Darks, flats et offsets : ce qu'ils corrigent vraiment

Tous les tutoriels d’astrophotographie vous disent de faire des darks, des flats et des offsets. Presque aucun ne vous dit ce que chacun enlève, si bien que la plupart des gens font les trois par superstition ou n’en font aucun par confusion. Les deux sont des erreurs, et elles ne se valent pas : l’un des trois compte bien plus que les deux autres, et ce n’est pas celui par lequel les débutants commencent d’habitude.

Voici ce que fait vraiment chaque image.

Votre capteur ment de trois façons

Un capteur ne rapporte pas la lumière qui est tombée sur lui. Il rapporte cette lumière, plus un ensemble d’erreurs, et chaque image de calibration vise une erreur précise.

Il ajoute de la chaleur. Chaque pixel accumule de la charge par énergie thermique, même dans le noir total, à un rythme qui double à peu près tous les 6-7 °C. Sur une pose de 300 secondes, cela fait un vrai signal qui n’a rien à voir avec le ciel. Pire, le rythme varie d’un pixel à l’autre - certains sont bien plus chauds que leurs voisins, et c’est de là que viennent ces points colorés.

Il vignette et ramasse la poussière. Vos optiques apportent plus de lumière au centre de l’image qu’aux coins, généralement de 20 à 40 %. La poussière sur la fenêtre du capteur ou le filtre projette des anneaux gris diffus. Ni l’un ni l’autre n’est dans le ciel, mais les deux sont dans chaque image.

Il a un décalage. La caméra ajoute un piédestal fixe à chaque lecture pour que le bruit ne soit jamais tronqué à zéro. Ce piédestal n’est pas parfaitement uniforme non plus - il contient de légers motifs.

Les darks corrigent le premier. Les flats le deuxième. Les offsets le troisième.

Les flats sont ceux qui comptent

Si vous ne faites qu’un seul type d’image de calibration, faites des flats. C’est l’inverse de ce que font la plupart des gens, et c’est le plus grand gain de qualité qu’un débutant puisse obtenir.

La raison, c’est que le vignettage et les ombres de poussière sont multiplicatifs et importants. Une chute de 30 % dans les coins ne fait pas qu’assombrir les coins - elle survit à l’étirement, et l’étirement l’amplifie. Quand vous tirez de faibles nébulosités hors du fond, vous tirez aussi le vignettage, et vous finissez avec une tache claire au milieu de l’image qu’aucune suppression de gradient ne corrige entièrement. Les anneaux de poussière font pareil : ils apparaissent comme des anneaux sombres diffus exactement là où vous essayez de voir un signal faible.

Les darks, en revanche, s’attaquent à quelque chose que l’empilement traite déjà en partie. Moyennez assez d’images et le bruit thermique aléatoire diminue comme la racine carrée du nombre. Les pixels chauds ne se moyennent pas - mais on peut les traiter statistiquement, et j’y reviendrai.

Les flats sont aussi les plus faciles à faire et les moins gourmands en ciel clair. Vous n’avez pas besoin d’obscurité. Pointez le télescope vers une surface uniformément éclairée - le ciel du crépuscule, un t-shirt blanc sur l’ouverture avec une lampe derrière, une tablette affichant un écran blanc - et exposez pour que l’histogramme se situe entre le tiers et la moitié de l’échelle. Vingt à trente images suffisent largement.

La règle critique : les flats doivent être faits à la même mise au point, la même rotation et la même configuration optique que vos lights. Si vous refaites le point ou tournez la caméra, la poussière se déplace par rapport à l’image et vos flats sont pires qu’inutiles - ils imprimeront des anneaux au mauvais endroit. Faites-les en fin de session, avant de toucher à quoi que ce soit.

Les darks : utiles, mais surestimés pour les poses courtes

Un dark est une pose obturateur fermé, à la même durée, température et gain que vos lights. Soustrayez-le, et vous enlevez à la fois le signal thermique moyen et le motif fixe des pixels plus chauds que les autres.

Deux conditions rendent les darks vraiment précieux :

• Les poses longues. À 300 secondes, la contribution thermique est substantielle. À 10 secondes - ce que fait un Seestar ou un Dwarf - elle est souvent sous le bruit de lecture, et la soustraire apporte très peu.
• Une caméra refroidie. Les darks ne marchent que si la température correspond. Une caméra astro dédiée à −10 °C produit des darks reproductibles réutilisables pendant des mois. Un reflex qui a commencé la nuit à 18 °C et l’a finie à 4 °C, non - le dark fait à la fin ne décrit pas l’image faite au début.

C’est ce dernier point qui piège les gens. Le courant d’obscurité d’un reflex non refroidi change au cours de la nuit à mesure qu’il refroidit. Soustraire un dark mal apparié peut ajouter du bruit au lieu d’en enlever, parce que vous soustrayez une image bruitée d’une autre et que le signal thermique ne s’annule même pas correctement.

Si vous photographiez avec une caméra non refroidie en poses courtes, il est tout à fait raisonnable de sauter les darks. Vous n’êtes pas paresseux ; vous déclinez une correction qui ne s’applique pas proprement à vos données.

Les offsets : ceux que vous pouvez généralement ignorer

Un offset (ou bias) est la pose la plus courte que votre caméra peut faire, obturateur fermé. Il capture le décalage électronique et rien d’autre.

Les offsets comptent quand vous mettez des darks à l’échelle - quand vous utilisez un dark de bibliothèque fait à une autre durée et l’ajustez mathématiquement. Cela exige de séparer le décalage fixe du signal thermique dépendant du temps, et c’est ce que donne l’offset.

Si vous faites des darks appariés à la même durée que vos lights, l’offset est déjà dans le dark, et soustraire le dark soustrait l’offset avec lui. Faire des offsets séparément n’ajoute alors rien.

Les offsets sont bon marché - une centaine prend moins d’une minute - donc rien ne s’oppose vraiment à en avoir. Mais si vous êtes dans le froid à vous demander si ça vaut la peine, c’est celui à sauter.

Et les pixels chauds ?

C’est là que le conseil standard échoue discrètement. Les darks enlèvent les pixels chauds que votre capteur produit de façon prévisible. Ils n’enlèvent pas les impacts de rayons cosmiques, qui tombent au hasard dans une image, et ils ne font rien du tout pour le très grand nombre de gens qui ne font jamais de darks.

Les pixels chauds méritent d’être pris au sérieux parce que l’empilement ne les enlève pas. Moyennez quatre-vingt-dix images qui ont toutes un pixel chaud en (1204, 883) et vous obtenez une pile avec un pixel chaud en (1204, 883). Ensuite le recalage fait tourner le champ d’une image à l’autre et étale ce défaut fixe en une courte traînée colorée - exactement l’artefact qui rend amateur une image autrement bonne.

On peut les trouver statistiquement à la place. L’astuce, c’est de distinguer un défaut d’une étoile, puisque les deux sont petits et brillants. Le discriminant : une étoile n’est pas un pixel. L’optique étale une source ponctuelle sur plusieurs, donc une vraie étoile a des voisins brillants. Un pixel chaud est seul. Comparez chaque pixel à la médiane de ses huit voisins, et modulez le seuil selon le désaccord entre ces voisins - autour d’un pixel chaud sur du ciel plat ils sont très proches, autour du cœur d’une étoile ce sont les épaules de l’étoile et ils varient beaucoup. C’est cette distinction qui permet d’enlever l’un et de garder l’autre.

Akastroid le fait automatiquement sur chaque image, avant le recalage, que vous ayez fait des darks ou non. C’est délibérément prudent - huit sigma - parce que les coûts sont asymétriques. Un pixel chaud raté, c’est un point. Un cœur d’étoile enlevé, ce sont des données que rien ne récupère.

Une réponse pratique

Si vous avez peu de temps et les mains froides :

1. Faites toujours des flats. Vingt à trente, en fin de session, avant de toucher à la mise au point. C’est le plus grand gain isolé.
2. Faites des darks si votre caméra est refroidie ou si vos poses sont longues. Appariez température, gain et durée. Vingt est un nombre raisonnable.
3. Faites des offsets si vous constituez une bibliothèque de darks. Sinon, c’est facultatif.
4. Ne perdez pas une nuit claire en calibration. Les lights sont la partie irremplaçable. Les flats peuvent se faire à l’aube, les darks bouchon sur l’objectif à l’intérieur.

Et si vous n’avez aucune image de calibration, traitez quand même. Une pile de lights non calibrées avec son gradient enlevé et ses pixels chauds nettoyés est une vraie photographie. Une calibration parfaite de données que vous n’avez jamais collectées n’en est pas une.