardées dans le répertoire C:\QSI_IMG5 et sont nommées IC433-1.FIT, IC433-2.FIT, ..., IC533-9.FIT.

Penser d'abord à bien définir le dossier de travail, celui-là même qui contient les images à traiter :

L'essentiel des opérations pour le traitement ce déroule depuis l'onglet "Traitement images 2" accessible depuis l'onglet principal "Outil" :

Nous faisons tout d'abord le prétraitement classique des images individuelles : soustraction de la carte maître du ciel d'offset, soustraction du "dark" (carte du signal thermique), division par le flat-field (harmonisation du gain de tous les pixels), corrections cosmétiques éventuelles :

La carte maître du signal d'offset est ici un fichier nommé OFFSET_25.FIT dans le répertoire de travail - c'est un exemple (le nom indique que la température du capteur est de -25°C durant l'acquisition).

La carte du signal thermique est nommée DARK600_25 (une image représentative d'un cliché pris en 600 secondes à -25°C). Tout comme le paramètre OFFSET, l'image DARK est optionnelle. Si vous ne disposez par de ces images maîtres, laisser les champs correspondants sans rien écrire dedans.

De même le remplissage du champ flat-field est lui optionnel (mais recommandé). Il s'agit de la carte des gains relative de chaque pixel. En l'espèce le flat-field a été réalisé avec un écran diffusant placé à l'avant de le lunette et avec le filtre Halpha en place (d'où le nom adopté ; "flat_ha".

On indique un éventuel fichier cosmétique (donc encore optionnel).

Pour finir, donner le nombre d'images (9) et le nom que vous souhaitez donner à la séquence d'images prétraitées. Ici, une séquence i-1.fit, i-2.fit, i-3.fit, ... (noter le nom générique de sortie "i-").

Cliquez sur OK pour réaliser le prétraitement.

Au passage voici comment réaliser les images maîtres d'offset, de dark et de flat-field sous ISIS, ce qui est un préalable à tout le reste. Ouvrir l'onglet "Images maîtres" :

Dans l'ordre, calculez l'image maître d'offset (dans l'exemple on utilise une séquence d'images faites dans l'obscurité en pose courte nommée o_25-1, o_25-2, ..., o_25-19), l'image de dark (notez l'usage de l'image d'offset calculée à l'étape précédente), le fichier cosmétique (on tabule les points chauds qui ont un niveau d'obscurité supérieur à 200 pas codeur dans cet exemple) et enfin l'image flat-field.

Il est important de relever que ISIS n'a besoin d'exploiter qu'une une seule image maître du signal d'obscurité, ici nommé dark600_25. C'est une image correspondant à un temps de pose long si possible (ici 600 secondes). Si vous devez traiter une séquence du ciel profond acquise avec des poses de 300 secondes, dans l'exemple, ISIS multiplie automatiquement l'image dark600_25 par 0,5 pour l'adapter. L'opération est transparente et cela simplifie beaucoup le travail de l'utilisateur.

Affichez maintenant la première image de la séquence prétraitée (ici j-1) depuis l'onglet "Affichage image" :

Faites un double-click avec le bouton gauche de la souris sur une étoile isolée et pas trop brillante. Dans l'exemple, les coordonnées de l'étoile en pixels retournées sont X = 2016, et Y = 1233 (pas besoin d'être au pixel près).

Revenir à l'onglet "Outils" puis "Traitement images 2". On note que les champs X et Y de l'outil de Registration sont automatiquement remplie (recentrage des spectres en  utilisant l'étoile sélectionnée) :

En entre le nom générique des images prétraitées "i-" et on décide un nom générique pour les images recentrées (ici "j-"). Prendre une taille zone de recherche de l'étoile de référence d'une image à l'autre de taille raisonnable (ici 45 pixels). Cliquez sur "Go" pour faire le traitement.

Vous additionnez maintenant les 9 images individuelles recentrées pour former une seule image. Le plus simple est de faire ainsi :

Le résultat est l'image t.fit (c'est un nom arbitraire, dans l'esprit une image intermédiaire). Notez que ISIS réalise toutes les opérations en 32 bits et que le fichier produit est lui-même une image au format FITS 32 bits.

Une procédure plus sophistiquée peut être utilisée à ce stade, en demandant à ISIS de traiter de manière particulière les pixels des images individuelles qui s'écartent de plus d'un certain seuil par rapport à l'image médiane. C'est un moyen efficace de gommer les artefacts qui peuvent être présents de manière aléatoire dans les clichés individuels (les impacts de rayons cosmiques par exemple). Pour ce faire :

A présent, ISIS produit une séquence d'images intermédiaires @-1, @-2, ... (que vous pouvez visualiser) dans laquelle la présence des pixels déviants est fortement réduite. Dans un second temps, ISIS additionne ces images pour produire l'image "t.fit". Le choix du seuil est empirique, vous devez faire des essais successifs (il dépend du niveau de bruit dans les images). Ne pas trop s'inquiéter, prendre une valeur passe-partout, entre 300 et 600 ADU. Notez que l'image @clip.fit est une image binarisée (niveaux entre 0 ou 255) qui donne une idée des pixels qui ont été filtrés pour l'ensemble des images - ce document peut aider à choisir le bon seuil :

Les régions entourées en jaune sont des impacts de rayons cosmiques typiques, qui sont alors éliminés dans l'image somme t.fit. Ne pas s'inquiéter que des étoiles soient présentes dans le lot, l'effet du traitement est négligeable sur celles-ci.

Vous pouvez à ce stade recadrer la zone utile de l'image (recouvrement effectif entre les 9 images). Relevez les coordonnées (x, y) des coins opposés valides de l'image somme :

Puis :

Une bonne idée est de soustraire à l'image une constante de telle manière à amener le fond de ciel proche du niveau 0 d'intensité. Dans l'exemple on ajoute une constante de -3500 à tous les pixels (puis que la constante est négative, l'opération revient à soustraire la valeur 3500 à tous les pixels). Notez que l'image d'entrée peut avoir le même nom que l'image de sortie :

Au besoin, vous pouvez eliminer un effet gradient résiduel dans l'image en ajustant le fond de ciel avec un modèle polynomial pouvant aller jusqu'au degré 6. Dans le cas particulier où l'image contient de larges zones nébulaires, il faut veiller à ce que l'ajustement du fond de ciel ignore ces partie de l'image. On fixe pour cela la valeur d'un seuil. Tout pixel ayant une intensité inférieure à ce seuil peut être utilisé par ISIS pour calculer le polynôme d'ajustement. Les pixels d'intensité égale ou supérieure à ce seuil sont ignorés pour ce calcul :

La valeur du seuil pu être ajustée par essais successifs. Chaque fois que vous cliquez sur "Go" ISIS produit l'image @mask.fit dans le répertoire de travail. C'est une image binaire 0, 255) qui indique les zones utilisées pour calculer le gradient et celles qui sont exclues. Par exemple :

Les zones en blanc sont utilisées pour calculer le gradient, les zones en noir sont exclues. On note que l'essentiel que la zone occupée par la nébuleuse IC433 est ignorée lors du calcul (sélectionner une valeur nulle pour le seuil si vous voulez supprimer la fonction de masquage).

Un conseil, utiliser toujours un degré de polynôme juste nécessaire pour retirer l'essentiel du gradient si celui-ci est présent. Très souvent l'usage d'un polynôme de degré 1 sera bien  suffisant (correction d'une simple pente).

Le traitement est fini. L'image résultat est ttt.fit (dans notre exemple). Vous pouvez visualiser ce fichier temporaire, et bien sur le sauvegarder sous un autre nom (c'est un fichier 32 bits) :

 Vous pouvez aussi transformer cette image en un fichier FITS 16 bits, compatible avec le logiciel IRIS (onglet "Outils", puis onglet "Traitement images 1") :

Voici le resulat dans une vision en positif :

et dans une vision en négatif (noter que depuis l'observatoire où ont été prise les images - Castanet-Tolosan - on ne voit vraiment bien que des étoiles de magnitude 2 à l'oeil nu) :

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