L'Aide Mémoire Informatisé du petit Luc

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====== Comparaison de méthodes de post-traitement ======

Les méthodes de valorisation des astrophotos ne manquent pas, peuvent alors se poser les questions suivantes : quels sont les avantages de tel ou tel algorithme ? Incorporer des flat est-il bien nécessaire ?

Nous allons tenter d'apporter des réponses, peut-être pas absolues, mais orientées résultat puisque nous allons utiliser ces différentes méthodes et observer les conséquences sur l'image obtenue. 

Précision : les traitements étant subjectifs (déplacement de curseurs / réglages au jugé), je vais me contenter d'une approche la plus honnête possible où on cherche à avoir le meilleur résultat "rapidement". Au final, c'est assez proche de la réalité d'un post-traitement normal.

Toutes les images utilisées dans cette page sont extraites d'une session astro réalisée à Rouffach avec pour cibles les dentelles du Cygne.

Pour mieux visualiser les différences entre les images, la visualisation "histogramme" de [[https://www.siril.org/|siril]] pourra être utilisée, le rendu n'est pas forcément agréable, mais les différences sont exagérées et donc mieux visibles.

===== Empilement =====

L'objectif est d'évaluer la pertinence d'empiler des images, et voir si tout empiler est une bonne idée.

**Paramètres intéressants :**
  * Bruit
  * Signal récupérable (quantité)
  * Netteté

**Images analysées, post-traitées honnêtement :**
  - Image seule
  - Empilement de certaines images (60)
  - Empilement de toutes les images (193)

{{astro:benchmark:pp_N1.jpg?380 }}
{{ astro:benchmark:pp_N193.jpg?380}}
{{ astro:benchmark:pp_N60.jpg?380 }}

**Observations pour une exploitation honnête dans le but d'obtenir la meilleure image possible :**
  * Bruit : Empiler permet de réduire le bruit de manière spectaculaire. Toutefois, si le gain au niveau du bruit résiduel est remarquable entre une pose unique et 60images, le gain entre 60 images et 193 est plus discret.
  * Récupération de signal : utiliser toutes les images permet de faire ressortir davantage de signal. De ce point de vue, il faut en empiler le maximum
  * Empiler toutes les images nuit au résultat final : toutes les images ne sont pas aussi bonnes / nettes, et tout empiler donne une image finale plus lisse, des étoiles étalées, et en fin de compte l'image est moins intéressante

===== Influence du pré-traitement (pp = pre-processing) =====

==== Flat, offset et dark ====

Il y a 3 types de corrections appliquées lors du [traitement|pré-traitement]]: le flat pour corriger les défauts de luminosité des équipements (vignettages, poussières, ..), l'offset qui corrige les défauts de l'électronique de lecture du capteur et le dark qui vise à compenser les effets thermiques reproductibles.

De gauche à droite en visualisation exagérée (histogramme) : le master-flat, le master-offset et le master-dark

{{astro:master-flat-histo.png?380 }}
{{ astro:master-dark-histo.png?380}}
{{ astro:master-offset-histo.png?380 }}

==== Application des corrections de pré-traitement ====

Dans les paragraphes qui suivent, la présentation des images sera identiques et la suivante :
**visualisation histogramme :**
  * Image seule non traitée (gauche)
  * Image seule pre-processed (droite)

=== Seulement flat sur 1 image ===

**Paramètres intéressants :**
  * Vignettage
  * homogénéité

{{astro:benchmark:raw_ahd_n1_histo.png?550}}
{{ astro:benchmark:pp-flat_n1-histo.png?550}}

**Observations :**
  * L'effet obtenu n'est pas celui escompté : le vignettage est inversée, ce ne sont plus des zones sombres mais des zones trop claires. Visiblement le flat ne doit pas être appliqué seul dans le logiciel siril.

=== Seulement dark sur 1 image ===

**Paramètres intéressants :**
  * Bruit
  * Motifs non désirés (bandes noires verticales, amp-glow)

{{astro:benchmark:raw_ahd_n1_histo.png?550}}
{{ astro:benchmark:pp-dark_n1-histo.png?550}}

**Observations :**
  * On peut noter la disparition sur le bas de l'image d'une bande plus claire, appelée amp-glow, liée à la proximité de sources de chaleur (électronique) avec le capteur. En revanche, dans la partie supérieure, une marque de amp-glow est toujours présente.
  * C'est subtile notamment sur les miniatures, mais les bandes verticales révélées par le master-offset ont disparues. En effet, le master-dark tel que je le prépare garde le signal offset, et l'application du master-dark applique également le master-offset indirectement.
  * Pas de différence visible sur le bruit total dans l'image

=== pré-traitement total sur 1 image ===

{{astro:benchmark:raw_ahd_n1_histo.png?550}}
{{ astro:benchmark:pp_n1_histo.png?550}}

**Observations :**
  * Ce coup-ci, le vignettage a bien disparu. Note, la visualisation exagère tout, le vignettage n'aurait peut-être pas été génant, en tout cas il ne le sera plus si jamais on peut considérer qu'il en reste un petit quelque chose
  * Une inhomogénéité de luminosité est apparue. Difficile de dire s'il s'agit d'un effet collatéral à l'application du flat (ou du dark) ou si elle existait déjà mais n'était pas visible car caché par le phénomène de vignettage, quoi qu'il en soit, celle ci est plus facile à supprimer via une extraction de gradient
  * Les bandes verticales (master-offset) ont disparues
  * Les marques styles amp-glow sont atténuées ou enlevées
  * Pas d'influence sur le bruit total de l'image

==== influence du pré-traitement sur une image empilée ====

Dans ce paragraphe, à gauche l'image empilée sans pp, à droite l'image empilée avec pp

**Dans un premier temps, avec visualisation histogramme**

{{astro:benchmark:ahd_n60_histo.png?550}}
{{ astro:benchmark:pp_n60_histo.png?550}}

Observations :
  * La version post-traitée n'a plus de vignettage, plus de marque amp-glow, mais présente un gradient
  * Globalement, l'image pp est plus présentable et n'aura pas besoin d'être redécoupée

**En version définitive post-traitée **

Avec pp et en visu histo, à gauche l'image tout juste empilée, à droite l'image post-traitée :

{{astro:benchmark:pp_n60_histo.png?550}}
{{ astro:benchmark:pp_n60_posttraitee_histo.png?550}}

Le gradient a été retiré, il n'y a (presque) plus de défauts à part les défauts optiques et le simple bruit. Bon il reste ce amp-glow supérieur... On voit tout le potentiel de l'image.

En visu normale :

{{astro:benchmark:ahd_n60_posttraitee-full.png?550}}
{{ astro:benchmark:pp_n60_posttraitee-full.png?550}}

Observations :
  * L'image pré-traitée est plus homogène, ce qui la rend plus agréable à l'oeil (vignettage, bandes..)
  * Cela implique qu'un crop devient facultatif ou sera plus faible
  * D'un point de vue macro il semble que nous ayons le même signal exploitable

**Avec un zoom**

{{astro:benchmark:ahd_n60_posttraitee-zoom.png?550}}
{{ astro:benchmark:pp_n60_posttraitee-zoom.png?550}}

Observations :
  * Le signal exploitable est identique, le post-traitement a plus d'impact que la présence ou non d'un pré-traitement
  * Niveau bruit, c'est kif kif, le post-traitement aura plus d'impact que la présence ou non d'un pré-traitement

==== Conclusion pré-traitement ====

Le prétraitement permet la suppression de signal non désiré comme le vignettage ou des bandes d'amp-glow, mais également de bruit électroniques (bandes verticales plus fines), bien que ce dernier point ne soit moins flagrant en utilisation concrète.\\
Il permet d'obtenir une image plus homogène où il ne sera plus indispensable d'avoir recours à un crop.\\
Mais il n'apporte rien sur un éventuel gain niveau bruit ou signal exploitable.



===== Méthodes d'empilement =====

D'abord une comparaison de 3 images développées avec la même méthode, seul les paramètres mise à l'échelle et normalisation changent :

{{astro:benchmark:scm.png?380 }}
{{ astro:benchmark:scm-add.png?380}}
{{ astro:benchmark:scm-add-scale.png?380 }}

La différence est subtile, et étant donné le nombre d'étapes pour faire ressortir le signal, relier les différences à la différence de paramétrage de mise à l'échelle et normalisation ne sera pas aisé.

Ensuite une comparaison de plusieurs méthodes :
  * en haut à gauche : ahd somme
  * en haut à droite : LFC add scale
  * en bas à gauche : SCM add scale
  * en bas à droite : WSC add

{{astro:benchmark:ahd-sum.png?550}}
{{ astro:benchmark:lfc-add-scale.png?550}}

{{astro:benchmark:scm-add-scale.png?550}}
{{ astro:benchmark:wsc-add.png?550}}

La sommation des images AHD est plus difficilement exploitable, on obtient moins de signal et plus de bruit. Mais est-ce lié à la sommation ou l'absence de pré-traitement ? malheureusement je ne dispose pas de la somme des images pré-traitées

Les autres sont globalement identiques, mêmes facilités de post-traitement, résultats similaires, bruit similaires. Le résultat sur la LFC a ma préférence (contraste). Cela est probablement plus dû au post-traitement qu'à l'empilement.

===== Approche chiffrée =====

Parce que l'astrophotographie est à mi-chemin entre l'art et la technique et pour faire plaisir au geek qui sommeil en nous, voici une petite étude chiffrée sous l'angle bruit. En effet, Siril possède un algorithme de "calcul du bruit" et celui-ci a été appliquée à un ensemble d'image développée de différente manière mais à partir d'images sources identiques (raw, dark, flat et offset). 

Je vous propose une petite comparaison des différentes approches de développement sous l'angle exclusif de ce bruit évalué par Siril.

{{astro:benchmark:comparatif_methodes_empilement.ods?linkonly}}

Exploitation :
  * pp vs ahd 
    * les images pré-traitées (pp) sont en moyenne (sur les 3 canaux) moins bruitées que les non pré-traitées (ahd)
    * les images pp sont plus bruitées que les ahd sur le canal rouge, mais moins sur les canaux vert et bleu
    * cela peut-être gênant car la plupart des infos des nébuleuses sont en Halpha, longueur d'onde émise par l'hydrogène et plutôt du côté du rouge, donc plus bruitée après pré-traitement
    * L'explication de ce gain de bruit est peut-être à mettre sur le compte de l'offset qui est corrigé par le pré-traitement ?
  * Nombre d'images empilées
    * Le gain est significatif lorsque le nombre d'image augmente. Toutefois, on voit que le gain n'est pas proportionnel, mais plutôt logarithmique (racine carré pour être exact). 1 -> 60 : gain de 7,5, 1 -> 193 : gain de 11,1
  * Différentes méthodes
    * la méthode SOMME (sans exclusion de pixels) offre un gain plus important que les autres, tant qu'elle est précédée d'un prétraitement 
    * Les autres méthodes avec exclusion de pixels sont globalement similaires, y compris dans leurs réglages propres (valeur de sigma par exemple)
    * La somme sans pré-traitement est une très mauvaise approche, si aucun pré-traitement n'est possible, il faut alors envisager les méthodes avec exclusion de pixels
    * Malheureusement la méthode MOYENNE n'a pas été testée :/

===== Conclusion =====

Nous arrivons au terme de cette étude, réalisée un peu hâtivement et pas suffisamment exhaustive. Nous retiendrons que le pré-traitement est très recommandé et que les méthodes d'empilement avec exclusion de pixel sont très proches, donc pas de prise de tête pour leur sélection. Leurs avantages respectifs doivent s'exprimer dans des cas un peu plus particulier.
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