Quand obtenir une plus grande résolution avec la technique du drizzle

Le drizzling, pour des images de plus grande résolution

Hubble connaît également ce problème : comment arrive-t-on à un sous-échantillonnage et quel logiciel aide à résoudre le problème ?

Si l’on utilise un capteur grand format pour photographier une grande zone du ciel, il peut en résulter un sous-échantillonnage, problème qui concerne également le télescope spatial Hubble. Une méthode astucieuse pourrait y remédier : la technique du drizzle.

La résolution des détails d’une image est déterminée par les conditions d’observation, mais aussi par deux facteurs côté instrument : le pouvoir de résolution du télescope et la finesse de la matrice de pixels de l’appareil photo. Les combinaisons appareil photo/télescope n’exploitent pas toutes entièrement le pouvoir de résolution de l’optique. Si l’on choisit par exemple un capteur grand format avec des pixels relativement grands, pour photographier une zone du ciel aussi grande que possible, on se heurte à un sous-échantillonnage. Le télescope Hubble, avec la « caméra planétaire à grand champ », se trouve lui aussi dans cette situation, ce qui fait qu’un algorithme a été développé pour récupérer une partie du pouvoir de résolution perdu : la technique du drizzle.

L’idée à la base de la technique du drizzle développée par A. Fruchter et R. Hook est l’utilisation de plusieurs images, où la matrice de pixels, trop grossière, est légèrement décalée d’une image à l’autre par rapport à l’objet. Ce décalage permet de détecter l’objet dans la plage des sous-pixels.

À ces fins, les pixels de toutes les images sont réduits et projetés sur une matrice de pixels plus fine. En fonction du chevauchement des deux matrices de pixels, les valeurs de luminosité se diffusent (drizzle) et sont redistribuées sur la nouvelle matrice. Pour la nouvelle matrice, les valeurs de luminosité de toutes les images d’une série sont moyennées, pour chaque pixel. Si l’on choisit un facteur de drizzle faible, on obtient une représentation régulière, avec un échantillonnage plus fin, lorsque l’on empile de nombreuses images. 

Le léger décalage entre les différentes images d’une série, nécessaire pour la méthode du drizzle, peut être généré par dithering. La position du télescope est alors automatiquement et aléatoirement décalée de quelques pixels après chaque prise de vues. Le dithering est de toute façon la plupart du temps utilisé pour éliminer les pixels perturbateurs par une méthode d’empilement appropriée. On peut le faire, par exemple, via l’autoguider qui suit une position décalée de quelques pixels après chaque prise de vues. Tous les logiciels d’autoguidage courants offrent cette option.

Il faut en outre autant d’images que possible pour reconstituer les informations perdues. Ce n’est qu’alors que l’on peut combler les vides qui se créent lors de la redistribution des valeurs de luminosité.

Naturellement, la technique du drizzle a aussi ses limites. Le facteur de drizzle n’est pas arbitraire car l’échantillonnage ne peut pas être augmenté à volonté. Le nombre d’images nécessaires pour une représentation uniforme serait très important et pratiquement irréalisable. Un facteur de 2 est en général recommandé. En outre, la technique est limitée par le pouvoir de résolution du télescope et par le seeing. Avec le seeing typique en Allemagne, la technique du drizzle devrait rarement être bénéfique pour les longs temps d’exposition avec un échantillonnage d’environ 1,5"/pixel ou plus fin. Cette technique est surtout intéressante pour les situations de sous-échantillonnage, par exemple les prises de vues d’ensemble de la Lune et du soleil, de même que dans la zone du ciel profond à des distances focales plutôt courtes. Il est également à noter que la technique du drizzle ne peut pas être combinée à des méthodes d’empilement comme l’empilement médian ou l’empilement sigma. Les pixels de la matrice plus fine ne sont en effet alimentés en contenu que par alternance, ce qui équivaut à l’apparition d’un pixel perturbateur qui est mis de côté lors de ces processus d’empilement.

Malheureusement, seuls certains logiciels d’empilement offrent une option drizzle ou un algorithme similaire. Pour des vidéos d’objets du système solaire, on trouve la fonction dans les logiciels AutoStakkert! et RegiStax, par exemple. Pour les images du ciel profond, on peut également citer Fitswork et DeepSky-Stacker. Tous ces logiciels sont disponibles gratuitement sur Internet.

Drizzle permet de mieux exploiter le pouvoir de résolution d’un télescope face à un sous-échantillonnage donné et d’améliorer la définition des profils d’étoiles. Il en résulte des avantages en ce qui concerne la restitution des détails. La méthode fonctionne si les conditions suivantes sont remplies : la combinaison appareil photo/télescope se trouve dans la zone de sous-échantillonnage, on dispose du plus grand nombre possible d’images individuelles et il y a un décalage entre celles-ci (dithering).

Auteur : Mario Weigand / Licence : Oculum-Verlag GmbH