voici un petit outil permettant de comparer les Lunettes et Télescopes en astrophoto du ciel profond selon différents critères.
Cela peut aussi permettre de sélectionner son instrument selon le champ qu'on veut imager, la résolution à atteindre, la taille de l'image de l'objet sur le capteur et le temps de pose...
j'ai fait abstraction des conditions d'imagerie, de la qualité du site, des conditions météos, et de la qualité intrinsèque de chaque système optique et type de caméra. Pour ceux que les calculs rebutent, ils peuvent directement aller à l'analyse des résultats ci-dessous.
Le fichier (de type open office calc) est constitué de 2 onglets :
Astrophoto-Telescopes-Comparateur-V2.1 .ods- (36.32 Kio) Téléchargé 298 fois
- le 2éme onglet est un onglet de travail sur une comparaison plus personnelle à base d'une liste de télescopes qui m'intéressent. Il pourra aussi vous servir de simulateur avec vos propres setups. J'y ai notamment ajouté le diamètre du champ corrigé pour vérifier son adaptation avec la diagonale du capteur utilisé et je fais varier la caméra et donc la taille du capteur et des pixels, pour voir les impacts sur le champ couvert, l'échantillonnage, la taille de la zone imagée, la densité de lumière sur un pixel etc...Ceci devrait me permettre de déterminer la meilleure combinaison Telescope + Caméra selon l'objet à couvrir.
Les critères de comparaison entre systèmes d'imagerie ( Télescope + caméra) sont les suivants :
- la capacité à collecter la lumière (donc le nombre de photons collecté pour un temps de pose donné) qui dépend uniquement du diamètre et donc de la surface de la lentille ou miroir qui va collecter la lumière
- la capacité a grandir et étaler l'image de la cible sur le capteur qui dépend ici de la focale et de la caméra utilisée
- la résolution et donc les plus petits détails perçus par le capteur fonction de l'échantillonnage du système d'imagerie
- Le champ couvert par toute la surface du capteur
- La densité de lumière canalisée sur un pixel
Avertissement : pour des raisons de simplification, les valeurs exprimées ne correspondent pas en général à une unité physique calculée selon les formules physiques complètes (comme par exemple la densité et quantité de lumière). Néanmoins les valeurs calculées sont du bon ordre de grandeur (on pourrait dire que ces valeurs approchées sont proportionnelles aux valeurs exactes). Ces valeurs approximées sont complètement suffisantes pour déduire des "scores" servant ainsi à classer les lunettes et télescopes selon leur capacité et rapidité à collecter la lumière et donc à imager. Cela pourra aussi donner une idée des rapports de temps de pose à appliquer quand on passe d'un instrument à un autre.
Pour faciliter la compréhension, on va se focaliser sur le 1er onglet.
Que peut on voir sur ce 1er onglet ?
La capacité à collecter les photons
- Les Lunettes/télescopes sont classés et triés selon la colonne AA qui représente la performance de collecte de lumière pour une zone à imager d'une dimension donnée indiquée dans les cellules W3 et X3 (ici la comparaison est faite pour une zone de 40 sur 30 minutes d'arc, mais vous pouvez changer ces dimensions selon vos besoins)
- La colonne AB est associée à cette colonne AA et permet de qualifier la rapidité du télescope par rapport à une lunette/télescope de référence et pour une zone à imager donnée.(ici c'est la 100mm ouverte à F5.8 indiquée en cellule W1 du tableau mais vous pouvez aussi changer la référence en copiant le libellé d'un autre télescope)
- on voit sans surprise que le classement favorise les télescopes avec un diamètre plus important et le ratio de rapidité varie selon le carré du diamètre des lentilles ou miroirs collectant la lumière. Pour calculer cette rapidité, on considère la totalité de la lumière reçue par le capteur pour la zone à imager (et non pas la quantité de lumière reçue par un seul pixel).
- ainsi en colonne AC vous avez le coefficient 1 ou ratio de rapidité entre télescopes selon les différents diamètres, pour la zone à imager considérée
- par exemple un 200mm est 4X plus rapide que la lunette de 100mm (ou collecte 4X plus de lumière pour un même temps de pose), un 250mm X6.25 plus rapide et un 300mm X9 plus rapide...etc..
L'impact de la focale sur taille de l'objet imagé sur la capteur et sur le champ couvert par le capteur
- Les colonnes Y et Z donnent en pixels la taille obtenue sur le capteur pour une cible donnée (indiquée en cellules W3 et X3)
- par exemple pour un 200 mm ouvert à 4 et donc de 800mm de focale, la cible de 40x30 minutes d'arc fera une taille sur le capteur considéré de 2453x1840 pixels. Si on compare avec un 200mm ouvert à 2 et donc 400mm de focale, la même cible de 40x30 minutes d'arc fera une taille de 1226x920 pixels donc exactement une taille 2X plus petite en largeur et hauteur.
- La taille de la cible en pixels, projetée sur le capteur sera donc de taille variable selon la focale utilisée
- La colonne T intitulée "Mosaique" fait juste une comparaison entre les valeurs du champ cible à imager indiqué en cellules W3 et X3, et les valeurs calculés pour le capteur. Si le champ à imager est plus grand que ce que le capteur couvre en champ réel, alors ceci imposera de réaliser une mosaique. (indiquée par un "oui" comme valeur)
L'impact du rapport F/D sur la quantité de lumière collectée par un pixel (ou densité par pixel)
- La colonne X correspond à la quantité de lumière par pixel, ce qu'on appelle encore la densité par pixel
- cette densité de lumière par pixel va aussi varier selon l'échantillonnage et le rapport F/D.
- pour un télescope de 200mm ouvert à 2 comparé au télescope de 200mm ouvert à 4, les 2 collectent la même quantité de lumière en entrée , mais cette lumière est concentrée sur 4x moins de pixels pour le télescope ouvert à 4 par rapport à celui ouvert à 2 (2X moins en hauteur et 2X moins en largeur).
- Si vous regardez en colonne X, la densité de lumière par pixel est en effet 4X plus forte pour le télescope ouvert à F2, ce qui pousse souvent à dire que pour un diamètre et capteur donné, un télescope ouvert à 2 sera 4 fois plus lumineux donc 4X plus rapide quand on compare la densité de lumière reçue par un pixel. mais cela se fait au prix d'un agrandissement X2 moindre que pour celui ouvert à 4.
- Si on veut la même densité de lumière sur notre télescope ouvert à 4 par rapport au Télescope ouvert à 2, il faudra soit quadrupler le temps de pose ou soit doubler son diamètre pour un temps de pose identique.
- ainsi en colonne AC, vous trouverez le coefficient 2 ou ratio de rapidité entre télescopes par rapport à la lumière collectée par un seul pixel- autrement dit entre un 200mm ouvert à 4 et un 200mm ouvert à 2, on aura une focale 2 fois plus longue avec un grandissement 2 fois plus grand de la zone à imager, mais pour avoir la même quantité de lumière par pixel avec celui ouvert à 4, il faudra poser 2 fois plus longtemps
- une autre conséquence de cette densité plus forte pour les télescopes très ouverts : c'est le remplissage en électrons du pixel pour éviter de saturer notamment les étoiles. Ceci dépendra par ailleurs d'un autre paramètre propre à la caméra qui est sa capacité de remplissage ou stockage en électrons, avant que le pixel ne sature (à voir selon les spécifications de la caméra).
- cela impose en général des poses beaucoup plus courtes sur ce genre de télescopes très ouverts (entre F/D 2 et F/D 4 notamment)
- autre point intéressant à regarder : c'est bien le rapport F/D qui conditionne la densité de lumière quelque soit le diamètre du télescope...donc un 100mm, 150mm ou 300mm à F4 auront la même densité de lumière par pixel (avec le même capteur).
La résolution et l'impact de l'échantillonnage
- La colonne Q correspond à la résolution (plus petit détail) correspondant à l'angle soutenu par un pixel. On parle d'échantillonnage exprimée en secondes d'arc par pixel. Plus cette valeur est petite et plus la résolution sera forte, mais plus le suivi devra être rigoureux pendant toute la durée de la pose.
- à noter que j'ai ajouté une valeur en entrée pour la Turbulence en colonne W4 de 2 secondes d'arc. Cette valeur est déjà optimiste car en moyenne dans nos sites de plaine la turbulence sur une pose longue de quelques minutes est en général plutôt comprise entre 2 à 4 secondes d'arc et beaucoup plus rarement en dessous de 2 " secondes d'arc.
- La colonne V donne une petite indication en vérifiant si l'échantillonnage est adapté aux meilleures conditions de turbulence.
C'est basé sur le principe suivant : pour atteindre une résolution donné, il faut échantillonner à une valeur 3X plus forte..en l'occurence pour 2 secondes d'arc, cela correspond à 0.67" secondes d'arc au maximum. Autrement dit cela ne sert à rien de sur-échantillonner en dessous de 0.67" secondes d'arc dans ces conditions (déjà bonnes).
- ceci permet donc d'aider au choix de la caméra adaptée pour les conditions moyennes de turbulence, la qualité du suivi, la durée de la pose et selon le système d'imagerie utilisé.....
voilà quelques conclusions et utilités qu'on peut tirer de ces petits calculs !!!!....
j'espère ne pas vous avoir rasé avec tout ça!!!!
