Courant d'obscurité et champ plat

Observer

Champ plat

Le champ plat mesure la réponse du CCD d'une chaîne instrumentale à un éclairement uniforme. Cette réponse, idéalement uniforme, ne l'est bien sûr pas tout à fait dans la pratique. Les différences à une réponse uniforme proviennent du champ de variations de la réponse des pixels, des défauts de la galette CCD, et aussi des conditions d'éclairement qui peuvent être modulées par le montage instrumental en amont du détecteur.

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Enregistrement du champ plat d'une matrice. Il est nécessaire de bien mesurer la réponse de la matrice CCD sur une source uniforme, afin d'identifier les gradients de réponse des pixels.
Crédit : ASM

Détermination du champ plat

Obtenir un champ plat n'est pas toujours facile, car il faut disposer d'une source la plus uniforme possible. Différentes techniques permettent d'aboutir à un résultat performant :

blancplat.jpg
La zone peinte en blanc sur le dôme peut servir à l'enregistrement de champ plat.
Crédit : ASM

Signal d'obscurité

Comme son nom l'indique, le signal d'obscurité correspond au signal enregistré alors qu'aucune source n'éclaire le détecteur. Il correspond à la création de porteur de charges (typiquement 1 électron par pixel toutes les 10 secondes) par simple agitation thermique.

Obtenir une bonne image du courant d'obscurité nécessite de poser aussi longtemps que pour la pose scientifique. Ceci peut prendre du temps... mais n'a heureusement pas besoin d'être mené sur le ciel.

Le courant d'obscurité est modulé sur le champ de la caméra selon la technologie de fabrication des détecteurs. Des pixels abimés peuvent produire un grand nombre de charges parasites : on parle de pixels chauds.

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Signal d'obscurité.
Crédit : ASM
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Le pixel chaud présente un très fort signal sur cette image de signal d'obscurité. Le signal numérique a été représenté en échelle logarithmique pour améliorer la dynamique de la représentation.
Crédit : ASM

Traitement d'image

Les corrections d'obscurité et de champ plat redressent l'information photométrique d'une image.

traitsympa.png
Coupe le long de 3 images de Jupiter observé dans le visible. En bleu foncé sans correction du signal d'obscurité : on remarque que le fond de ciel n'est pas à zéro. En bleu ciel, après correction du signal d'obscurité : le signal du fond de ciel est ramené à valeur nulle. En rouge : après correction du champ plat.
Crédit : ASM

Apprendre

objectifsObjectifs

Deux étapes sont indispensables dans le traitement d'une image CCD. La correction d'un offset lié à divers signaux parasites dont le courant d'obscurité, et la correction de champ plat.

Le courant d'obscurité

Au signal astrophysique \mathcal{I}_\star se superposent différentes contributions, additives, dont principalement le courant d'obscurité.

En raison du bruit thermique, le détecteur délivre un courant en l'absence de toute puissance lumineuse, appelé courant d'obscurité. Sa contribution \mathcal{I} _{\mathrm{noir}}, additive, est à retrancher.

Carte de réponse

La réponse de la chaîne instrumentale, y compris la caméra, n'est pas uniforme. Une pose sur une source uniforme fournit le champ plat : la réponse normalement uniforme à une excitation uniforme, en fait potentiellement déformée par les divers éléments, et modulée par la réponse non uniforme des pixels.

On note \mathcal{I} _{\mathrm{plat}} la réponse à cette excitation uniforme. Cet effet est multiplicatif.

Séquence de traitement

On passe de l'image brute \mathcal{I}_\star à l'image finale \cal F par soustraction des effets additifs et division par les effets multiplicatifs :

\mathcal{F} \ = \ { \mathcal{I}_\star - \mathcal{I} _{\mathrm{noir}} \over \mathcal{I} _{\mathrm{plat}}}

Idéalement, la réponse du champ plat est normalisée, de moyenne 1. En pratique, il est indispensable d'acquérir une image de champ plat avec le meilleur rapport signal à bruit. De toutes façons, l'étalonnage de la réponse \mathcal{F} nécessite des sources de référence.

Simuler

Correction élémentaire du champ plat

A l'aide de l'appliquette ci-jointe, assurer la correction du champ plat.

Correction du champ plat application.png

Correction élémentaire du courant d'obscurité

A l'aide de l'appliquette ci-jointe, assurer la correction du courant d'obscurité. La correspondance entre les noms de fichiers et les images est la suivante, selon le rang des lettres :

  1. f = flat : champ plat, j : image jovienne, d=dark : courant d'obscurité.
  2. s : SYMPA : projet de sismologie jovienne ; images enregistrées en 2004 au télescope de l'Observatoire San Pedro Martir au Mexique.
  3. A ou B : 2 familles d'images enregistrées par 2 voies différentes de l'instrument SYMPA.
  4. N : numéro de l'image jovienne.

Correction du courant d'obscurité application.png