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Cartographie « mappage » des objectifs 

Les caméras tout-ciel utilisent des objectifs avec un champ de vision très large, généralement des objectifs fisheye, qui ont une distorsion marquée de l'image. 

Bien qu'il ne soit pas strictement nécessaire d'utiliser une caméra tout ciel, il est bon de connaître la correspondance des pixels de l'image avec des emplacements dans le ciel. Ceci est essentiel si vous souhaitez tracer d'autres éléments sur l'image (comme l'emplacement des avions et de leurs feux de navigation), ou l'emplacement de l'objet imagé. Pour les objectifs ordinaires, cette cartographie est simple, ce qu'on appelle une transformation rectiligne. Mais les objectifs fisheye, tels que nous les utilisons dans les caméras tout-ciel, sont différents : il existe quatre fonctions de cartographie connues, et l'une d'entre elles a des variantes. Nous avons besoin de savoir lequel est utilisé (parfois le fabricant le spécifiera : Fujinon dit que leurs objectifs utilisent le mappage 
f-thêta, ce qui signifie le mappage équidistant).

Une belle description de ces différentes fonctions de cartographie, et des exemples des objectifs qui les utilisent, est disponible sur la page Wikipédia : https://en.wikipedia.org/wiki/Fisheye_lens 

Pour faire cette cartographie, nous avons besoin de connaître la distance linéaire par rapport au centre de l'image en fonction de l'angle par rapport à l'axe optique. La meilleure façon est de faire une image du ciel nocturne et de mesurer la position des étoiles. 

Mais de manière caractéristique, lorsque notre nouvel objectif est arrivé, le temps était mauvais – nuages et pluie. Nous avons donc décidé de mettre en place un gabarit plutôt Heath Robinson basé sur un vieux cerceau de tonneau de vin que nous avons trouvé dans la grange. 

Nous avons placé le cerceau à la verticale et attaché une bande de papier avec des marques pour chaque 10° d'élévation. La caméra doit être au centre de cet engin. Heureusement, nous avons une monture à engrenages à 3 axes et une plate-forme excentrique contrôlable, donc combiné au positionnement manuel du trépied (et de sa hauteur), nous avons les 6 degrés de liberté nécessaires pour aligner l'objectif avec l'échelle d'angle marquée.

La caméra est la petite chose rouge au centre du cerceau, qui est en partie suspendue au plafond parce qu'elle s'est affaissée. Il est si grand que l'image est nette. Un cerceau rigide aurait été mieux, mais c'est ce que nous avions sous la main. 

Eh bien, cela a fonctionné dans la mesure où nous pouvions dire que notre nouvel objectif Yumiki utilisait la projection Equisolid, comme notre vieux Zuiko 8mm Fisheye, à l'époque où nous avions un appareil photo Olympus E3. Comme le souligne la page Wikipédia, il existe des lentilles qui font varier les deux paramètres de cette projection, qui dans le cas simple ont la valeur 2. Et notre Yumiki est l'un d'entre eux. Pour progresser davantage, nous avons dû attendre un ciel dégagé et la possibilité de prendre de vraies photos. En fait, nous avons décidé de caractériser les quatre objectifs dont nous disposons : le Yumiki, l'objectif de l'ancien système Oculus (communément appelé objectif Aremont) et 2 objectifs différents fournis avec les différents appareils photo ZWO que nous avons. 

Finalement, nous avons finalement eu la chance d'installer le nouvel appareil photo ZWO avec chacun de nos 4 objectifs, sur un simple trépied situé à côté de l'observatoire. Ce n'était pas l'idéal, mais c'était suffisant pour l'objectif. Ici, nous pouvons montrer 4 images, une avec chaque objectif. Mais nous disposons également de feuilles de calcul complètes avec l'analyse de la cartographie pour chacun d'entre eux ; C'est trop pour ce blog, mais si vous êtes intéressé, contactez-nous.

Alors, les voici (rappelez-vous qu'ils sont tous faits avec le même appareil ASI676MC, sur le même trépied au même endroit, le même soir : 

D'abord l'objectif Arecont (Oculus). C'est un assez bon objectif, avec des détails jusqu'à l'horizon. Il a une cartographie équidistante, également appelée f-thêta.

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Puis l'objectif ZWO 2,1 mm. Ce n'est pas un très bon objectif : il a des étoiles très déformées dans le quadrant supérieur gauche (mais moins ailleurs, ce qui est un peu étrange). Il n'atteint pas non plus l'horizon (regardez la Grande Ourse en haut, à qui il manque quelques étoiles), et il a une bordure douce. Il semble également avoir une cartographie équidistante, ou f-thêta.

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Vient ensuite l'objectif ZWO 2,5 mm. C'est pas mal et ça remplit le capteur. Il a un bord légèrement mou et n'atteint pas l'horizon. Il dispose également d'une cartographie équidistante, ou f-thêta.

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Enfin, nous avons l'objectif Yumiki 2,5 mm que j'ai sélectionné pour mon appareil photo All-sky. Il atteint l'horizon et légèrement au-delà, et, en vertu de sa cartographie Equisolid modifiée, il privilégie la partie centrale de la voûte céleste par rapport aux angles de basse altitude.

Nouvelle caméra tout-ciel : début de la conception 

La première étape de la conception de ce système de caméra tout-ciel consiste à décider de la combinaison de la caméra et de l'objectif. 

Caméra 

Mes principales exigences pour la caméra étaient : 

• Une caméra couleur : car ma dernière expérience d'aurore lumineuse ici ne l'a capturée qu'en noir et blanc. Les aurores ne sont peut-être pas très courantes, mais je ne veux pas manquer l'occasion si elle se produit.

• Idéalement un cadre carré, car les bords sont gaspillés avec un champ de vision circulaire 

• Efficacité quantique plus élevée : mon Oculus a atteint un pic de 50 % et était généralement d'environ 30 % 

• Résolution plus élevée : l'Oculus avait une taille d'image de 1392x1040 pixels, avec une taille de pixel de 4,65 µm 

• Bruit plus faible : mon Oculus avait un bruit de lecture d'environ 7 à 10 électrons 

J'ai examiné les offres de quelques fabricants et j'ai rapidement conclu que la gamme de ZWO avait la flexibilité dont j'avais besoin, et j'ai finalement opté pour une caméra appelée ASI676MC (ces noms ne sont pas très évocateurs, étant basés sur l'identification de la puce d'imagerie Sony à l'intérieur). Elle dispose d'une puce d'imagerie couleur au format carré et répond à mes autres exigences. Voici une partie de la page de ZWO sur le sujet : 

Le choix de cet appareil photo a défini la taille de la puce d'imagerie : 7,1 mm x 7,1 mm, un format appelé 1/1,6″ – je pourrais écrire un article entier sur ce sujet seul, mais c'est une mesure de la taille diagonale du capteur.

 Il s'agit d'un appareil photo de 12 Mpixels avec un cadre de 3552 x 3552 pixels – bien plus que les 1392 x 1040 pixels de l'ancien appareil photo. 

Objectif 

Connaissant les dimensions du capteur (essentiellement la taille de 7,1 mm x 7,1 mm), je devais trouver un objectif qui offrirait un cercle d'image dans cette taille et couvrant au moins 180°. De plus, il devait avoir une monture CS pour correspondre à l'interface de l'appareil photo. 

Après de nombreuses recherches, il semble que j'ai trouvé le bon objectif : un objectif « Yumiki » de 2,5 mm avec un cercle d'image de 6,4 mm. Cela correspond assez bien au cadre carré de 7,1 mm de l'appareil photo, mais avec une telle surabondance de pixels, je peux me permettre de recadrer les 0,35 mm en trop de chaque côté. Il est intéressant de noter que le diamètre du champ est annoncé comme étant de 190°, plutôt que de 180°. Nous verrons comment cela fonctionne, mais comme je l'ai déjà mentionné, certaines parties de notre horizon se trouvent en dessous de l'horizontale.

Cet objectif ne semble disponible que sur Ali-Express. Je ne l'ai jamais utilisé auparavant (bien que ma femme soit une cliente assidue), c'est donc avec un peu d'appréhension que je me lance. 

Modélisation 3D 

Comme je savais que je concevrais le système global dans mon logiciel 3D préféré (Fusion-360), il était clair que je ferais mieux de commencer par créer des modèles de l'appareil photo et de l'objectif, et pour cela j'ai utilisé les dessins disponibles sur les sites Web des fabricants. Voici ce que j'ai créé.

Boîtier 

Après avoir choisi l'optique, l'étape suivante consiste à concevoir le boîtier qui abritera tout le matériel. Mon premier réflexe est de chercher un boîtier commercial conçu pour une utilisation en extérieur, plutôt que d'essayer de construire quelque chose moi-même. Il existe de très nombreux fournisseurs de tels boîtiers, mais par habitude, je suis attiré par Hammond, un fabricant canadien, car j'ai déjà utilisé bon nombre de leurs produits et j'en ai toujours été satisfait. Hammond fournit des modèles 3D de tous ses produits, ce qui m'a rapidement permis de réduire la taille du boîtier dont j'avais besoin. 

J'ai commencé avec des boîtiers plus petits, de format carré, mais Fusion-360 a rapidement montré que j'avais besoin de quelque chose de plus grand. Au final, j'ai choisi la famille 1554QAGY, carrée de 140 x 140 mm et profonde de 90 mm. Voir https://www.hammfg.com/electronics/small-case/plastic/1554 

Une note importante ici : sans lire assez attentivement, j'ai commandé le modèle 1554QAGY, en ABS. Il s'avère que ce n'est pas stabilisé aux UV et qu'il peut donc se dégrader lorsqu'il est utilisé à l'extérieur sous un fort ensoleillement. J'aurais dû choisir le 1554QA2GY, fabriqué en polycarbonate, qui est stabilisé contre les UV. 

Comme je le dis toujours : lisez les spécifications ! (mais j'ai oublié un point important cette fois). 

Je vais devoir envisager d'appliquer un film de protection UV. Si cela ne fonctionne pas, je finirai peut-être par commander la version en polycarbonate et passer à celle-ci. Mais c'est pour l'avenir.

Depuis de nombreuses années, nous disposons d'une caméra Starlight Xpress Oculus tout-ciel à l'observatoire, que nous utilisons pour tout, de la vérification des conditions nuageuses à la recherche d'aurores boréales et de météores. Nous l'utilisons également pour réaliser des films accélérés du mouvement du ciel. Son objectif a un champ de vision de 180°, donc suffisamment pour couvrir notre ciel jusqu'à l'horizon (car ici, à notre observatoire au sommet d'une colline, nous avons un très bon horizon et, dans certains secteurs, il est même en dessous de l'horizontale). 

Voici un exemple (image 1) d'une des expositions de 30 secondes que nous réalisons toute la nuit, prise à 23h58 (juste avant minuit) le 6 octobre 2023. C'est une caméra noir et blanc, donc il n'y a pas de couleurs. Nous pouvons voir l'horizon circulaire. Comme la caméra est montée sur un mât de 4 m, il n'y a pas d'obstructions locales. Le nord est en haut et les lumières de notre maison, à l'ouest de l'observatoire, sont à droite de l'image. Quelques lumières au nord (en haut) proviennent de notre village local. La Voie Lactée est clairement visible et il est facile de repérer les constellations bien connues.

Malheureusement, après plus de 8 ans, notre système est finalement tombé en panne. La caméra intégrée est tombée en panne et elle n'est plus en production, elle ne peut donc pas être remplacée. Nous avons cherché en vain sur le marché de l'occasion, et le mieux que nous puissions espérer est que le fabricant puisse la réparer. Ils disent qu'ils le peuvent probablement. Mais le coût reste inconnu. 

L'image (image 1) a été réalisée avec un logiciel d'imagerie à usage général, conçu pour permettre aux caméras Starlight Xpress d'être utilisées sur un Mac. Nous l'avons utilisé avec plaisir pendant de nombreuses années, mais il y a environ 9 mois, nous avons découvert un logiciel dédié à l'imagerie de tout le ciel et construit sur la plateforme INDI (que nous avions commencé à utiliser quelques mois auparavant pour notre système d'imagerie principal). 

Il s'appelle INDI Allsky et ses capacités se développent rapidement. Il est principalement destiné à fonctionner sur un Raspberry Pi, ce qui est parfait pour nous – nous avons beaucoup de ces petits ordinateurs dans l'observatoire. L'un des nombreux avantages de ce système est qu'il peut tirer parti de n'importe quelle caméra prise en charge par INDI, et il en existe un très grand nombre. Cela signifie bien sûr que nous ne serions pas limités à la caméra Starlight Xpress que nous utilisions auparavant – même si nous avons rapidement constaté que l'abandonner signifierait également abandonner le boîtier Oculus, ce qui est dommage car il est intelligemment conçu. 

Nous avons donc commencé à chercher des caméras alternatives, basées sur différentes caméras prises en charge par INDI. Il se trouve que nous avons ici deux caméras de ce type, fabriquées par la société chinoise ZWO. L'une est installée en permanence sur notre télescope optique comme chercheur électronique (ce qui rend le centrage des objets peu lumineux très simple – je devrais écrire un blog sur ce sujet !). 

L'autre était attachée à une plate-forme d'imagerie planétaire mais, à court terme, elle a été mise en service pour vérifier les possibilités de l'utiliser pour une caméra All-sky. Heureusement, ZWO fournit ces caméras avec un objectif grand angle. Il est suffisamment large pour tester le système, mais pas tout à fait suffisant pour une visualisation complète de l'horizon. Une chose que je voulais vérifier, c'est la performance avec l'USB2. Le système Oculus, qui dispose d'une connexion USB 2, se trouve au sommet de l'un des mâts de l'observatoire. Il est déjà bien au-delà de la limite de 5 m pour l'USB2, il est donc relié via un système Icron Ranger pour étendre la portée USB. Il s'agit uniquement d'USB2, et un remplacement USB3 est coûteux. 

Mais les caméras modernes comme les modèles ZWO ont des connecteurs USB3, nous avons donc dû vérifier s'ils fonctionnent également avec l'USB2. 

Il s'avère que c'est le cas. Voici une image d'un ASI290MC sur mon bureau, connecté par USB2 à un Raspberry Pi exécutant INDI-AllSky. Cela peut sembler un peu étrange, mais c'est parce qu'il regarde directement vers le haut, vers le plafond, la nuit. 

J'ai mesuré la vitesse de téléchargement via USB2 et USB3 et j'ai constaté qu'elles étaient identiques ! De plus, la vitesse était d'environ 90 Mbps pour les deux (la limite USB2 est de 400 Mbps), donc clairement l'électronique interne ne fonctionne qu'à des vitesses USB2. 

Ensuite, nous devons sélectionner la combinaison appareil photo et objectif, qui sera présentée dans le prochain blog.

Fermeture temporaire due à un problème d'électronique sur le télescope principal utilisé pour les visites. Nous attendons des pièces pour le réparer.

Nous avons découvert une ressource en ligne extrêmement utile qui donne une bonne estimation de l'obscurité à laquelle on peut s'attendre n'importe quelle nuit de l'année, en fonction du coucher, du lever et du crépuscule, ainsi que de la phase de la Lune et de ses heures de lever et de coucher. Vous trouverez plus d'informations dans la section « Help and Details » (anglais seulement) sous le calendrier.

Vous pouvez l'utiliser pour n'importe quel endroit, mais pour planifier une visite à GersAstronomie, vous devrez saisir notre situation géographique : 44 degrés de latitude et 0.5 degré de longitude. Saisissez ensuite la date de début souhaitée et le nombre de jours pour lesquels vous souhaitez que le calendrier soit disponible. 

Le URL pour « Moon and Darkness Calendar » :

https://dersphere.github.io/moon-and-darkness-calendar/

Cette année, 2024, nous avons vu les Aurores Boréales (ou « Lumières du Nord ») au Bourdieu à quelques reprises. C'est assez inhabituel. Elles sont causées lorsque des particules énergiques et du plasma, connues sous le nom d'éjection de masse coronale, sont lancés à partir du soleil par un événement violent appelé « éruption solaire » et interceptent la terre.

Le soleil a un cycle d'activité régulier d'environ 11 ans. Au minimum du cycle solaire, les taches solaires sont rarement visibles ; maintenant, au maximum du cycle, les taches et les proéminences d'arc ressemblant à des flammes sont abondantes. Nous pouvons les observer avec le télescope solaire dans notre observatoire principal.

Le 9 octobre 2024, suite à une éruption solaire de classe X1.8, une éjection de masse coronale était parfaitement placée pour se diriger vers la Terre et la heurter de plein fouet.

Effectivement, le soir du 10 octobre, nous avons été alertés par des amis répartis sur l'Europe du Nord, que les aurores étaient visibles. Nous avions manqué les superbes aurores du 10 mai 2024 (bien que notre caméra tout-ciel de l'observatoire l'ait enregistré en noir et blanc), nous avions donc hâte de voir celles-ci.

Ce n'était pas très prometteur : il y avait des nuages ​​au nord ainsi qu'un clair de lune. Il n'y avait rien de visible à l'œil nu, mais nous savions que la caméra d'iPhone était capable de capturer des objets faibles, alors on a essayé. Il y avait une aurore rouge là à travers les nuages, mais pas très impressionnant.

La couleur aurorale la plus courante est verte, qui est causée par des particules chargées entrant en collision avec des molécules d'oxygène entre 100 et 300 km au-dessus de la surface de la Terre. Les aurores rouges au-dessus des vertes sont causées par des particules chargées interagissant avec des atomes d'oxygène libres plus haut, de 300 à 400 km.

Ainsi, cette aurore rouge est la partie supérieure d'une aurore verte, mais  pour nous, c'est en dessous de notre horizon, si loin au sud.

L'œil est beaucoup plus sensible au vert. Quelques semaines auparavant, nous pouvions le voir de manière dramatique. Fin septembre, nous avons eu une réunion scientifique à Reykjavik, en Islande, et effectivement, nous pouvions les voir facilement depuis la terrasse du toit de l'hôtel en plein centre-ville de Reykjavik, (même avec une lune brillante) ces aurores dansantes. Aucune activité solaire spéciale n'était nécessaire : l'Islande est suffisamment au nord que les aurores sont visibles la plupart des nuits.

Le soleil restera actif, à son maximum solaire pour plusieurs mois, nous avons donc de grands espoirs de voir plus d'aurores au Bourdieu !

Depuis plusieurs années, Richard prend des photographies de nébuleuses, de galaxies, d'étoiles, d'objets de l'espace profond à quelques centaines d'années lumière avec ses télescopes et ses caméras à la fine pointe de la technologie.  

Finalement, il a cédé à la demande des amis ; l'exposition estivale de quelques unes de ses astro-photographies fut inaugurée le 3 juillet 2024 lors d'un vernissage chaleureux à La Collégiale de La Romieu, l'un des plus beaux villages de France.  L'expo de 33 photos célestes, toutes prises à l'observatoire Le Bourdieu se termine le 1 octobre.  Mais ce n'est qu'un début.