UTILISATION DE LA CAMERA SBIG ST-4 EN AUTOGUIDAGE :
Introduction :
Malgré l'importante offre concernant les caméras d'autoguidage/acquisition d'images de faible cout, et la simplicité de leur utilisation, il m'arrive parfois de me servir encore de ma ST-4 acquise en 1995 pour l'autoguidage sans PC. Son utilisation est un peu compliquée si l'on est pas habitué, mais ses performances en autoguidage restent excellentes.
La ST-4 de S.B.I.G, de conception déjà ancienne, possède une matrice de faible surface (2,64 mm x 2,64 mm, avec 165 x 192 pixels chacun de 0,0138 mm x 0,016 mm) est moins appropriée à l’imagerie qu'à l’autoguidage. En effet, elle est capable de voir et de corriger une dérive de 1 seconde d’arc avec 1250 mm de focale, et de 0,65 seconde d’arc avec 2000 mm de focale.
L’utilisation de cette camera implique que l’on possède :
1/ Une liaison entre la raquette de commande des moteurs de la monture et le boîtier de la ST-4. La plupart des grandes marques de montures proposent en kit cette liaison. Pour les autres, votre revendeur devrait pouvoir soit la réaliser, soit vous fournir le plan du câblage à réaliser.
2/ Un système permettant de viser une étoile guide : lunette guide en parallèle, ou diviseur optique, ou platine pivotante.
3/ Un oculaire guide réticulé éclairé, avec un repérage évident du centre de son champ. J’utilise personnellement un oculaire « micro guide » de 12,5 mm de focale, de marque Baader, avec un cengtre du champ est bien défini.
4/ Une source d’alimentation 12 volts, volontiers surdimensionnée..
5/ Et implique surtout que l’on ait testé la qualité de la monture : cela ne peut bien fonctionner qu’avec une monture très stable, résistante aux effets du vent, aux engrenages sans jeu, avec un ensemble vis tangente – roue dentée d’ascension droite bien usiné et rien réglé (ayant une erreur périodique « acceptable » par tour de vis tangente, et peu d’erreurs aléatoires). Par ailleurs, même une monture pourvue d’une correction programmée de l’erreur périodique peut bénéficier d’un système d’autoguidage. D’une façon générale, celui qui veut se lancer dans l’imagerie au foyer devrait connaître l’erreur périodique de sa monture (voir l’article « L’erreur périodique d’une monture équatoriale » de R.Courseaux et J.Lafont, Eclipse n°12, p.62, ou plus récemment l'article "Tester la mécanique de son installation" de L.Lacote et JB.Gordien, Astronomie Magazine n°107, p30) et vérifier qu’elle n’est pas supérieure à celle spécifiée dans la notice de la monture s’il s’agit d’un matériel du commerce neuf. Auquel cas un réglage doit être réclamé auprès du revendeur ou de l’importateur.
Enfin, il sera illusoire d'envisager de faire de l'imagerie avec une longue focale les nuits de forte turbulence, car celle ci va empâter les images et en altérer la définition, et enlever tout l'avantage qu'apporte un guidage automatique de précision. Mieux vaut faire de l'observation visuelle aux jumelles, ou à la rigueur n'envisager que l'imagerie qu'avec une courte focale. A l'inverse, les nuits de faible turbulence doivent faire espérer d'excellents résultats, et peuvent inciter à utiliser une longue focale.
1° Brancher les câbles :
Le câble d’alimentation doit être branché en dernier et débranché en premier (sous peine de griller des composants) sur une source d’alimentation 12 volts. Attention à respecter la polarité (je conseille de munir la prise d’un dé trompeur ou d’une diode sur le fil + , et d’un fusible). Pour éviter de brancher l’alimentation avant la camera ccd, le plus judicieux est de laisser branché en permanence le câble de la camera ccd sur le boîtier, de serrer les vis, et de ne plus y toucher.
L’affichage du boîtier, maintenant sous tension, doit indiquer le nombre 11 ou 12 à gauche (VALUE) au bout de quelques secondes nécessaires au refroidissement de la camera ccd. Si ce n’est pas le cas, ou si le chiffre de gauche est autre, vérifier la charge de votre batterie. La consommation de courant étant importante, ne pas hésiter à sur dimensionner la batterie, et à la recharger si possible avant chaque nuit, sous peine de vous priver d’autoguidage. La ST-4 n'ayant pas de témoin de charge, une trop faible charge se traduira par un comportement erratique des chiffres affichés. Personnellement, une batterie de démarrage de 12V / 50 Ah. Permet de tenir tout juste 2 nuits complètes en hiver, rarement plus, et ce en n’alimentant que la ST-4. Une batterie à décharge lente serait préférable, mais plus onéreuse.
2° Rechercher une étoile guide :
Chercher une étoile guide et la centrer dans un oculaire réticulé éclairé, placé au foyer d’une lunette guide en parallèle, ou placé sur un diviseur optique ou sur une platine pivotante sur l’instrument principal.
- Le diviseur optique est à préférer lorsque la focale de l’instrument principal est importante, disons à partir de 1500 à 2000 mm, pour éviter tout risque de flexion différentielle (la flexion différentielle peut résulter d’un manque de rigidité de fixation de la lunette guide sur l’instrument principal, d’un manque de rigidité du porte oculaire de la lunette guide, ou du risque de déplacement (si léger soit’il) du miroir primaire du télescope sur son barillet en cours de pose, particulièrement si l’on utilise un Schmidt Cassegrain.
Par contre, le diviseur rend plus délicat la recherche d’une étoile guide car son champ d’exploration est étroit, mais cela n’est pas à mon avis un réel inconvénient (j’utilise personnellement un diviseur optique « radial » Celestron, qui permet de trouver une étoile guide avec un peu d’habitude dans la plupart des cas, et dans les autres cas en décentrant très légèrement l’objet visé).
Autre inconvénient : un diviseur optique ajoute une cause possible de vignettage si la surface sensible est de grande taille, particulièrement quand on utilise conjointement un réducteur de focale qui est une autre cause de vignettage. Pour éviter cela, il faut que le diamètre interne de ces accessoires soit le plus grand possible.
- La lunette guide en parrallèle peut avoir, sans inconvénient, une focale inférieure à celle de l’instrument principal, tellement est fine la détection de la moindre dérive. La lunette guide facilite le repérage d'une étoile guide, contrairement au diviseur optique. Cette technique est couremment employée en cas d'acquisition d'images avec une focale courte à moyenne.
- Dans tous les cas, le choix de l’étoile guide est important: il faut idéalement choisir une étoile simple, faible et isolée. Une étoile double risque d’introduire un conflit de détection. Une étoile brillante, celle qui par exemple est évidente dés qu’on colle l’œil à l’oculaire, scintille davantage et risque d’entraîner d’incessants rattrapages de suivi. Une étoile noyée dans un champ stellaire riche risque de perdre la priorité lors des mouvements de calibrage des moteurs ou lors d’une dérive accidentelle importante (voir plus loin).
3° Affiner la mise au point de l’étoile guide.
Plus l’image de l’étoile guide est ponctuelle, meilleure est sa détection par la ccd. Pour retrouver cette bonne mise au point avec la camera d’autoguidage, le plus rapide est d’avoir repéré le bon tirage, sur le tube de la camera, pour un montage optique donné. Le bon tirage est trouvé par tâtonnements : c’est celui qui donne la VALUE la plus élevée d’une étoile donnée (voir ci après). Pour simplifier le repérage ultérieur, qui n’est jamais aisé dans l’obscurité, on peut bricoler une bague tubulaire de la bonne longueur et la laisser à demeure sur le tube de la camera ccd.
4° Mettre en place la camera et orienter la matrice de la ccd.
Repérer l’orientation des déplacements de l’étoile guide dans le champ de l’oculaire réticulé éclairé, en actionnant les moteurs des axes d’AD et de Déclinaison, puis retirer l'oculaire réticulé, mettre en place la camera et orienter les cotés de la matrice de la camera ccd en fonction : l’étiquette collée sur la camera ccd est orientée de la même façon que la matrice ccd, et les cotés de cette étiquette indique ces 2 axes.
- Dans le cas d’une lunette guide (utilisée ici sans renvoi coudé), l’axe de visée étant parallèle à celui de l’instrument principal, il n’y aura pas de problème de repérage, et l’orientation de la camera, faite une fois pour toutes, sera toujours la même.
- Par contre, si l’on utilise un diviseur optique (qui fera cheminer les rayons lumineux comme un renvoi coudé), l’orientation de la caméra dépendra de la position du diviseur optique autour de l’axe optique et sera à refaire pour chaque nouvelle position. On peut repérer l’orientation du déplacement apparent selon un des deux axes (l’autre étant forcement perpendiculaire) comme sur le cadran d’une montre : prenons l’exemple du déplacement de l’étoile guide vers la position « 2 heures » du cadran d’une montre en actionnant le moteur de déclinaison, il suffit alors de se le remémorer quand on place le tube de la caméra ccd ST-4 à la place de l’oculaire réticulé, et d’orienter un des deux cotés de l’étiquette de la camera sur la même position « 2 heures ».
Un bricolage simple permet d’optimiser le repérage et d’éviter toute erreur : on enfile et on laisse en place une bague tournante portant un repère, sur le tube porte oculaire du diviseur optique, puis on place l’oculaire réticulé éclairé et l’on aligne ce repère sur le sens de déplacement de l’étoile guide lorsque l’on actionne le moteur de déclinaison, puis l’on remplace l’oculaire réticulé par le tube de la camera que l’on oriente alors sur le repère de la bague tournante.
Il faut éviter de laisser se balancer le fil de la camera ccd, et l'attacher au tube du télescope ou à la monture. Cela serait dommage de se prendre le pied dans ce fil, surtout avant la fin d'une longue pose ...
5° Adapter la camera d’autoguidage à la luminosité de l’étoile guide.
Évaluer la capacité de détection de cette étoile par la caméra : appuyer sur INTERRUPT puis obturer le télescope, puis appuyer sur TAKE DARK FRAME (prise d’un dark), puis désobturer le télescope, puis appuyer sur FIND AND FOCUS : VALUE indique alors la luminosité saisie de l’étoile guide. Il faut choisir une VALUE ni trop forte (une valeur trop grande va donner les mêmes problèmes qu’une étoile trop brillante) ni trop faible (risque de faire perdre l’étoile guide par la camera lors du passage d’un fin voile nuageux : VALUE peut tomber alors à zéro). Personnellement, comme beaucoup, je préfère une VALUE entre 10 et 20, donc plutôt basse, mais d’autres préfèrent monter bien au delà. Précisons que la VALUE qui s'affiche est altérée lorsque l'on actionne un moteur ou lorsque l'on fait bouger le télescope ou un des ses accessoires, et ceci peut être un piége: il faut toujours attendre au moins la deuxième VALUE pour se faire une idée du nouveau réglage.
Le réglage de VALUE se fait en jouant sur 3 paramètres : il faut ajuster le temps d’exposition « EA » (exposure adjust) réglable de 0,1 seconde à 20 secondes, le facteur d’intensification « b » (boost) réglable de 1 à 4, et le facteur de luminosité « bA » réglable sur A pour une luminosité moyenne ou sur F pour une luminosité faible. Parallèlement, la mise au point sur l’étoile guide (qui influence VALUE comme nous l’avons vu) doit être optimale.
- Personnellement, les meilleurs suivis lorsque la turbulence est sensible sont donnés soit par un temps d’exposition assez long (3 à 5 secondes) soit par le moyenne de 3 à 5 expositions plus courtes (0,7 à 2 secondes), le nombre d’exposition à moyenner « AA » étant réglable de 1 à 10. Ceci a l’intérêt d’éviter les rattrapages incessants (mais bien trop en retard et dépassant souvent leur but) qu’entraîne la turbulence. Vous verrez, lorsque l’autoguidage sera lancé, que la présence de turbulence se traduit par un changement rapide des chiffres de VALUE si vous choisissez la moyenne de plusieurs expositions courtes. Il ne faut pas espérer corriger la turbulence car celle ci est bien plus rapide que les capacités de la ST-4, même en choisissant un temps d’exposition très court.
- Si le temps EA choisi ne permet pas d’obtenir une VALUE acceptable, il faut changer le facteur b (boost). Personnellement, le facteur b est réglé entre 1 et 3, parfois 4 (dans ce cas, le manuel indique qu’il faut éviter d’associer une temps EA supérieur ou égal à 10 secondes si la pose doit durer plus d’une heure, bien que ce cas se soit déjà présenté sans perte de suivi..).
- Si l’étoile est très faible, et/ou si la turbulence est importante, le facteur de luminosité bA réglé par défaut sur A (luminosité moyenne) doit entre réglé sur F(luminosité faible). Le choix de F entraîne une détection par un binning 3x3 (soit un couplage de 9 pixels, qui augmente la sensibilité par 9, et adoucit les contours de l’image de l’étoile guide). Ceci devrait théoriquement assurer un suivi moins précis que le choix de A. Cela n’est vrai que lorsque la turbulence est nulle et l’image de l’étoile très fine et ponctuelle. Lorsque la turbulence n’est pas nulle, cas malheureusement le plus fréquent, l’image de l’étoile se déplace sur plusieurs pixels, et le réglage sur bF peut être utilisé sans risque de dégradation du suivi, afin de diminuer le nombre de corrections erronées qu’entraîne la turbulence.
Ne jamais oublier que chaque modification d’une des valeurs de AE, b, bA, nécessite de refaire TAKE DARK FRAME télescope obturé.
6° Régler la taille de la zone de suivi en fonction de la focale de l’instrument :
FL S (focale courte) est à choisir pour une focale inférieure à 1000-1250 mm : la zone de suivi, de 9x9 pixels, est petite mais suffisamment large pour éviter que l’étoile guide n’en sorte à l’occasion d’une dérive, quoique..attention aux rafales de vent. Par contre FL L (focale longue) est à choisir pour une focale supérieure à 1250 mm : la zone de suivi de 33x33 pixels est plus étendue, diminuant le risque de perte accidentelle de l’étoile guide. Cependant, si l’on dispose d’une monture très stable et précise, on peut utiliser avec succès le réglage FL S même avec une longue focale lorsque la turbulence et le vent sont nuls.
Par ailleurs, cela permet de tester (parfois trop tard !) la qualité de l’entraînement de la monture et son erreur périodique: si par temps calme et peu turbulent, après une bonne mise en station, après tous les réglages précédents, vous avez des erreurs de suivi qui vous font perdre rapidement l’étoile guide, c’est qu’il existe un problème d’entraînement ou de stabilité, qui ne permet pas d’aborder l’imagerie longue pose au foyer, et qui nécessite un réglage, ou une révision, ou au pire le remplacement de tout ou partie de votre monture. Personnellement, c’est cela qui m’a fait remplacer ma première monture (dont l’erreur périodique dépassait 30 secondes d’arc) par une Takahashi NJP160, dont l’erreur périodique (toutes les 6 minutes) est de +ou- 5 secondes d’arc, qui permet d’obtenir avec une focale de 1100 mm une erreur moyenne de suivi de seulement 1 à 2 unités de dérive, soit +ou- 1 à 2 secondes d’arc pendant plusieurs heures, grâce à l’autoguidage.
Puis revenir sur HELLO, obturer le télescope et refaire TAKE DARK FRAME (prise d’une image sombre). Ne jamais oublier que chaque modification des valeurs de AE, b, bA, nécessite de refaire TAKE DARK FRAME télescope obturé.
7° Calibrer les moteurs :
Appuyer sur MENU pour afficher le temps d’action des moteurs C1 et C2, et choisir avec ADJUST un temps réglable entre 1 et 20 secondes. Ces temps dépendent de la vitesse de rattrapage de vos moteurs, de la hauteur en déclinaison de l’astre visé, et accessoirement du temps mort (jeu des engrenages) à l’inversion du sens du moteur de déclinaison. Ce calibrage est à refaire pour chaque nouvelle étoile guide. Ces temps sont trouvés par tâtonnement au début, et une fois pour toutes (il suffira de noter les temps à afficher pour une longueur focale donnée sur une monture donnée avec un préréglage connu de la vitesse de rattrapage de ses moteurs). Pour calibrer automatiquement les corrections dans les deux sens X et Y (AD et Dec par exemple, qu’il faut repérer une fois pour toutes là aussi), on appuie sur CALIBRATE DRIVE et l’on observe attentivement l’affichage X et Y, sans toucher la monture ni l’optique pour ne pas introduire d’erreur de bougé : l’instrument voit le déplacement de l’étoile guide successivement dans les quatre directions (+X –X +Y –Y) . Il faut que le déplacement soit compris entre un minimum de 3 unités et un maximum de 30. Une valeur un peu plus importante en Dec qu’en AD est nécessaire si votre temps mort à l’inversion du sens du moteur de déclinaison est important et si votre monture ne possède pas une correction programmée de rattrapage de ce temps mort. Le moteur en AD quant à lui travaille toujours dans le même sens quand on sollicite un rattrapage à faible vitesse (il accélère ou ralentit) et ne connaît donc pas ces problèmes de temps mort.
Si la matrice de la camera ST-4 est bien orientée, le calibrage sur l’un des deux axes ne doit pas modifier la position de l’étoile guide sur l’autre axe.
S’il modifie légèrement la position de l’étoile guide sur l’autre axe, cela signifie que la matrice n’est pas parfaitement orientée, et l’on a intérêt à affiner l’orientation de la matrice ccd en faisant très légèrement tourner la camera dans un sens ou dans l’autre.
S’il modifie énormément la position de l’étoile guide sur l’autre axe, c’est que l’étoile guide choisie initialement entre en compétition avec une autre étoile proche de magnitude similaire. C’est pour cela qu’il vaut mieux choisir une étoile guide carrément isolée.
L’étape de calibrage se termine par HELLO si les 4 mouvements successifs ont été vus par la camera et se situent chacun dans une zone de 3 à 30 unités. Sinon, un message d’erreur (E1, E2..) apparaît avant HELLO, et oblige à recommencer la calibrage avec d’autres valeurs C1 et/ou C2 : régler sur une valeur plus grande si le déplacement apparent est inférieur à 3 unités, sur une valeur plus petite si le déplacement apparent est supérieur à 30 unités.
Le réglage de l’HYSTERESIS H1 (sur X) et H2 (sur Y) n’apporte pas, malgré les espoirs fondés, dans la plupart des cas, d’amélioration de suivi en déclinaison des montures ne possédant pas de rattrapage programmé du temps mort. En effet, le moteur de déclinaison est sollicité en cours de pose surtout en cas :
- de turbulence, or une ST-4 ne peut pas corriger la turbulence, et le résultat d’un rattrapage automatique est alors désastreux par sur correction si l’on ajoute une valeur d’hystérésis ;
- d’une mauvaise mise en station, que l’on repère par le fait que le rattrapage se fait toujours dans le même sens, et dans ce cas il vaut mieux refaire la mise en station sous peine de rater les photos longue pose, malgré l’autoguidage, par la présence d’une rotation de champ, qui sera d’autant plus visible que la pose sera longue;
- d’une rafale de vent, qui ne fait bouger en fait l’installation que pendant une courte période, avec habituellement, mais certes pas toujours, retour à la position initiale à la fin de la rafale.
Aussi, personnellement, je laisse presque toujours le réglage de l’hystérésis sur zéro.
Rappelons que les engrenages de l’axe d’ascension droite travaillent toujours dans le même sens lors des rattrapages habituels à vitesse lente, et qu’il n’y a donc pas lieu d’introduire une correction d’hystérésis.
8° Lancer le suivi et améliorer si besoin les réglages :
Si aucun message d’erreur n’apparaît à la fin de l’étape de calibrage, recentrer l’étoile guide (appuyer sur FIND AND FOCUS et actionner les moteurs afin d’afficher environ 50 – 50 sur X et Y), puis appuyer sur TRACK pour lancer le suivi.
Avant de déclencher une pose, attendre une minute au moins pour apprécier la qualité du suivi. Avec une focale de 1000 mm, Il est jugé excellent si l’erreur moyenne est de 0 à 1unité de dérive, bon si l’erreur moyenne est de 2, perfectible si l’erreur moyenne est supérieure ou égale à 3. Avec une focale plus longue, on peut tolérer une erreur moyenne de 3, rarement de 4 (acceptable qu’en cas de forte turbulence ou de vent violent, mais dans ce cas ne pas espérer des clichés de haute définition).
En cas d’erreur moyenne trop importante, il faudra revoir les réglages : si l’on est certain de la qualité de la monture, de la mise en station, de l’équilibrage, et de la rigidité du montage, il s’agit vraisemblablement de la turbulence qui sollicite trop les rattrapages. Dans ce cas, augmenter le facteur SA (scintillation adjust) vers une valeur supérieure à 6, et surtout soit choisir un temps d’exposition EA plus long (5 voire 10 secondes) en diminuant au besoin la facteur b et/ou le réglage bA (pour conserver la VALUE souhaitée), soit moyenner plusieurs poses courtes ( moyenner 3 à 5 poses courtes).
Ne jamais oublier que chaque modification des valeurs de AE, b, bA, nécessite de refaire TAKE DARK FRAME télescope obturé.
9° Réglage du déclenchement de l’alarme :
L’alarme signifiant une perte de suivi peut se déclencher après 1, 2, 3 ou 4 expositions durant lesquelles l’étoile guide n’est pas vue par la zone de suivi de la matrice de la ST-4. L’alarme «AL» doit entre réglée de préférence sur 1, et non sur 4 comme le préconise le réglage par défaut. Cela permet d’alerter immédiatement et de choisir, selon la cause de perte de suivi, si la pose doit être interrompue ou non. Les pertes de suivi sont habituellement liées soit à l’arrivée de brume ou de nuages, soit au dépôt de buée sur la surface optique de l’instrument. Ceci met l’accent sur la nécessité de disposer d’un pare buée à demeure, de résistances chauffantes autour des blocs optiques, et de les brancher dés que l’humidité ambiante dépasse 80-85%.
Pour pallier à la faible puissance du signal d’alarme de la ST-4, qui ne s’entend plus au delà de quelques mètres, une alarme externe peut être branchée (carillon sans fil, auto alimentée). Pour ce faire, repérer dans le cordon d’alimentation de la ST-4 le fil marron (relais d’alarme, fil commun), le fil bleu (alarme, normalement fermé), et le fil blanc (alarme, normalement ouvert), et relier les fils marron et blanc aux bornes du bouton poussoir du carillon sans fil, auto alimenté. Le carillon lui même pourra être mis dans sa poche.
10° Lancer la pose.
Quand il s'agissdait d’une pose photo (jusqu'en 2006 pour mon cas), il fallait s’assurer auparavant que le film etait bien accroché à la bobine réceptrice et que l’action sur le levier d’avancement du film fait tourner la manivelle de la bobine débitrice (si, si, cela arrive à tout le monde, et même plusieurs fois !), régler le réveil à l’heure à laquelle il faudra arrêter la pose, et ne plus s’approcher de l’instrument à moins d’un à deux mètres ( le piétinement à proximité peut produire des vibrations transmises à la monture, le déplacement et la respiration à proximité peuvent produire une turbulence locale). On peut alors aller faire de l’observation visuelle avec d’autres instruments, souvent les gros Dobsons des copains présents sur le site, ou simplement aller dormir le temps de la pose.
Bonne nuit à tous.
D'autres anciens conseils judicieux sont sur :- Philip Perkins http://www.astrocruise.com
- Chuck Vaughn (et James J. Janusz) http://www.aa6g.org/astro.html