Travailler des images planétaires en noir et blanc
Introduction à l'astrophoto planétaire
En astronomie, la capture des planètes éloignées du système solaire n'est pas aisée. L'ennemie des astrophotographes est la turbulence atmosphérique. La polution lumineuse est génante mais bien moins pour le planétaire que pour le ciel profond (étoiles, nébuleuses, galaxies).
L'acquisition planétaire se fait au travers de films de plusieurs secondes. Pour lutter contre la turbulence, le temps d'exposition de chaque frame (image) de la vidéo doit être le plus court possible. Mais ceci ne suffit pas.
Il est nécessaire d'utiliser les logiciels "d'empilement". C'est logiciels traitent chaque image de la vidéo pour en retenir les images les plus exploitables et de composer une image finale en additionnant les meilleurs zones de chaque image.
Mais là encore le signal est confu et doit être retravaillé pour faire ressortir les détail du bruit de l'image.
Ensuite il faut travailler sur la lumière et le contraste des images. Si l'image est en couleur (composition d'images nor et blanc prises avec un filtre rouge, un filtre vert et un filtre bleu et un filtre pour la luminence) il faut re équilibre les couleurs.
TIm-L permet de retravailler la luminosité et le contraste des images qu'elles soient en noir et blanc ou en couleur. Néanmoins il est plus adapté pour le traitement des images en noir et blanc.
L'inconvénient du planétaire est que les images acquises qui sortent de l'empilement sont peu lumineuse et faibement contrastées.
Voici deux exemple d'images. Saturne sort de la chaîne acquisition empilement et amélioration du signal avec un logiciel dédié. Jupiter n'a pas fait l'objet d'une amélioration du signal après l'empilement mais à fait l'objet d'un calcul de convolution (intranet.geociel.fr/public/knowledge/autres/Traitement%20d%20Image/Convolution.html, docs.gimp.org/fr/plug-in-convmatrix.html).
Les courbes de luminance montrent parfaitement le faible contraste de ces images et la prépondérance du noir. Elles permettent aussi de constater que le noir n'est pas si noir que çà.
La première courbe représente la luminance de Saturne et la deuxième celle de Jupiter. En bas à gauche est mis en évidence que le noir du fond de l'espace n'est pas réellement noir. Pour les deux images, le noir peut avoir une luminance de 20 sur une échelle de 0 à 255.
Pour Saturne, le signal exploitable se trouve entre les répères 60 et 140. Pour Jupiter la plage est encore plus réduite (150 à 185).
Saturne :
Pour rendre sa dynamique à la photo de Saturne, il faut réduire la profondeur de luminance. C'est à dire qu'il faut étendre la plage [60, 140] où le signal est exprimé sur une plage plus grande afin de pouvoir augmenter les contrastes. L'image étant assez sombre (moitié inférieur de la plage de luminance) il faut aussi l'éclaircir. Pour l'éclaircir, il faut décaller la plage vers la droite c'est à dire vers des valeurs de luminance plus élevée.
Il existe deux repères pour savoir si l'image de Saturne est correcte ou non. Le premier est la visualisation de la division de cassini (cf. fr.wikipedia.org/wiki/Division_de_Cassini) et la visualisation du troisième anneau le plus proche de la planète.
Sur l'image source, la division de cassini est correcte, par contre l'anneau intérieur n'apparait presque pas. Il n'est pas assez clair. Mais en regardant attentivement, le signal est perceptible mais faible.
Le retraitement avec TIm-L a pour objectif d'améliorer la luminisité de Saturne et d'intensifier le troisième anneau. Ceci sans dégrader la division de Cassini.
La source étant faiblement contrasté, il ne faut pas s'attendre à des résultats exceptionnels.
La première chose est d'ettendre la plage de valeurs. On en profite pour supprimer les faux noirs. Pour réaliser ceci il suffit de décaller l'échelle de luminance vers la droite.
Ce qui fait que toutes les valeurs de luminance à gauche de la courbe auront une valeur de 0 que 90 sera ramenée à 40. Mais comme aucune modification n'a été faite sur le côté droit, la valeur 255 restera à 255. Ce qui augmente le nombre de valeur possible de luminance exprimable pour la photo. Celà revient à faire un "zoom" sur la plage de 60 à 255 et de permetre d'exprimer 255 valeurs différentes sur cette plage qui permettait de n'exprimer que 195 valeurs. Ceci étant vrai si on ne touche pas au coefficient gamma et que l'on applique la droite de transformation. Dans ce cas, les tons les moins clairs de la photo seront assombris alors que les tons les plus clairs ne seront que très peu modifiés. Celà n'allant pas dans le sens de notre objectif qui est d'éclaircir la photo.
Avant d'aller plus en avant rappelons que nous souhaitons améliorer la perception de la division de Cassini ainsi que celle de l'anneau intérieur. Pour améliorer la division de Cassini, il faut augmenter le contraste entre celle-ci et les deux anneaux l'entourant. Une amélioration par la courbe gamma est suffisante puisqu'elle va intensifier les contrastes autour de la division de Cassini. Le tout étant de trouver le bon coefficient gamma.
Sur la photo d'origine, la luminance de la division de Cassine est aux alenteours des 80. L'anneau extérieur aux environs des 90 et l'anneau intérieur des 110. Il faut améliorer le contraste entre ces valeurs. Après plusieurs essais, il s'avère que le coefficient gamma adapté soit de 1,60. Les conséquences sont que l'échelle de luminance passe d'environ 30 à 255. Mais le point le plus important c'est que la variation de la courbe est plus importante qu'à l'origine aux environ de l'espace qui nous intéresse (80 à 110).
Cette valeur de gamma et l'application de la courbe répond à l'ensemble de nos objectifs. En l'appliquant, la luminosité de Saturne n'est pas irréelle. Trop lumineuse l'image serait "artificielle". Pas assez, la photo ne serait pas belle. A ce niveau là c'est une question de goût.
La différence entre les deux ne semble pas éclatante, mais la Saturne retravaillée est plus lumineuse, la division de Cassini est bien perceptible et les anneaux sont plus éclatants. Et le dégradé de l'anneau intérieur vers Saturne qui indique la présence du troisième anneau se perçoit mieux. Mais comme je l'indiquais, à partir de là c'est une question de goût.
Jupiter
Le retraitement de Jupiter est plus intéressant que celui de Saturne. L'atmosphère de Jupiter est riche avec ses bandes équatoriales et la GTR (Grande Tâche Rouge).
L'objectif est d'augmenter le contraste de l'atmosphère de Jupiter. La chaîne d'acquisition a rendu une image faiblement lumineuse et faiblement contrastée. La faiblesse du contraste diminue la perception de la beauté et de la complexité de l'atmosphère Jupitérienne.
L'objectif est d'augmenter les contrastes sans saturer la bande claire à l'équateur.
Comme pour Saturne, afin d'augmenter globalement les contrastes, il faut réduire l'échelle c'est à dire faire un zoom pour augmenter l'echelle de valeurs utilisables pour le signal significatif. Ce qui a pour effet d'augmenter les contrastes. Décaller le bas de la droite vers le centre de l'échelle et faire de même avec le haut va permettre d'augmenter globalement et de façon linéaire le contraste sur l'ensemble de la photo.
Telle quelle, la nouvelle droite de référence augmente fortement les contrastes, mais beaucoup trop sur les teintes les plus claires. Un autre enjeu est de conserver de forts contrastes dans les zones les plus claires afin de faire apparaitre les détails des bandes atmosphériques les la plus lumineuses. La courbe anté-gamma est très bien adaptée. Il suffit juste, par itération de trouver le bon coefficient. L'inconvénient de la courbe anté-gamma est qu'elle va beacoup trop assombrir les tons les moins clairs (bandes sombres, mais surtout le limbe de Jupiter). Il va falloir utiliser la courbe mixe afin de trouver le bon équilibre antre le gamma et l'anté-gamma.
Anté-Gamma Mixe
Pour le résultat final, tout dépend de l'objectif : Soit faire apparaître les détails, soit faire un compromis entre le contraste des détails et l'esthétisme du rendu.
A titre personnel, j'opte pour l'application de la courbe mixe, même si je perds certains détails.
Les réglages retenus :
Comparaison avant / après en appliquant les transformations de la courbe mixe :
Ensuite, ce n'est qu'une question de goûts...