Les APN en astrophotographie

Les appareils photos numériques en astrophotographie

Les APN compacts (II)

A l'inverse des APN reflex et des hybrides, la plupart des APN compacts ne sont pas vraiment adaptés à l'astrophotographie. Plusieurs fonctions sont soient manquantes soit bridées.

Ainsi leur latitude de pose est insuffisante pour photographier le ciel profond (15 à 60 secondes pour les poses les plus longues), les images sont enregistrées en format compressé JPEG, les optiques sont généralement solidaires et peu lumineuses, le zoom autofocus n'est pas toujours débrayable et la majorité des autres fonctions automatiques ou d'assistance ne sont pas débrayables non plus. Quant à leur autonomie, elle dépasse rarement 200 photographies.

Enfin, sur les 377 APN compacts existant en 2014, seuls 32 modèles soit 12% d'entre eux proposent le format RAW parmi lesquels les Canon PowerShot G12, S95, S120, Nikon Coolpix P340, P7000, Panasonic LX5, LX7, ZS-40, TZ-60, Fujifilm XQ1 et autre Samsung EX1 (cf. cette liste) mais leurs autres caractéristiques ne sont pas toujours optimisées.

Bien sûr avec le temps, les APN compacts se perfectionnent et offrent aujourd'hui des performances bien supérieures à celles d'il y a 5 ou 10 ans.

Ainsi, ce n'est que depuis 2012 qu'une poignée d'APN compacts proposent des optiques très lumineuses : le Panasonic Lumix LX7 (2012) propose une optique Leica ouverte à f/1.4 à 24 mm tandis que les Canon PowerShot S120 (2013) et Nikon Coolpix P340 (2014) disposent d'une optique ouverte à f/1.8 à la plus petite focale. Pour vous donner une idée de leurs performances, selon DXO Mark, le compact Canon PowerShot S120 est 1 point moins performant que le reflex Canon EOS 10D (56 vs 57).

Si les APN compacts de dernière génération font de belles photos et peuvent satisfaire la majorité des amateurs, il faut bien reconnaître que l'astrophotographie exige des modèles dont les spécifications sont différentes et globalement plus étendues qu'en photographie traditionnelle de jour.

Néanmoins les images qui suivent démontrent qu'avec un peu de patience et beaucoup de savoir-faire, des amateurs ont pu obtenir d'excellents résultats, il est vrai avec quelques modèles d'APN compacts bien particuliers.

A lire : Revue de l'APN compact Canon PowerShot S120 (sur le blog, 2013)

Tests DXO Mark : Panasonic Lumix LX7 - Canon PowerShot S120 - Nikon Coolpix P340

Photographier les étoiles avec le Canon PowerShot S120 (.jpg)


Trois APN compacts particulièrement bien adaptés à l'astrophotographie. De gauche à droite : le Panasonic Lumix LX7 de 10.1 Mpixels (2012), le Canon PowerShot S120 de 12.1 Mpixels (2013) et le Nikon Coolpix P340 de 12.2 Mpixels (2014). Tous trois proposent une optique de qualité et lumineuse, un très bon piqué d'image, les formats Raw et jpg, un mode vidéo, des hautes sensibilités avec un réducteur de bruit, un mode manuel et une exposition maximale de 250 secondes (jusque 60 s pour le Nikon).

Le problème de la plupart des APN compacts vient essentiellement du mode d'exposition, de la luminosité de l'optique, du format d'image et de la sensibilité du capteur photosensible, rarement adaptés à la photo de nuit ou aux faibles conditions d'éclairage.

Le bruit thermique

Dans les meilleurs cas, le mode d'exposition manuel des APN compacts (non reflex) est limité à 250 secondes alors qu'une pose B aurait été plus utile. Heureusement, les APN reflex n'ont pas ce problème et proposent tous une pose B.

Mais ainsi que nous l'avons expliqué à propos des reflex, le principal inconvénient des APN réside dans le fait qu'ils présentent un bruit thermique même en l'absence totale de lumière et qui s'accentue avec les longues expositions. Le problème est accentué avec la technologie CMOS équipant de nombreux APN compacts.


A gauche, une aurore photographiée le 11 avril 2001 depuis le NO de l'Allemagne par Stefan Stumpf avec un appareil numérique Olympus C2020Z équipé d'un objectif de 18 mm f/2 avec convertisseur. Exposition de 16 s pour une sensibilité de 400 ISO. L'image de droite a été prise le 20 mars 2001 depuis Fairbanks en Alaska par A.Clay au moyen d'un APN Sony DSC S70. Exposition de 8 s à 100 ISO.

Jupiter et la Grande tache rouge photographié les 2 et 29 novembre 2001 par Eric Ng depuis Hong Kong. Il utilisa une lunette Takahashi FS de 128 mm (5") sur une monture ATLux (gauche) et un télescope SC Meade de 10" f/24 (droite). L'ouverture deux fois plus grande du télescope révèle comme on pouvait s'y attendre beaucoup plus de détails. Ces images ont été enregistrées avec un boîtier numérique Nikon Coolpix 995 (3 Mpixels) muni d'un objectif de 26.7 mm de focale, pose 1/4 s à 100 ISO. Ces images sont respectivement constituées de 23 et 18 images brutes, fonction NR désactivée, assemblées avec le logiciel Astrostack. Les images individuelles ont été traitées avec un masque flou et ont subi un équilibrage des couleurs et du contraste.

Une façon de réduire ces parasites induits par le courant d'obscurité ou la chaleur est de refroidir le capteur CCD sous 0°C mais aucun APN ne le permet. Cela signifie que toute photographie d'une scène nocturne et en particulier des constellations ou des objets du ciel profond prolongée au-delà de quelque 15 s pour une sensibilité de 200 ISO présentera du "grain" et parfois une trame en raison du bruit thermique engendré par l'appareil et par la température ambiante, surtout en été.

La seule méthode qui permet de supprimer ces désagréables parasites est d'additionner plusieurs images du même sujet pour augmenter le rapport signal/bruit. Néanmois ce bruit de fond présente un profil pratiquement constant sur les CCD et plus encore sur les CMOS, laissant leur emprunte telle une trame sur les photographies. Si on peut la supprimer par traitement d'image, ce ne serait pas encore suffisant car l'essentiel du courant d'obscurité est enregistré dans chaque image brute et il doit être supprimé à la source.

Pour cela il faut photographier une image noire afin de n'enregistrer que le bruit thermique de l'APN et la soustraire ensuite de l'images du sujet.


A gauche, une image brute d'un ciel hivernal photographié avec un appareil Nikon Coolpix 800. L'image est tramée, traversée par de désagréables bandes verticales et présente une dominante. A l'extrême droite, une image de la même région du ciel de laquelle Richard Taylor a retiré l'image noire, la "dark frame" du courant d'obscurité, en utilisant un logiciel de traitement d'image. L'image n'a subit aucun autre traitement mais confirme déjà que les appareils numériques judicieusement exploités peuvent donner des résultats excellents auxquels ne s'attend peut-être pas l'amateur occasionnel, l'image du Trapèze d'Orion en apportant la preuve.

En d'autre terme si vous désirez photographier une nébuleuse, faites une photo instantanée avec le couvercle placé sur l'objectif ou sur l'ouverture du télescope puis, sur votre ordinateur, retirez cette image noire de votre images brute et vous découvrirez combien la qualité c'est améliorée. Si de plus vous avez les outils et les compétences nécessaires pour compositer plusieurs images corrigées de la sorte, vous pourrez rivaliser avec les amateurs dont les images figurent dans cet article.

Dans leur catégorie de prix et de performances, en leur temps les Nikon Coolpix 990 et Nikon Coolpix 995 présentaient un gros avantage. Commercialisés respectivement en 2000 en 2001 et vendus au prix d'environ 1500 €, ces deux APN présentent une résolution de 3 Mpixels, suffisante pour réaliser des agrandissements jusqu'au format 30x40 cm voire légèrement supérieur par traitement d'image. Ils disposent, outre d'une pose B qui s'étend jusqu'à 60 secondes, d'une fonction "NR" (noise reduction) ainsi qu'une fonction permettant d'accentuer la netteté des images. Il reste que leurs performances sont aujourd'hui dépassées par les nouveaux modèles.

Malgré tout, ces APN conservent un avantage. A l'inverse des compacts bas de gamme, l'objectif dispose d'un filetage au diamètre de 28 mm permettant de le fixer sur la bague du porte-oculaire d'un télescope grâce par exemple à l'adaptateur DCL-28 de William Optics.

Pour les APN plus récents, les Panasonic Lumix FZ1 et LX5 par exemple disposent d'une bague amovible qui cache un pas de vis sur lequel on peut fixer un adaptateur au diamètre de 52 mm (cf. cette image). Reste à lui adapter un raccord pour le fixer sur un télescope au coulant de 50 mm, grâce par exemple au DCL-52 de William Optics présenté à droite.

Si vous ne trouvez pas ce genre de bague chez votre marchand habituel contacter des revendeurs spécialisés tel Scopetronix aux Etats-Unis ou L'Astronome en France. Un tourneur peut également vous le fabriquer à partir d'un bloc d'aluminium ou d'acier.

Enfin, ainsi que nous l'avons évoqué, le capteur CCD ou CMOS est également sensible à la température ambiante. En hiver si une exposition de 60 secondes est tolérée par le capteur du Nikon Coolpix 995, en été, par une température extérieure de 20°C, si vous désactivez la fonction NR vous ne pourrez pas dépasser 10 secondes, et c'est vraiment un maximum. Au-delà, le bruit électronique devient trop important et dégrade les images, les transformant en paysages pointillistes parsemés de points rouges et verts inesthétiques comme le démontrent les deux séries d'images présentées ci-dessous. Alors imaginez ce que cela donnerait sur une constellation mille fois plus pâle : une "étoile" sur deux serait un parasite !

Ci-dessus, deux images du même sujet réalisées avec le Nikon Coolpix 995 dont la fonction NR a été déactivée. A gauche, par une température ambiante de 20°C, à droite par une température de 10°C. Sur cette dernière image le bruit électronique a considérablement diminué dans les zones sombres. Conclusion : photographier le ciel étoilé durant l'hiver ! Ci-dessous deux images prises par une température ambiante de 9°C, 400 ISO, pose de 60 s en mode "wide". A gauche, la fonction NR est activée, à droite la fonction NR est désactivée et l'image noire a été soustraite sous Photoshop; l'image présente une meilleure définition. Documents Johannes Schedler.

D'un autre côté, comme sur les reflex, la désactivation de la fonction NR peut présenter un avantage. Si le bruit thermique du capteur photosensible est plus apparent, l'image gagne paradoxalement en détails dans les faibles lumières. C'est surtout visible lorsque vous agrandissez les images. Il y a donc un compromis à trouver entre le temps de pose et la définition en fonction de la luminosité du sujet que vous photographiez.

Le mode zoom et l'exposition manuelle

Faut-il ou non utiliser le zoom souvent incorporé aux APN compacts et doit-on se fier au mode d'exposition automatique ou passer en mode manuel ?

Avant de répondre, il va de soi que la prise de vue s'effectue dans de bonnes conditions, le boîtier numérique étant solidaire de la lunette ou du télescope (bague universelle, etc). A défaut, si vous devez tenir l'APN à main levée à proximité de la lentille frontale de l'oculaire, étant donné que votre appareil ne dispose pas d'une visée reflex, vous ne saurez jamais si l'appareil est bien dans l'axe optique et s'il effectue correctement la mise au point. Vous ne le saurez qu'en regardant l'image apparaître furtivement sur l'écran de l'APN en fonction de vos ajustements improvisés.

Il va sans dire que cette technique relève du pur amateurisme et ne peut mener à aucun bon résultat. Travaillez dès que possible avec des raccords photographiques adaptés à votre APN ainsi qu'à votre lunette ou télescope.

A consulter : Bagues T et tubes allonges

A gauche, Copernic photographié le 12 mai 2001 par Luca Grella au moyen d'un Olympus Camedia 3000 placé au foyer d'un Celestron C11. A droite, la région du terminateur photographiée par Chris Cook au moyen d'un Nikon Coolpix 800 (2 Mpixels) fixé sur une lunette Tele-Vue de 102 mm f/8.6 apochomatique équipée d'une Powermate 4x et d'un oculaire Plössl de 26 mm. On reconnaît les cratères Ptolémée, Alphonse, Arzachel, Albategnius (à gauche), le Mur droit près de Mare Nubium (en dessous au centre) et Tycho (en dessous à droite). Les images ont été légèrement corrigées sous Photoshop 6.0.

Photographies en haute-résolution réalisées par Chris Cook au moyen d'un Nikon Coolpix 800 (2 Mpixels) fixé sur une lunette Tele Vue de 102 mm f/8.6 APO équipée d'une Powermate 4x et d'un oculaire Plössl de 26 mm. Exposotion de 1/60e de seconde pour les deux images. A gauche, la région de la vallée d'Aristarchus et des dômes de Marius à l'ouest de Sinus Iridum; à droite, un agrandissement de la région de Sinus Iridum. Les images ont été légèrement corrigées sous Photoshop 6.0.

Concernant l'exposition, sur le terrain, l'écran de votre APN parlera de lui-même : hormis les problèmes de la mise au point et du bougé éventuel, soit la prise de vue sera bonne soit tout simplement sous-exposée d'un ou plusieurs f-stops. Le mieux pour éviter toute surprise est encore de passer en mode manuel et de choisir soi-même la durée d'exposition et l'ouverture du diaphramme, par exemple 0.25 s à f/5 pour 100 ISO pour photographier Jupiter ou 1/500 s à f/8 dans le cas du Soleil et d'observer le résultat en temps réel sur l'écran de l'APN puis de corriger la prise de vue en conséquence. Cela vous permettra de prendre des photographies uniquement lorsque la prise de vue sera correcte.

Si votre appareil accepte des photographies en rafale (plusieurs prises de vues par seconde), tentez l'expérience afin d'additionner par la suite les meilleures images. Une autre manière de procéder est d'utiliser le mode vidéo et ici également puis d'additionner les meilleures images sur ordinateur.

Il ne faut pas oublier que les images astronomiques vues à l'oculaire ne présentent pas nécessairement la même taille que celles enregistrées par le capteur CCD ou CMOS. La plupart des APN compacts utilisent un objectif zoom qui, en position grand angulaire dite "wide" donnera une image planétaire à peine plus grande qu'une tête d'épingle, qui ne couvra que quelques pixels sur l'écran LCD. Impossible dans ces conditions d'obtenir une image en haute résolution.

Pour les sujets planétaires vous devez utiliser le zoom incorporé. Il vous évite également d'avoir du vignetage. Seul problème, si le sujet ne reste pas au centre de l'image, l'autofocus va s'ajuster en permanence et vous allez perdre beaucoup de temps entre chaque image. Si vous avez la possibilité de le débrayer, faites-le et effectuez la mise au point manuellement.

A gauche, photographie non retouchée du premier quartier de Lune réalisée par Robert Berta avec une caméra Sony Cyber Shot DCS-P1 (3 Mpixels) fixée au foyer d'une lunette Skywatcher de 150mm d'ouverture. A droite, Jupiter et son satellite Europe photographiés avec une Quickcam VC de Logitech (320 x 240 pixels) fixée au foyer d'un télescope Meade ETX90 et Barlow 2x (f/27). Image retouchée par Thierry Lambert.


Photographies de Copernic et Clavius réalisées par Arpad Kovacsy avec un appareil numérique Nikon Coolpix 950 (2 Mpixels) fixé au foyer d'une lunette achromatique Celestron CR150HD de 150 mm d'ouverture équipée d'un oculaire UO Ortho de 12.5 mm et d'une Barlow Orion 2x.

Deux images non retouchées, Saturne et la constellation de la Lyre photographiées par Jeff Crilly au moyen d'un Nikon Coolpix 990 (3 Mpixels) fixé sur un télescope Dobsonien de 200 mm f/6.

Ne dépassez pas les limites du zoom optique (3-5x). En effet, bien que le zoom numérique grossisse de 10 à 16x, le gain se paie par une dégradation des images car le zoom numérique effectue une interpolation des pixels manquantes ce qui produit des images floues. L'emploi du zoom optique vous permettra par exemple d'enregistrer une planète de 48" comme Jupiter sur un bon quart, voire la moitié de votre écran LCD en fonction du grossissement de votre système optique. Si vous avez choisi le format d'image offrant la plus haute résolution, en additionnant plusieurs images vous pouvez espérer obtenir des tirages de qualité.

A défaut de disposer d'un mode manuel ou si vous risquez de tomber dans des vitesses d'obturation trop lentes où il y a un risque de bougé ou une perte de détails en raison de la turbulence, vous pouvez augmenter la sensibilité, tout en sachant qu'à partir de 400 ISO l'image risque de présenter du "grain", et ce grain ci ne peut pas être réduit par logiciel sauf en compositant plusieurs centaines d'images (traitées avec Iris par exemple ou, en mode vidéo, après traitement dans Registax par exemple) afin d'éliminer le bruit électrique aléatoire.

Ces quatre images sont exceptionnelles dans leur catégorie compte tenu des moyens utilisés. Il s'agit de compositages réalisés par Johannes Schedler avec un boîtier Nikon Coolpix 995 (3 Mpixels) sensibilisé à 400 ISO, fixé sur un Celestron 11 équipé d'un oculaire Pentax XL de 40 mm. Une image noire a été soustraite de l'originale qui fut ensuite corrigée sous Photoshop pour la balance des couleurs, le contraste et la netteté. En haut à gauche, le Trapèze d'Orion à 50% du mode télé, 5 images exposées 8 secondes chacune. A droite, M57 en mode zoom, 5 images de 60 secondes. En dessous à gauche, M42 et M43, mode wide, une seule image exposée 60 secondes. A droite, M31 photographiée en mode wide, 3 images de 60 secondes.

La fonction de réduction du bruit est malheureusement trop rarement implémentée dans les APN compacts et vous devrez souvent procéder manuellement pour supprimer ce bruit électronique : créer une image noire, la supprimer ensuite des prises de vues par traitement d'image, etc. Le travail est assez fastidieux. En revanche, si vous ne photographiez que des astres relativement brillants en haute résolution, vous pouvez vous passer de la réduction du bruit.

En guise de conclusion

Depuis 2005, on constate que les APN reflex sont devenus très performants et sont aujourd'hui tout à fait adaptés à l'astrophotographie à condition qu'ils disposent d'un mode manuel et éventuellement du format RAW. Optionnellement, si la partie proche infrarouge vous intéresse, il est utile de le défiltrer ou que sa bande passante soit suffisamment étendue dans le spectre visible pour qu'il supporte un clip-filter Astronomik "H-alpha" ou un "CLS" (Canon) afin d'enregistrer les émissions des nébuleuses dans la raie de l'hydrogène alpha.


A gauche, protubérances solaires en H-alpha photographiées le 19 fév 2001 par Bob Lapree avec un appareil digital Nikon Coolpix 990 (3 Mpixels) fixé sur une lunette utilisant un filtre Colorado ASP-60 (60 mm d'ouverture) et un zoom Meade 8-24 mm. A droite, une image du disque solaire réalisée le 27 mars 2001 à 14h30 CST par Mark Jenkins avec un télescope TMB de 105 mm f/6 sur monture Giro2 Deluxe équipé d'un filtre Baader Mylar objectif, d'un oculaire de 31 mm Tele Vue Nagler 5 et un Nikon Coolpix 990 utilisée en mode automatique (exposition de 1/394 s à f/8.5).

L'éclipse totale de Soleil du 11 août 1999 photographiée en Turquie par Masaya Kawagushi d'Astroarts avec un Nikon Coolpix 950 (1600 x 1200) fixé au foyer d'une lunette Takahashi de 60 mm APO (FC-65C). Exposition -2EV en mode automatique.

Les APN compacts sont également performants mais cela varie d'un modèle à l'autre. L'idéal est d'utiliser un modèle supportant le format RAW pour garder un maximum de souplesse lors du traitement, dont les automatismes sont débrayables et dont on a éventuellement retiré le filtre IR bloquant si la partie proche infrarouge vous intéresse. Dans ces conditions, utilisé en mode afocal ce compact devient presque aussi performant qu'un reflex. Cela fait beaucoup d'options qu'on ne retrouve généralement que sur une poignée de compacts haut de gamme.

Ainsi qu'on le constate, moyennant quelques accessoires et précautions pour la prise de vue, beaucoup d'APN permettent d'obtenir de belles photographies du ciel, y compris fixés derrière l'oculaire d'un télescope, sans avoir les contraintes des caméras CCD. Mais la qualité du matériel et les conditions de prises de vues ne constitueront jamais que la moitié du résultat car le savoir-faire du photographe et le traitement d'image (préprocessing pour le ciel profond et post-processing dans les autres cas) restent souvent des passages obligés pour obtenir une belle image corrigée de la pollution lumineuse, du bruit thermique ou pour accentuer les faibles lumières ou les détails.

L'auteur pratique la photographie depuis les années 1970 et a publié plusieurs articles techniques dans des revues consacrées à l'astronomie ou à la photographie dont le webzine Cours-Photophiles sous le titre "La photographie numérique".