Les étapes du traitement d'une astrophoto

Un petit article pour les nouveaux venus à la discipline...
Je vous présente ici les différentes étapes nécéssaires au traitement d'une photo du ciel profond avec un APN (appareil photo numérique).  Le but n'est pas de vous livrer tous les détails du processus, juste d'introduire quelques notions et la terminologie de base. A noter que cette description ne s'applique qu'aux images du "ciel profond", le traitement des images planétaires étant sensiblement différent.
J'utilise Siril, programme très performant et entièrement gratuit.  Pour les détails pratiques je vous renvoie vers les différents tutos de cette chaine Youtube .  A noter que les versions récentes de Siril, disposent d'un mode "script" qui va enchainer automatiquement toutes les étapes décrites ci-dessous sur un simple clic de souris (pour peu que vous ayiez rangé vos clichés et vos darks, flats et offsets dans les bons sous-répertoires). Un mode d'emploi simplifié de Siril est disponible ici. Des tutos plus élaborés sont disponibles depuis la page Siril en cliquant sur l'onglet "links".

Une des 120 images brutes utilisées pour cet exercice. Il s'agit d'une pose de 90" à 1600ISO
Entre le bruit, les pixels chauds, une trainée de satellite, on ne voit pas grand chose !
Il faut dire que la "nébuleuse du sorcier" n'est pas l'objet le plus lumineux du ciel...

1) La conversion des images
Les images brutes (celles qui sortent de votre APN) sont dans un format propriétaire (chaque marque utilise son format, par ex CR2 si vous utilisez un Canon). Pour travailler Siril doit commencer par convertir les RAW (le format préféré pour l'astrophoto) dans un format "standard", le format FIT. Pour commencer sélectionnez un repertoire de travail sur votre disque dur, puis dans l'onglet "conversion" importez les images et donnez un nom à la séquence "brutes ou lights" par exemple, cliquez sur le bouton convertir et Siril va convertir tous vos clichés dans le format FIT. A la sortie vous aurez une série d'images N&B présentant une trame (c'est la matrice de Bayer qui permet au capteur de trier les couleurs)

Une photo brute convertie en FIT. Elle est en N&B et présente une trame.
Elle est visualisée ici en mode "histogramme"afin d'en accentuer  les défauts.
On peut noter ici un peu de vignettage.

2) Le prétraitement

Les étapes de prétraitement sont réalisées en une fois. Cette étape consiste à retirer les DOF (Darks,  Offsets, Flats) et à dématricer l'image. 

. Les darks sont des images réalisées dans le noir (par ex. avec le capuchon sur l'objectif), avec le même temps de pose, la même température et la même sensibilité ISO que les lights. Ils permettent de corriger les défauts du capteur tels les pixels chauds et les pixels froids. En général on les réalise pendant la séance de façon à bénéficier des mêmes conditions de température.

. Les Flats sont des images réalisées avec un éclairage uniforme de l'optique (par exemple de jour en visant le ciel au travers d'un mouchoir blanc) ils permettent de corriger des défauts tels que le vignettage et les poussières pouvant se trouver dans le chemin optique ou sur le capteur. Ils sont préférablement réalisés à faible ISO (100) et peuvent être réalisés en mode automatique (mode Av généralement). Il faut faire attention à ce qu'aucune couleur de l'histogramme ne soit collée à droite, mais plutôt entre la moitié et les 2/3. La température est indifférente, mais la mise au point, l'ouverture et l'orientation (si vous ne shootez pas avec un objectif)  doivent être la même que pour les images brutes. 

. Les Offsets (ou Biases) sont des images réalisées dans le Noir (avec le bouchon) à la plus grande vitesse permise par l'obturateur (par ex 1/4000s) et à la même sensibilité que les flats. Ils sont retirés des flats,  avant le retrait ultérieur des darks et des flats des images brutes. Ils servent à supprimer le bruit généré par l'electronique de l'APN. La température est également indifférente. Important: Les darks contiennent le signal d'offset donc 1) les Offsets ne servent à rien si vous n'avez pas de flats 2) Si vous cochez la case offset pendant le pretraitement vous allez les retirer 2x et tuer complètement le signal présent sur votre image.

Généralement on réalise une série de Darks, Flats et Offsets que l'on va empiler afin de moyenner les résultats. Pour une image classique avec des temps de pose unitaires de 1 à 5mn une bonne valeur est 20 Darks, 10Flats et 50 Offsets, mais ce nombre n'est pas critique... un peu plus ou un peu moins ne changeront pas fondamentalement les résultats mais plus vous en avez mieux c'est !
A la sortie de cette étape vous obtenez 2 séries d'images, une en N&B (avec 3 canaux Rouge Vert et Bleu) et l'autre en couleurs. Les couleurs peuvent vous paraitre curieuses, pas de panique, à cette étape c'est normal...

La même image que précedemment après retrait des DOF.
On constate qu'on a retiré le vignettage, mais aussi du bruit.
(Même visualisation que précedemment)

3) L'alignement

Suivant la qualité de son suivi, la sensibilité de son capteur et l'ouverture de son optique, on a réalisé des poses unitaires qui peuvent aller de quelques secondes à quelques minutes. Sur la durée de la séance (généralement de 1h à plusieurs heures), il convient de les aligner entre elles, la terre tournant, et le suivi étant rarement parfait en raison de problèmes mécaniques liés à la monture (EP) et/ou de la qualité de la mise en station. Si il est souhaitable que le suivi sur une pose soit le meilleur possible, sur le long terme il est souhaitable d'avoir quelques pixels de décalage entre les clichés, et même les gens qui utilisent l'autoguidage (vérouillage de l'instrument sur une étoile guide) introduisent un décalage entre chaque cliché de façon alléatoire (le dithering), ce afin de minimiser les défauts dûs au capteur. Grace à cette méthode un pixel mort ne tombera pas systématiquement au même endroit de l'image créant un défaut visible (généralement une trame). Bref dans tous les cas il est souhaitable de réaligner les différents clichés entre eux...

4) L'empilement
Afin de minimiser le bruit il est indispensable d'empiler les images (le stacking). Cela peut se faire par différents algorithmes... Un des plus performant disponible dans Siril est la méthode "empilement par moyenne avec rejet des pixels déviants" car il permet de se débarasser des trainées de satellites et autres avions.

Toujous la même image, alignée avant empilement...
Le cadre noir représente le décalage par rapport à l'image de référence ici à cause du dithering.

Après empilement... cette fois avec la visalisation en mode "auto ajustement"
Les couleurs sont bizarres, mais pas d'inquiétude, c'est normal.

5) Traitement de l'image

Cette étape consiste à étalonner les couleurs (soit par retrait de la couleur du fond du ciel, soit par astrométrie) d'étirer l'histogramme, et de se livrer à qqs opérations comme le recadrage, le retrait du gradient résiduel (en cas de pollution lumineuse), la déconvolution (amélioration de la netteté), la diminution des trames. et le renforcement des couleurs. A ce stade il ne reste qu'à sauver l'image en TIF pour l'amélioration ultérieure dans un programme tiers, tel que LR ou Darktable (on parle de cosmétique).

Le fichier TIF avant son traitement ultérieur dans un programme tiers.

L'image après la cosmétique finale (ici dans darktable)
L'image est disponible avec tous les détails de prise de vue, et
en haute résolution ici https://astrob.in/418715/0/

La même après réduction d'étoiles (Plugin astro de Gimp)