Appareil photo numérique

Nul besoin d'avoir un télescope et des caméras sophistiquées pour faire de l'astrophotographie. Un simple appareil photographique est suffisant. Aujourd'hui avec l'omniprésence des appareils photos numériques (APN), il est facile d'essayer et de voir le résultat immédiatement.
Trois types d'APN existent: le compact, le bridge et le réflex. Les deux premiers sont des appareils photos avec des objectifs non interchangeables. De plus ils ne permettent pas une maîtrise totale de tout les paramètres. A noter que le brigde permet quand même de changer quelques paramètres. Par conséquent ils ne sont pas très indiqués pour l'astrophographie mais ils permettent une première initiation.
Je traiterai ici du réflexe numérique. Certaines choses que nous verrons seront applicables aux compacts et bridges.

Sommaire

1. Notions importantes
2. Fonctionnement d'un réflex
3. Réglages pour l'astrophotographie
4. Technique d'acquisition pour le ciel

Notions importantes

Pour photographier les astres, il est nécessaire d'avoir quelques notions d'optique. Les programmes automatiques sont souvent inefficace sur les astres car les conditions sont inhabituelles.

La focale

La focale est la distance qui sépare l'objectif du plan où se forme l'image lorsque l'objet est à l'infini. La focale nous renseigne sur le grandissement de l'objet fourni par l'objectif. Plus elle est petite moins l'objet sera agrandi. On parle d'objectif grand angle. Les objectifs fournis avec les réflexes sont généralement de 50mm pour des pellicules ou capteur haut de gamme. Pour les réflexes numériques moyen de gamme (capteur de 22x15 mm, elle est de 35 mm.)

pour connaître la focale équivalente en 24x36 mm, il faut multiplier par 1,6.

On en conclue que pour photographier, la voie lactée il faudra une courte focale car elle occupe une grande portion du ciel, et pour photographier les planètes il faut une longue focale.

L'ouverture

L'ouverture d'un appareil photo est le rapport entre la focale et le diamètre d'un objectif. Certains objectifs possèdent un iris mécanique pour modifier l'ouverture en limitant la quantité de lumière qui rentre dans l'objectif. Les valeurs se déclinent de 2.8 à 16.0 en passant par 4.0, 5.6, 8 et 11.

entre chaque valeur, la quantité de lumière est divisé par deux.

L'ouverture d'un objectif est très important. Plus elle est faible plus les images sont piquées et plus la profondeur de champs est grande. Mais qu'est ce que la profondeur de champs? C'est une zone de netteté en avant et en arrière de la zone de mise au point. Cela permet dans une scène d'avoir des objects proches nets ainsi que d'autres plus lointain. C'est une notion très utile pour photographier les conjonctions ou alors mettre en scène le ciel nocturne.

Le temps de pose

Les appareils photo peuvent exposer leur capteur plus ou moins longtemps en fonction de la quantité de lumière qu'ils reçoivent. Le temps de pose peut aller de d'une fraction de seconde(1/2000) agrave; l'infini (pose B). Dans le cas des grand temps de pause, il est nécessaire de prendre un pied car à main levée les images seront floues.

l'inverse de la focale utilisée en temps de pose, vous donne la limite d'une utlisation à main nue.

Fonctionnement d'un réflex

Toutes ces notions, c'est bien beau mais comment fonctionne un appareil photo réflexe numérique?
Comprendre le fonctionnent vous aidera à mieux saisir sur quoi agissent les réglages et à anticiper les besoins pour tel ou tel astre.

Crédits: Julien Achard

Un réflex est composé de plusieurs éléments principaux:

• L'objectif: c'est l'une des pièces la plus importante d'un appareil photo. Pour être clair tout de suite, son prix peut dépasser très largement le prix de l'appareil nue. L'objectif est l'entonnoir à lumière de l'appareil photo. Il en existe de plusieurs types. A focale fixe, focale variable (zoom), manuel, automatique, grande ouverture, grand angle. Le choix du type dépendra de l'utilisation que l'on veut faire. Il est composé généralement de plusieurs lentilles qui guident la lumière vers le capteur. Le prix dépend grandement de la qualité des lentilles ainsi que de leur agencement et du nombre. Un zoom automatique sera généralement plus cher qu'un objectif à focale fixe.
• Le capteur: c'est le remplaçant de notre bonne vielle pélicule argentique. Il capte les photons pour les convertir en charge éléctrique. Il en existe de plusieurs tailles. Cette taille dépend du nombre de pixels et de la taille de ces pixels. La taille des pixels(ou photosites) est un paramètre important car plus elle est grande plus il captera de la lumiè et sera donc sensible. Les capteurs des instruments scientifiques professionels ont des pixels de 40 µm en moyenne et ceux du grand publique de 10 µm environ.
• Le miroir basculant: ce miroir permet de voir directement à travers l'objectif. Lorsqu'on joue sur le temps de pose, on joue sur la vitesse de basculement de ce miroir et donc sur le temps que le cateur est exposé.

Maintenant que l'on connais les principaux éléments constitutifs de l'appareil photo réflex, voici ce qui se passe lorsqu'on prend une photo (mode automatique).

La mise au point est effectuée ainsi que le calcul de l'ouverture. Puis le miroir bascule et expose le capteur le temps de la pose puis rebascule dans sa position viseur. Pendant l'exposition le capteur accumule les électrons issus de la conversion des photons en électron. Puis à la fin de l'exposition les électron sont converti en ADU (Analogique Digital Unit). Le processeur de l'appareil traite le signal électrique et reconstitue l'image puis la stoque dans la mémoire.

Réglage pour l'astrophotgraphie

En photographie stellaire, on manque creuellement de lumière. On va donc choisir un temps de pose très long pour accumuler les photons sur le capteur. Pour cela il faut se mettre en pause B. Ce mode permet de faire des temps de pause de la longueur voulue. C'est l'utilisateur qui choisi quand arrêter l'exposition du capteur. Suivant l'objet (galaxie, planète, nébuleuse, champs d'étoile), l'objectif choisi et l'ouverture, on va déterminer le temps de pause nécéssaire pour révéler notre astre. Celui-ci peut aller de quelques minutes à plusieurs heures.
Je vous entend déjà dire: Houlala, mais comment je vais faire pour tenir l'appapreil photo pendant tout ce temps?
Pas de panique, il est évident qu'il faut utiliser un pied pour cela. Il vous permettra de vous reposer et surtout de stabiliser l'appareil photo pour ne pas avoir des images floues. Essayer de faire une pause de 3 minutes, en tournant l'objectif de votre appareil vers des étoiles brillantes.
Vous devriez obtenir ceci:

Comme vous le voyez, les étoiles ont bougé. Par contre l'arbre en avant plan est net. Alors pourquoi les étoiles ont bougé? Rappelez-vous vos cours de CM2. La terre tourne sur elle même. Par conséquent lorsqu'on on regarde les étoiles nous bougeons par rapport à elle. Du coup nous les voyons bouger dans le ciel. Sur des longues pauses, ce phénomène apparaît.
Pour corriger cela, il faut faire des pauses plus courtes. Avec un objectif de 50mm de focale, on peut faire des pauses de 20 secondes sans que le déplacement ne se voit sur l'image. En réalisant plusieurs images et en les additionants, on reproduit l'équivalent d'une image prise avec une pause équivalent à la somme de chaque petite pause.
Cette première technique, vous permet de réaliser des photographies de ciel nocturne mais pour photographier des objets plus diffues, il va falloir poser plus longtemps. L'utilisation d'un télescope ou d'une lunette va permettre de tirer le portrait à des objects plus difficiles.
La première solution consiste à fixer votre appareil en parallèle avec votre instrument optique (télescope, lunette). Ainsi votre réflex suivra le mouvement de votre instrument et l'objet visé restera au centre du capteur. Avec le suivi vous pourrez utiliser des focales plus longues ou des zooms pour révéler tous les détails de l'astre visé.

Montage en parallèle d'un appareil photo avec un télescope. Source: luxorion

Pour ce montage un bonne alignement de l'appareil photo avec le télescope est obligatoire si vous voulez visée des objects très faibles en luminosité. Le télescope vous servira de puissant viseur dans ce cas là.
La deuxième méthode consiste à fixer le réflexe au foyer du télescope. Ce montage permet de profiter de la longue focale du télescope et donc du pouvoir de grandissement de celui-ci.

Montage d'un appareil photo en série avec un télescope.

Technique d'acquisition pour le ciel

Pour réaliser de belles photos et utliser pleinement la puissante des appareils photographiques numériques, il y a un certain nombre d'images différentes à prendre.

L'offset: c'est un signal ajouté à la valeur de chaque pixel pour qu'en pleine pénombre le capteur ne renvoit pas de valeurs négatives. Malheureusement, lorsqu'on prend une photo d'un noir, il n'est pas très noir. Il faut donc pouvoir enlever cette offset. Pour réaliser un offset, on faut faire une image au temps de pose de zéro seconde. Bon ceci n'est pas vraiment réalisable mais une photo prise au 1/4000eme ou 1/8000eme de seconde fera parfaitement l'affaire.

Le dark: sur de longues poses, votre image va contenir des pixels chauds vous faisant croire que ce sont des étoiles. Il faut savoir que les capteurs possèdent un bruit thermique. L'orsque les pixels sont exposés longtemps, il arrive que certains pixels crééent un signal électrique issu de l'agitation thermique faisant croire qu'ils ont capté de la lumière. Pour s'afranchir de cela, le jeu consiste à réaliser un dark. Cette image doit avoir la même duré que l'image normale et s'effectue en obstruant complètement l'objectif de l'appareil photo. Le capteur va ainsi enregistrer que son bruit thermique propre. L'image résultante contient tous les pixels chauds.

La PLU: Les pixels du capteur n'ont pas tous la même sensibilité. De plus ils ne reçoivent pas tous la même lumière à cause de l'optique et du vignettage. Il en résulte un assombrissement sur les bords de l'image. De plus le capteur peut avoir à sa surface des poussières. Tout ceci dégrade l'image. Il faut donc réaliser une PLU (Plage de Lumière Uniforme).Pour cela il faut photographier une source de lumière uniforme comme une écran blanc.

Une fois l'acquisition de ces différentes images effectuée voici la formule qu'il faut appliquer pour corriger vos photos d'astres.

Bien sur il existe des logiciels pour le faire automatiquement comme IRIS (voir Liens)

Vous avez j'espère, une première vision de l'utilisation d'un appareil photo réflex pour l'astrophotographie. Je vous invite à vous rendre dans le section Tutoriel pour apprendre les meilleurs réglages en fonction de l'object que vous voulez photographier.

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