Procédure de prétraitement d'images



Cette page décrit la procédure correspondant à l'étape de prétraitement d'images

Prérequis


Avant de pouvoir commencer le prétraitement des prise de vues, il faut disposer d'images de calibration appelées "Offsets", "Flats" et "Darks"


Pour réaliser des images avec uniquement le courant d'obscurité du capteur CCD ou "offset", il suffit de positionner le temps de pause minimum de l'appareil (1/4000s dans mon cas) avec le même réglade ISO que les images d'acquisition (l'appareil doit être placé dans le noir total)

Le nombre d'images offset à réaliser doit être important (50 à 100 environ) de façon à réaliser un offset maitre qui soit représentatif de la série statistique (médiane)

Les images d'offset n'ont pas besoin d'être réalisées à chaque séance d'acquisition. On peut donc se constituer une bibliothèque d'offsets avec des réglages ISO différents.

Avec le viellissement du capteur, il faudra penser à refaire la bibliothèque 1/an environ en fonction de la fréquence d'utilisation de l'appareil.















Pour réaliser des images dit de "flat field", il faut au préalable avoir réalisé la mise au point (appareil fixé sur l'imageur) et prendre le même réglade ISO que les images d'acquisition.

Il suffit de positionner une source lumineuse uniforme devant l'imageur et régler le temps de pause de façon à avoir un histogramme rempli au 2/3 environ (personnellement, j'utilise un écran à flat, certains utilisent une boîte à flat faite maison)

Les images de "flat" peuvent être réalisées juste après la mise au point ou après les acquisitions. Si les acquisitions sont réalisées sur une longue période, des poussières peuvent s'ajouter en cours de séance et il est donc préférable d'en refaire périodiquement.

Les images de "flat" sont à réaliser au minimum 1 fois à chaque séance. Leur nombre doit être suffisant pour avoir une médiane de la série statistique correcte (20 à 50 environ)















Pour réaliser les images correspondant au bruit thermique ou "dark", il faut que l'appareil soit placé dans le noir total (le capot de protection de l'imageur n'est pas suffisant car il laisse passer un peu de lumière)

Il faut créer autant de série d'images de "dark" que l'on a réalisé d'acquisitions avec des pauses différentes. Le réglade ISO doit être égalemnt le même que pour les images d'acquisition. (Exemple : 10 à 20 images à 360s / 800iso pour les acquisitions réalisées à 360s et 800iso)

Dans l'idéal, il faut réaliser les "darks" juste après la fin des acquisitions sur un objet car si elles sont créées en fin de séance, la température ambiante peut avoir évoluée et le capteur ne sera donc pas à la même température.

Les images de "dark" peuvent être rangées dans une bibliothèque où elles seront triées par température et par ISO. Attention cependant car de nouveaux pixels chauds peuvent apparaître à tout moment entre 2 séances et ils ne seront donc pas soustraits.












Avant de commencer le prétraitement des acquisitions, il faut retirer du lot toutes celles qui présentent des défauts : problème de guidage, avion ou satellite qui traverse le champ, OVNI, ...

Une analyse de l'autoguidage à partir des enregistrements effectués durant les acquisitions permet d'avoir une bonne idée de la qualité du suivi (outil PECPrep du projet EQMOD - Cf. page "Liens")

Afin de pouvoir automatiser le tri en fonction des temps de pose et du réglage ISO, j'utilise l'outil Exif Tool depuis une VM Linux (Lien vers le site dans la page "Liens") : ExifTool_Linux.zip

Le tri par température permet de récupérer les darks avec la température la plus proche de celles des acquisitions ansi que les temps de pose et les ISO correspondants.

Il faut bien comprendre que plus on dispose d'acquisitions à additionner pour le prétraitement et plus le rapport signal / bruit obtenu en sortie sera grand (meilleure qualité du signal utile dans l'image) D'après mes tests de prétraitements dans un ciel pollué, je me suis rendu compte qu'il me fallait au minimum disposer d'une dizaine d'acquisitions pour commencer à avoir un signal utile pas trop bruitée lors des traitements ultérieurs. Cependant, 20 à 30 acquisitions est la cible à atteindre si on veut arriver à maitriser le bruit lors des traitements (Comme le rapport signal / bruit n'est pas linéaire avec l'addition des acquisitions, plus on voudra augmenter ce rapport et beaucoup plus il faudra disposer d'acquisitions !)




Personnellement, j'ai réalisé un script sous Linux qui permet de créer une arborescence par séance d'acquisition et qui tri automatiquement les images en fonction qu'elles soient au format RAW ou JPEG puis par ISO, temps de pose et température.

Dans un 2ème temps, une fois que les images qui présentent des défauts ont été retirées, ce script déplace les images dans un répertoire "RETENU" qui servira au final pour l'étape de prétraitement.

Chaque répertoire "objet" des images brutes contient un fichier de température pour pouvoir faire la correspondance avec les darks. Voici un exemple de ce fichier qui contient dans l'ordre le réglage ISO et le temps de pose, le nom du fichier brute et la température de prise de vue :

1600_30 IMG_0017.CR2 22

800_120 IMG_0020.CR2 22

800_180 IMG_0032.CR2 21

800_180 IMG_0033.CR2 21

800_180 IMG_0034.CR2 21

800_180 IMG_0035.CR2 21

800_180 IMG_0036.CR2 21

800_180 IMG_0037.CR2 21

800_180 IMG_0038.CR2 21

800_180 IMG_0039.CR2 21

800_180 IMG_0040.CR2 21

800_180 IMG_0041.CR2 21

800_180 IMG_0042.CR2 21

800_180 IMG_0043.CR2 21

800_180 IMG_0044.CR2 21

800_180 IMG_0045.CR2 21

800_180 IMG_0046.CR2 21

800_180 IMG_0047.CR2 21

800_180 IMG_0048.CR2 21

800_180 IMG_0049.CR2 21

800_180 IMG_0050.CR2 21

800_180 IMG_0051.CR2 21

800_180 IMG_0052.CR2 21

800_180 IMG_0018.CR2 22

800_180 IMG_0021.CR2 22

800_180 IMG_0022.CR2 22

800_180 IMG_0025.CR2 22

800_180 IMG_0026.CR2 22






Prétraitement


Le process de prétraitement que j'utilise est réalisé par le logiciel "IRIS" de Christian Buil dans sa dernière version V5.59 dont le lien est communiqué dans la page "Liens".

Afin de rendre le process automatisable, Christian Buil a eu la bonne idée de pouvoir scripter la plupart des commandes. Afin de ne pas partir de zero, j'ai réutilisé et adapté à mon besoin le script de "Tiflo-Astro" dont le lien est communiqué dans la page "Liens".

Le pretraitement consiste à retirer pour chaque image acquise le courant d'obscurité (offset) et le bruit thermique sans l'offset (dark) et de diviser le tout par le "flat field" sans l'offset.

Formule étendue : image_pretraitee = ( image_brute - offset_maitre - (dark - offset_maitre) ) / ( flat - offset_maitre )

Formule simplifiée : image_pretraitee = ( image_brute - dark_maitre ) / ( flat_maitre_sans_offset )

Avec : offset_maitre = mediane de tous les offsets ; dark_maitre = mediane de tous les darks ; flat_maitre_sans_offset = mediane de tous les [ flat - offset_maitre ]

Les différentes étapes de pré-traitement sont les suivantes :

1/ Conversion des images brutes (RAW) au format IRIS "PIC"

2/ Generation de l'offset maitre = mediane (offsets)

3/ Generation du dark maitre = mediane (darks)

4/ Generation du flat_maitre_sans_offset = mediane (flats - offset_maitre)

5/ Application du pré-traitement pour chaque image acquise : image_pretraitee = ( image_brute - dark_maitre ) / ( flat_maitre_sans_offset )

6/ Conversion en couleur des images prétraitées

7/ Alignement de toutes les images prétraitées en couleur (transformation geométrique)

8/ Normalisation du niveau médian de chaque image alignée avec ajout d'une valeur constante (constante à 1000 dans le script)

9/ Addition (ou registration) des images alignées par la methode "Sigma clipping"





La configuration du logiciel IRIS se fait à 2 niveaux :

1/ Il faut initialiser via le menu "Réglages" le répertoire de travail ainsi que le répertoire ou se trouve les script IRIS puis choisir le format de fichier "PIC" qui est le format natif par défaut de IRIS.

2/ Il faut ensuite configurer via le menu "Réglage caméra" le type du capteur utilisé pour les prises et choisir le mode "Lineaire" (Laisser le binnig à "x1" par défaut et ne pas appliquer la correction de la balance des blancs)





















La première étape avant de lancer le script de pretraitement consiste à decoder toutes les images RAW au format PIC : les offsets, les darks, les flats et les images d'acquisition.

1/ Lancer la fonction de décodage IRIS depuis le menu "Photo numérique" en sélectionnant "Décodage des fichiers RAW" : une boite de dialogue s'ouvre.

2/ Sélectionner tous les fichiers RAW à convertir depuis l'explorateur de fichiers et faire un glisser dans la boite de dialogue.

3/ Taper le nom du sufixe de chaque image convertie et sélectionner "CFA" : toutes les images converties se trouvent dans le répertoire de travail et se nomment "[suffixe][Id].pic"
















Nous voici à l'étape de prétraitement automatisée : les scripts IRIS que j'utilise peuvent être téléchargés ici : SCRIPTS_IRIS.zip

1/ Ouvrir le panneau de commande en cliquant sur l'icône situé juste à gauche de l'icône "Appareil photo"

2/ Pour des images couleurs, il suffit de lancer le script correspondant dans le panneau de commande avec les arguments suivants :

"run IRIS_APN_Pretrait_Couleur [nb offset] [nb darks] [nb flats] [nb_brutes]"

Remarque 1 : L'étape de génération de l'offset maitre a été volontairement mise en commentaire dans le script car rarement effectuée à partir du moment où on dispose d'une bibliothèque d'offsets.

Remarque 2 : Si on ne dispose pas d'image de flat, on peut utiliser le script "IRIS_APN_Pretrait_Flat_simule" qui va créer un flat "synthétique" neutre au lieu de le réaliser avec de vraies images de flat field.

Remarque 3 : J'utilise d'autres script IRIS pour aligner / fusionner 2 séances d'acquisition différentes (augmentation du temps de pose global si les acquisitions ont été prises dans les mêmes conditions de cadrage, d'ISO et de temps de pose)

Attention : le nombre de caractères étant limité (100 carac. max) pour les chemins d'accès aux répertoire de travail et de script, le lancement du script s'arrête en erreur et il faudra dans certains cas réduire le chemin d'accès.

















A la fin de l'exécution du script, la seule étape qu'il reste à effectuer consister à ajuster automatiquement les niveaux pour créer une image "Quick Look"

1/ Au niveau du panneau "Seuils de visualisation", cliquer sur "Auto" : les niveaux sont ajustés mais que pour l'affichage (pas l'image générée)

2/ Sauvegarder l'image "Quick Look" en tapant dans le panneau de commandes : "savejpg QL 1"

La sortie du prétraitement qui nous interresse a été sauvegardée par le script : image_couleur.psd. Il suffit de copier / déplacer le fichier dans le répertoire de travail du traitement d'image réalisé avec Photoshop.

































Résultat


Différence entre une image brute acquise (800 iso / 240 s) et la sortie du prétraitement (27 images retenues après tri puis additionnées)

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Image brute acquise (800 iso / 240 s)

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Sortie du prétraitement (27 images additionnées)




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