APN : Quelle modification ?
Accroître la sensibilité de votre appareil photo numérique sur les nébuleuses c'est simple, il suffit de modifier son appareil ! mais quelle modification choisir et quelles en sont les conséquences ?
Les appareils photo numérique sont conçus pour l'imagerie diurne, ils ont été détournés de leur utilisation première par les astronomes amateurs. Leur facilité d'utilisation et leur coût en font un imageur appréciés des astrophotographes.
En astrophotographie divers types d'objets peuvent être imagés : les galaxies, les amas et les nébuleuses. Mais avec les APN, les nébuleuses rouges font pale figure ! Et ces nuages de gaz aux teintes rougeâtres sont extrêmement nombreux dans notre ciel.
Toutes les nébuleuses rouges ont un point commun : elles rayonnent abondamment dans la raie H alpha, caractéristique de l'hydrogène ionisé. Cette raie se trouve dans la partie rouge du spectre visible, précisément à la longueur d'onde de 656.3 nm. Ainsi pour révéler ces objets au mieux, il convient que les capteurs recueillent le maximum de lumière émanant de cette longueur d'onde. Hélas, il se trouve que les fabricants d'appareils photo numériques placent des filtres devant le capteur qui limitent sensiblement le passage de cette fameuse raie Halpha. La solution qui viens immédiatement à l'esprit consiste à supprimer ces filtres : c'est à dire modifier votre appareil.
Ci dessus un exemple parlant. Passez votre souris sur l'image et vous verrez la tête de singe (NGC 2175) photographiée avec le même appareil mais défiltré : la différence est frappante ! Pour chaque image, il y a eu 25 minutes de pose au foyer d'une lunette NP127 IS avec un Canon EOS 1000D. L'image a simplement été pré-traitée sous DSS puis traité avec les mêmes courbes et niveaux sous Photoshop.
Filtres en série
Tous les boîtiers reflex possèdent divers filtres montés les un derrière les autres pour permettre d'améliorer les images acquises. Petite revue de ces différents filtres et de leur fonction.
Ces filtres ont principalement deux fonctions, la première consiste à flouter de façon imperceptible l'image de manière verticale et horizontale pour éviter le moirage. Ce phénomène se manifeste par l'apparition de franges ou d'artefacts colorés sur des trames contrastées et inclinées ( motifs géométriques réguliers et denses, grille, ...) ou des effets de crénelage en bordure d'une transition brutale de lumière(câble sombre devant un ciel clair, ...). Cette fonction est assurée par 2 filtres low-pass, chacun floutant une direction privilégiée.
La deuxième fonction principale est de limiter la transmission de la partie rouge du spectre visible et, pour une moins grande partie, le bleu, pour obtenir une image proche de la vision humaine ( très sensible vers le vert) en adéquation avec la réponse spectrale du capteur, ce qui permet de faire l'économie de traitements complexes. On assure cette association colorimétrique avec le filtre infrared-absorbing glass qui possède une teint bleue lorsqu'on le regarde. Il porte le nom de filtre absorbant l'IR car son utilisation première est d’absorber les infra rouge pour ses applications les plus courantes.
Mais d'aures fonctions sont utiles pour optimiser une image au niveau du capteur. Celles ci sont également intégrés sur les filtres devant le détecteur CMOS de l'appareil photo numérique.
Pour que le reflex fonctionne correctement avec des objectifs photo (mais également les lunettes astronomiques), il faut bloquer l'infrarouge . On les bloque à l'aide du miroir dichroïque qui réfléchit les infra rouge et laisse passer la lumière visible. En effet les objectifs photographiques et les lunettes astronomique sont designés pour fonctionner en lumière visible, les infra rouges sont alors très souvent focalisés loin du spectre visible ce qui empâte les images lorsque ceux ci arrivent sur le capteur.
Pour améliorer la saturation des couleurs et limiter les reflets ( vitres, eau, ...) on ajout un filtre polarisant circulaire, c'est le filtre phase layer qui assure cette fonction.
Des traitements anti-reflets sont également appliqués sur les surfaces pour éviter les images fantômes et accroître le contraste.
On trouve chez Canon plusieurs conceptions de disposition des filtres.
Sur la génération des EOS 350D ( 5D, 10D, 20D, 30D, 300D, ...) ces filtre sont regroupés par le dépôt successifs de couches minces sur une même pièce optique d’environ 2.7 mm d'épaisseur. Quel que soit le type de modification envisagé, tous les filtres disparaissent. Ce qui en théorie devrais améliorer le contraste et le piqué en retirant les filtres anti-moiré, néanmoins, avec le recul, on ne constate ni amélioration ni dégradation de l'image.
Sur la série des boîtiers Canon EOS 1000D ( 40D, 50D, 60D, 400D,1100D et tout ceux d'après à l'heure ou j'écris ces lignes), les filtres sont répartis sur deux lames optiques minces ( shéma de gauche) d'environ 0.5 mm d'épaisseur. La première élimine les infrarouges, avec en plus l'un des 2 filtres du moiré, tout en assurant l’élimination des poussières par une vibration piézoélectrique.
La seconde pièce optique limite le rouge, inclus le deuxième filtre anti-moiré et polarise circulairement la lumière.
Dans cette configuration, et contrairement à la gamme EOS 350D, l'utilisateur peut opter pour l'enlèvement de tous les filtres (défiltrage total) n'enlever que le second filtre ( défiltrage partiel) ou remplacer le second filtre par un filtre Baader ou Astrodon Inside. On a une totale liberté sur le type de modification que l'on souhaite.
La modification des APN ne concerne pas seulement les astrophotographes. Des études menées sur les végétaux demandent une adaptation des appareils. Les férus de la photo n'hésitent pas à modifier leur boîtier, comme certains photographes qui apprécient une plus grande étendue de couleurs, pour des portraits par exemple.
En astrophotographie, la modification ( quel quelle soit) augmente considérablement la sensibilité dans le rouge. Un atout majeur qui, moyennant quelques réglages et/ou l'ajout d'un filtre, ne se fera pas au détriment de la polyvalence de votre boitier.
Quelle modification ?
Selon les applications que vous envisagez, plusieurs types de modifications sont possibles mais sachez qu'en astronomie, les modifications vous font gagner un facteur 2 sur le bleu environ et 5 dans le rouge.
Modification totale
C'est la plus radicale, on l'appelle également défiltrage total.
Elle consiste à enlever tous les filtres, ce qui permet à l'intégralité du flux lumineux d'atteindre le capteur CMOS et ce de 300 nm (UV) à 1100nm (NIR)
Cette solution ouvre des perspectives intéressantes à ceux qui souhaitent ne plus être limité dans leur application ( spectroscopie étendue, imagerie infrarouge, astrophotographie, ...). En effet, grâce à elle, on accède à 100% de la sensibilité du capteur ( en omettant l'absorption de la matrice colorée de Bayer et l'effet des microlentilles).
Mais dans ce cas, surtout si l'épaisseur de la pièce optique enlevée est importante ( ancienne génération plus particulièrement), la mise au point à l'infini avec des objectifs est parfois impossible et l'autofocus deviens inopérant.
Sans filtre infrarouge adéquat, le défiltrage total offre des images entachées d’aberrations chromatiques voir floues si le boitier est associé à des optiques réfractrices ( objectifs photo, lunettes, ...) ; Par contre il n'y a strictement aucun soucis pour un télescope qui n'utilise que des miroirs. En effet, le foyer infrarouge est sensiblement éloigné du foyer bleu, vert et rouge du spectre visible avec les lentilles ( alors qu'avec les miroirs le foyer des différentes couleurs est exactement le même). Il y a également le risque de voir apparaître une zone plus lumineuse au centre de l'image ( couramment appelé hotspot) avec les optiques réfractives.
A noter que la suppression du/des filtres anti-moiré améliore un peu le piqué, en théorie du moins.
Attention aux poussières dans cette modification, elles se déposent sur le capteur et font donc des zones très sombres qui peuvent ne pas être corrigées avec un Flat.
Modification filtre clair
Pour pallier les inconvénients de focalisation de la modification totale, il suffit de remplacer les pièces optiques par des lames claires qui protègent le capteur et qui rétablissent le trajet des rayons lumineux pour retrouver la mise au point.
On gardera l'accès à 100% du spectre tout en obtenant maintenant un autofocus fonctionnel. Cependant, les problèmes liés à l'infra rouge restent les mêmes que pour la modification totale et, avec les dernières générations d'APN, on perd le nettoyage automatique de la fenêtre.
Modification partielle
Cette modification n'est possible que sur la nouvelle d'appareil, celle qui dépose les filtres sur 2 substrats distincts. ( Canon EOS 5DMKII, 6D, 7D, 400D, 450D, 1000D, 600D, ....)
Dans ce cas, seule la partie limitant le rouge du spectre visible est enlevée ( le deuxième filtre nommé absorbing IR filter de couleur bleu). Compte tenu de la faible épaisseur de cette lame, sa suppression n'engendre qu'un faible décalage de la mise au point. La majorité des fonctions de l'appareil sont ainsi conservées.
Les infrarouges étant toujours bloqués, l'utilisation avec une lunette ou un objectif est envisageable, moyennant un risque de perte d'efficacité minime de l'autofocus. En effet, la différence de mise au point se retrouve noyée dans ce qui s'appelle la profondeur de champ.
On garde le nettoyage par vibration de la fenêtre d'entrée du reflex, on "garde" l'autofocus, on protège le capteur, on coupe les infra rouge : c'est LA SOLUTION en astronomie.
J'ai passé un Canon 40D et un Canon 1000D au spectroscope pour voir la courbe de réponse de ces 2 appareils en enlevant le filtre bleu intermédiaire. Le spectre coloré représente ce que voit notre œil et la courbe blanche représente la transmission des filtres en fonction de la longueur d'onde. On remarque tout de suite que les IR sont parfaitement coupé sur les 2 appareils et que seul le spectre visible est transmis. seul subsiste une petite bosse de 3/4% de transmission sur 15 nm de large, autant dire rien. La remontée vers les 1100 nm est en réalité due à la sensibilité du spectromètre qui est très faible et qui voit donc du bruit.
Modification Baader / Astrodon Inside
Enfin, la dernière modification substitue le filtre d'origine qui limite l'accès à la raie H alpha par un filtre Baader ou Astrodon Inside dont la transmission dans le rouge est plus étendue. Pour la génération du Canon EOS 350D, on remplace le seul filtre et , pour les nouvelles générations, c'est la fenêtre centrale à nouveau qui est enlevée, mais cette fois ci, elle est remplacée.
Dans ce cas, on maintien la totalité des fonctionnalités de l'appareil, à la balance des blancs près. C'est pour cette raison que cette dernière solution est souvent prisée.
Cette nouvelle fenêtre est sensée couper les infra rouges mais, comme on l'a vu plus haut, le filtre Canon en avant de l’appareil coupe les coupe très bien.
Ci dessous les courbes de transmission, du filtre Astrodon Inside, du filtre Baader ancienne génération et du filtre Baader nouvelle génération.
Nous pouvons remarquer sur ces courbes que le filtre Astrodon Inside et le filtre Baader type 350D sont extrêmement proches l'un de l'autre. Je met au défi qui que ce soit de voir une différence entre ces 2 filtres sur une image astronomique.
Par contre on remarque que le nouveau filtre Baader type Canon EOS 1000D ne coupe pas intrinsèquement les IR, il laisse cette fonction aux filtres de Canon.
Comparons maintenant ces différentes modifications dans un appareil.
Pas besoin de retracer la courbe pour le type 350D car la courbe ci dessus nous donne la transmission de la totalité des filtres.
Comme on peut le voir sur les 2 courbes ci dessus, lorsque l'ensemble des filtres est monté, il est quasi impossible de voir la moindre différence entre un appareil modifié Baader et un appareil modifié Astronon Inside. La seule différence étant la très légère bosse vers 950 nm qui laisse passer les IR. Cette bosse est, en pratique, indécelable en imagerie astronomique.
La modification Asrtrodon Inside a juste une coupure un peu plus franche ( rapide) que celle d'un Baader
Cette remarque de similarité de transmission est également applicable à la modification partielle. Alors pourquoi remettre une fenêtre si vous ne voulez faire que de l'astronomie ?
Rééquilibrez les couleurs
La balance des blancs en mode automatique est altérée et ce quel que soit la modification choisie.
Le changement du filtre d'origine modifie la transmission du spectre sur le capteur. Recherchée en astronomie, cette extension vers le rouge modifie la couleur des images, particulièrement visible sur les photos de jour qui se parent d'une teinte rosée. Cette dérive des couleurs fait hésiter plus d'un astronome à franchir le pas pour modifier son appareil.
Il est pourtant facile de rééquilibrer les couleurs . La première solution ne demande aucun accessoire supplémentaire mais simplement de lire la notice de l'APN pour effectuer une balance des blancs personnalisée. En résumé, il suffit de photographier une feuille blanche correctement exposée (idéalement un gris à 18%) qui servira d'étalon pour corriger la couleur. A défaut, vous pouvez utiliser des feuilles blanches éclairées par le soleil en veillant à ce que l'image ne soit pas saturée. La balance des blancs personnalisée ne sera pas pris en compte par le mode entièrement automatique ( carré vert) et les modes semi automatiques ( macro, portrait, paysage, ...). Ces modes sont normalement peu utilisé par les bons photographes... Il en est de même pour les présélections des balances des blancs dans tous les modes (lumière du jour, ombre éclairage tungstène, ...). Il est aussi envisageable d'optimiser la correction des couleurs avec un logiciel de traitement d'images, comme on le fait avec un boitier non modifié.
Pour vous permettre de retrouver une balance des blancs correcte dans tous les modes, Astronomik propose une solution astucieuse : clipser un filtre a l'entrée du boitier ( Clip-Filter System ). Parmi la variété de filtres proposés, le OWB (Original White Balance ) a été conçu pour retrouver la balance des blancs d'origine. Il suffit de retirer ce filtre pour faire de l'astrophotographie ou de le remplacer par un filtre plus sélectif. Attention, ce filtre n'est pas compatible avec les objectifs EF-S.
Une autre alternative au filtre clipsable est de monter le filtre devant l'objectif.Le problème est le diamètre des filtres qui peut vite faire monter les tarifs ainsi que les différents diamètres qu'il faut pour équiper sa gamme d'objectifs. La société XNite commercialise le filtre CC1 ( équivalent de l'OWB Astronomik ) dans différents diamètres.
L'heure du choix
Pas facile avec toutes ces modifications, laquelle choisir ?
Le tableau suivant récapitule les principaux points pour vous aider à faire votre choix.
| Modification | Totale | Partielle | Baader / Astrodon |
| Photographie standard | NON | OUI | OUI |
| Mise au point à l'infini avec objectif | NON | OUI | OUI |
| Mise au point au viseur reflex | NON | OUI | OUI |
| Autofocus | NON | OUI | OUI |
| Utilisation de téléobjectifs | NON | OUI | OUI |
| Lunette | NON(1) | OUI | OUI |
| Télescope (miroirs) | OUI | OUI | OUI |
| Spectroscopie | OUI | OUI | OUI |
- (1) L'ajout d'un filtre IRcut permettra d'utiliser un appareil modifié totalement sans soucis de focalisation des IR
Pour ceux qui hésitent entre les modifications partielle / Baader et Astrodon Inside, sachez que les mesures au spectroscope donnent 99.1% de transmission pour la modification partielle, 98.4% de transmission pour une modification Baader et 97.4% pour une modification Astrodon Inside sur la fameuse raie Halpha.
Concernant la coupure les Infra rouge, quelle que soit la modification ( hors mis la totale), les IR ne sont transmis qu'à moins de 0.2%.
Si l'on prend en compte la bosse vers 950 nm qui remonte de 1.5% et que ajoute la sensibilité du capteur sans les filtres colorés ( 10%) on obtiens une détectivité à cette longueur d'onde de 0.15%, autant dire rien
Si l'on veut connaître l’influence de cette bosse et des IR qui passent un calcul de l'aire sous chaque composante nous donne les résultats suivants :
- L'aire comprise sous la bosse à 950 nm est de 30 : 20 nm de large * 1.5 %
- L'aire du spectre Infra rouge est de 80 : 400 nm de large * 0.2%
- L'aire du spectre visible est de 29400 : 300 nm*98%
On a donc un rapport de sensibilité d'environ 400 entre le visible et les IR et ce sans compter la matrice de bayer qui va encore accentuer cet écart de part sa transmission optimisée pour le visible.