Astrométrie
La résolution astrométrique est une étape importante du traitement des images astronomiques. Elle permet d'associer des coordonnées célestes aux images, ce qui donne la possibilité de savoir quel objet est dans le champ observé. De nombreux outils de Siril, tels que l'outil de calibration photométrique des couleurs (PCC), ont besoin de connaître les coordonnées de l'image avec une précision suffisante pour fonctionner.
L'astrométrie dans Siril peut être réalisée de plusieurs manières :
En utilisant l'outil dédié accessible par le menu , ou en utilisant le raccourci Ctrl + Shift + A.
Dialogue résolution astrométrique
Utiliser l'étalonnage des couleurs par photométrie, basé sur le même outil mais étendu pour ajouter l'analyse de la couleur des étoiles et la comparaison avec les couleurs des étoiles dans les catalogues pour ajuster la couleur de l'image, disponible dans le menu ou en utilisant le raccourci Ctrl + Shift + P.
Outil d'étalonnage des couleurs par photométrie
Utilisation de la commande
résolution astrométrique, introduite dans Siril 1.2.
Depuis la version 1.2, la résolution astrométrique peut être effectuée par deux algorithmes différents. Le premier était le seul dans Siril jusqu'à cette version, il est basé sur l'algorithme de correspondance d'étoiles de l'alignement global, essayant d'aligner les images sur une image virtuelle d'un catalogue avec le même champ de vue. Le second est nouveau, il utilise un programme externe appelé solve-field de la suite Astrometry.net, installé localement. Pour les plateformes Windows, la façon la plus simple de l'obtenir est d'utiliser ansvr.
Les solutions astrométriques nécessitent la prise en compte de quelques paramètres, comme l'échantillonnage de l'image. La fenêtre de l'outil permet de rassembler ces paramètres, nous allons maintenant voir comment les remplir correctement.
Paramètres de l'image
Coordonnées de la cible
Il est plus facile et plus rapide de trouver une solution astrométrique lorsque l'on sait à peu près où l'on cherche. Le solveur de Siril, qui compare un catalogue avec l'image, a besoin de connaître approximativement la position du centre de l'image pour obtenir l'extrait du catalogue. Astrometry.net possède tous les catalogues dont il a besoin localement, il peut donc les parcourir tous pour trouver une solution, mais il est bien sûr beaucoup plus rapide de lui dire par où commencer.
Les logiciels d'acquisition contrôlent souvent aussi le télescope de nos jours et devraient connaître les coordonnées approximatives de l'endroit où l'image a été prise. Dans ce cas, en utilisant un format FITS, ces coordonnées seront fournies dans les métadonnées de l'image, l'en-tête FITS. Ce n'est pas toujours le cas, et il est clair que ce n'est pas le cas lorsque des images DSLR RAW sont créées au lieu de FITS.
Lors de l'ouverture des fenêtres du solveur ou du PCC, les métadonnées de l'image actuelle sont chargées et affichées dans la fenêtre. Si aucune coordonnée n'apparaît en haut, ou si RA et Dec restent à zéro, une entrée utilisateur est nécessaire. Si vous ne savez pas du tout de quelle image il s'agit, utilisez une résolution à l'aveugle avec astrometry.net. Sinon, fournissez les coordonnées équatoriales J2000 correspondant au centre le plus proche possible de l'image, soit en remplissant les champs si vous connaissez déjà les coordonnées, soit en faisant une requête avec un nom d'objet (ce qui n'est pas encore possible à partir de la commande).
Le champ texte en haut à gauche de la fenêtre est le champ de recherche, en appuyant sur Entrer ou en cliquant sur le bouton Chercher, une requête Web sera lancée pour convertir le nom de l'objet en coordonnées. Plusieurs résultats peuvent être trouvés avec le nom saisi, ils seront affichés dans la liste ci-dessous. La sélection d'un résultat met à jour les coordonnées en haut de la liste.
Il est également possible de choisir le serveur sur lequel vous voulez exécuter la requête, cela ne change pas beaucoup les résultats, mais parfois l'un d'entre eux peut être en ligne, alors les autres agiraient comme une sauvegarde, entre CDS, VizieR et SIMBAD (par défaut).
Note
Si l'objet n'est pas trouvé, veuillez modifier le nom que vous avez saisi : vous devez utiliser le nom écrit dans le catalogue astronomique. Par exemple, pour la Nébuleuse de la Bulle, veuillez entrer NGC 7635 ou bubble nebula en anglais, et non bubble.
Les champs de coordonnées sont remplis automatiquement, mais il est possible de définir les vôtres. N'oubliez pas de cocher la case S si l'objet que vous recherchez est situé dans l'hémisphère sud du ciel (déclinaisons négatives).
Echantillonnage de l'images
L'échantillonnage de l'image est le paramètre le plus important pour la résolution astrométrique. Donné en secondes d'arc par pixel dans notre cas, il représente le degré de zoom sur le ciel de l'image, donc la largeur du champ à rechercher.
Elle est dérivée de deux paramètres : la longueur focale et la taille des pixels. Ils sont souvent disponibles dans les métadonnées de l'image. Lorsqu'elles ne sont pas disponibles dans l'image, les valeurs stockées dans les paramètres sont utilisées. Les valeurs des images et des préférences peuvent être définies à l'aide de la boîte de dialogue Information. Dans tous les cas, vérifiez la valeur affichée avant la résolution et corrigez-la si nécessaire. Si une solution astrométrique est trouvée, la longueur focale et la taille de pixel par défaut seront écrasées. Ce comportement peut être désactivé dans les paramètres.
Avertissement
Si le binning a été utilisé, il doit être spécifié dans l'en-tête FITS, mais cela peut prendre deux formes : la taille du pixel peut rester la même et le multiplicateur de binning doit être utilisé pour calculer l'échantillonnage, ou la taille du pixel est déjà multipliée par le logiciel d'acquisition. Selon le cas, l'une ou l'autre de ces formes peut être choisie dans les préférences ou dans la fenêtre Information.
La taille des pixels est indiquée dans les spécifications des caméras astronomiques, et peut généralement être trouvée sur le Web pour les appareil photo numérique ou autres. Le nombre de capteurs est limité et la plupart d'entre eux sont connus.
La focale dépend de l'instrument principal, mais aussi du backfocus et des lentilles correctrices ou de zoom utilisées. Donnez une valeur aussi proche que possible de ce que vous pensez être la focale effective, si une solution astrométrique est trouvée, la longueur focale calculée sera donnée dans les résultats et vous pourrez la réutiliser dans votre logiciel d'acquisition et pour les utilisations futures de l'outil.
Lorsque l'un des champs est mis à jour, l'échantillonnage est recalculé et affiché dans la fenêtre (appelée ici "résolution"). Veillez à ce que la valeur soit aussi proche que possible de la réalité.
Autres paramètres
Enfin, il y a trois boutons à bascule en bas du cadre :
L'option Sous-échantillonner l'image réduit l'image d'entrée pour accélérer la détection des étoiles. L'inconvénient est qu'elle peut ne pas trouver assez d'étoiles ou donner une solution astrométrique moins précise. La taille de l'image de sortie reste inchangée.
Si l'image est détectée comme étant à l'envers par la solution astrométrique, avec l'option Retourner l'image si nécessaire activée, elle sera retournée à la fin. Cela peut être utile selon le logiciel de capture, si l'image n'a pas la bonne orientation lorsqu'elle est affichée dans Siril (voir plus d'explications).
Lorsque l'option Recadrage automatique (pour grand champ) est appliquée, elle n'effectue une coupe que dans le centre de l'image. Ceci n'est fait que pour les images à grand champ (plus de 5 degrés) où les distorsions loin du centre sont suffisamment importantes pour tromper l'outil. Ignoré pour les résolutions d'astrometry.net.
Paramètre du catalogue
Par défaut, cette section est grisée car tout est réglé sur automatique. En décochant la case automatique, il est toutefois possible de choisir le catalogue en ligne utilisé pour l'astrométrie, qui peut dépendre de la résolution de l'image. Le choix se fait entre :
TYCHO2, un catalogue contenant la position, le mouvement propre et les données photométrique bicolore des 2 539 913 étoiles les plus brillantes de la Voie lactée.
NOMAD, une simple fusion des données des catalogues Hipparcos, Tycho-2, UCAC2, Yellow-Blue 6, et USNO-B pour l'astrométrie et la photométrie, complété par le catalogue 2MASS proche infrarouge. Ce jeu de données de près de 100 Go contient des données astrométriques et photométriques pour environ 1,1 milliard d'étoiles.
Gaia DR3, publié le 13 juin 2022. La solution astrométrique à cinq paramètres, positions sur le ciel (α, δ), parallaxes et mouvements propres, est donnée pour environ 1,46 milliard de sources, avec une magnitude limite de G = 21.
PPMXL, un catalogue de positions, de mouvements propres, de photométrie 2MASS- et optique de 900 millions d'étoiles et de galaxies.
Bright Stars, un catalogue d'étoiles qui répertorie toutes les étoiles d'une magnitude stellaire de 6,5 ou moins, soit à peu près toutes les étoiles visibles à l'œil nu depuis la Terre. Le catalogue contient 9 110 objets.
Note
Une connexion internet est requise pour utiliser ces catalogues en ligne.
L'option Magnitude limite permet de limiter la magnitude des étoiles récupérées dans le catalogue. La valeur automatique est calculée à partir de la résolution de l'image.
Utilisation des catalogues locaux
Avec la version 1.1, à partir de juin 2022, il était possible de s'appuyer sur un catalogue d'étoiles installé localement, pour un fonctionnement déconnecté ou plus résilient. Le catalogue d'étoiles que nous avons trouvé le plus adapté à nos besoins est celui de KStars. Il est en fait composé de quatre catalogues (documentés ici dans KStars), deux d'entre eux n'étant pas directement distribués dans les fichiers d'installation de base de KStars :
namedstars.dat, les étoiles les plus brillantes, elles ont toutes un nom
unnamedstars.dat, aussi des étoiles brillantes, mais jusqu'à magnitude 8
deepstars.dat, des étoiles moins brillantes extraites du catalogue Tycho-2 de 2,5 millions d'étoiles les plus brillantes, jusqu'à la magnitude 12,5
USNO-NOMAD-1e8.dat un extrait de l'énorme catalogue NOMAD limité aux informations photométriques B-V et au mouvement propre des étoiles sous forme de binaire compact, jusqu'à la magnitude 18.
En comparant ces catalogues avec le NOMAD en ligne, on peut facilement constater que de nombreuses étoiles sont manquantes. Si le nombre d'étoiles trouvées est insuffisant pour votre champ étroit, vous pouvez toujours utiliser les requêtes à distance. Une bonne chose à vérifier lorsque les catalogues sont installés est de mettre en évidence les étoiles de l'image qui seront utilisées pour le PCC, celles qui sont disponibles avec des informations photométriques dans les catalogues, en utilisant la commande nomad.
Téléchargement
Les deux premiers fichiers sont disponibles dans KStars source, le catalogue Tycho-2 dans un paquet Debian et le catalogue NOMAD dans les fichiers KStars également, comme documenté dans ce petit article pour l'installation de KStars. Il dispose de plusieurs miroirs dans le monde entier comme indiqué dans les articles.
Pour faciliter la tâche aux utilisateurs de Siril, et peut-être aussi à ceux de KStars, nous redistribuons les quatre fichiers en un seul endroit, et dans un format plus compressé. Avec l'algorithme LZMA (utilisé par xz ou 7zip), la taille du fichier est de 1,0 Go au lieu de 1,4 Go avec le fichier gzip original.
Pour le rendre disponible plus rapidement, il est distribué avec bittorrent, en utilisant ce fichier torrent ou le lien magnet suivant.
Des liens de téléchargement direct, mais plus lents, sont disponibles ici (clic-droit sur chaque nom de fichier à gauche et enregistrez les liens).
Installation dans Siril
Les fichiers peuvent être placés n'importe où et leurs chemins donnés à Siril dans les paramètres, mais il y a un emplacement par défaut pour les quatre fichiers : ~/.local/share/kstars/ sous Linux. Ils peuvent être liés à cet emplacement pour éviter les copies inutiles. Les paramètres peuvent maintenant être modifiés à partir de la ligne de commande, en utilisant la commande set.
Lorsqu'il est disponible et lisible, Siril n'utilisera pas le service Web pour récupérer des données astrométriques ou photométriques. Consultez les messages dans l'onglet log ou sur la console pour vérifier que les fichiers catalogues sont utilisés comme prévu.
Seul SIMBAD sera utilisé pour convertir les noms d'objets en coordonnées si nécessaire, mais cela ne devrait être nécessaire que si le logiciel d'acquisition n'a pas enregistré les coordonnées de la cible dans l'en-tête FITS, ou si l'on utilise le format de fichier SER qui ne peut pas contenir cette information.
Utilisation
Avec l'ajout du nouveau lien entre le solveur de Siril et le catalogue local, et le nouveau lien entre le PCC de Siril et le catalogue local, une nouvelle commande nomad a été créée pour afficher les étoiles d'une image résolue qui contiennent des informations photométriques (l'indice B-V) et qui peuvent être utilisées pour la calibration.
C'est un bon moyen de vérifier que la résolution astrométrique et l'image sont alignées, en plus de la fonction d'annotation de l'objet (voir annotations).
Préférences pour les catalogues locaux
Information technique
Pour la photométrie, Siril n'utilise que l'indice B-V, qui donne des informations sur la couleur des étoiles. Les trois canaux de l'image sont ensuite mis à l'échelle pour donner la meilleure représentation de la couleur à toutes les étoiles de l'image.
Pour plus d'informations sur le type de fichier binaire KStar, voir cette page et cette discussion sur kstars-devel et quelques notes de développement dans Siril ici et ici.
Sommes Sha1 pour les 4 fichiers de catalogue :
4642698f4b7b5ea3bd3e9edc7c4df2e6ce9c9f7d namedstars.dat
53a336a41f0f3949120e9662a465b60160c9d0f7 unnamedstars.dat
d32b78fd1a3f977fa853d829fc44ee0014c2ab53 deepstars.dat
12e663e04cae9e43fc4de62d6eb2c69905ea513f USNO-NOMAD-1e8.dat
Licences pour les 4 fichiers de catalogue.
Utilisation du solveur local astrometry.net
Depuis la version 1.2, solve-field, le solveur de la suite astrometry.net, peut être utilisé par Siril pour résoudre astrométriquement des images ou des séquences d'images.
Pour les plates-formes Windows, le moyen le plus simple de l'obtenir est d'utiliser ansvr. Si vous n'avez pas changé le répertoire d'installation par défaut, c'est-à-dire %LOCALAPPDATA%\cygwin_ansvr, Siril le recherchera sans autre installation. Si vous avez cygwin et que vous avez construit astrometry.net à partir des sources, vous devez spécifier l'emplacement de la racine cygwin dans Preferences.
Pour MacOS, veuillez suivre ces instructions. Installez avec homebrew et ajoutez-le au PATH. Assurez-vous également que le programme fonctionne pour les images de test, comme indiqué dans la notice, et en dehors de Siril.
Pour les systèmes d'exploitation non Windows, l'exécutable devrait se trouver dans le PATH.
L'utilisation de cet outil permet de résoudre à l'aveugle des images, sans connaissance a priori de la zone du ciel qu'elles contiennent. C'est aussi une bonne alternative au solveur astrométrique de Siril en cas d'échec, car c'est un outil dédié et éprouvé qui peut aussi prendre en compte la distorsion du champ.
Les paramètres par défaut devraient convenir, mais peuvent être modifiés si vous le souhaitez vraiment, en utilisant la commande set (valeurs par défaut spécifiées entre parenthèses) ou dans l'onglet Astrometrie des préférences. L'étendue de la gamme des échelles autorisées (15%), le rayon de recherche à partir des coordonnées initiales (10 degrés), l'ordre polynomial pour la distorsion du champ (0, désactivé), la suppression ou non des fichiers temporaires (oui), l'utilisation du résultat comme nouvelle distance focale et taille de pixel par défaut (oui).
Fichiers d'index
Astrometry.net a besoin de fichiers d'index pour fonctionner. Nous vous recommandons fortement d'utiliser les derniers fichiers d'index disponibles sur leur site web, c'est-à-dire les séries 4100 et 5200. Le champ de vision de chaque série est décrit dans leur page github. (la documentation officielle n'inclut pas encore ce tableau).
Sur un système Unix, vous pouvez simplement suivre les instructions de la documentation.
Sous Windows, si vous utilisez ansvr, ces fichiers d'index récents ne seront pas mis à disposition par l'Index Downloader. Vous pouvez toujours les télécharger séparément et les stocker là où sont conservés les autres fichiers d'index (il est recommandé de supprimer les anciens fichiers, bien que cela puisse perturber l'Index Downloader).
Comment cela marche
Tout comme le solveur interne, Siril va procéder à l'extraction des étoiles de vos images (afin de bénéficier du multithread interne) et soumettre cette liste d'étoiles à astrometry.net solve-field. Si vous souhaitez qu'astrometry.net explore l'index en multithread, vous devrez le spécifier dans le fichier astrometry.cfg.
Détection d'étoile
Par défaut, la détection des étoiles utilise l'algorithme findstar avec les paramètres actuels. Cela fonctionne très bien pour trouver de nombreuses étoiles, mais dans certains cas, nous aimerions détecter les étoiles manuellement, ou simplement voir celles qui sont utilisées. Une première étape serait d'ouvrir la fenêtre PSF et de lancer la détection d'étoiles, puis d'ajuster les paramètres (voir la documentation associée).
Une autre approche consisterait à sélectionner les étoiles une par une en les entourant d'une sélection puis, par un clic droit, à choisir Pointer une étoile. Plus il y a d'étoiles sélectionnées, plus l'algorithme a de chances de réussir.
Ensuite, dans la fenêtre d'astrométrie, développez la section de détection des étoiles et activez le Détection manuelle. Au lieu de lancer findstar, il utilisera la liste actuelle des étoiles.
Comprendre les résultats
Lorsqu'une solution astrométrique est trouvée, nous pouvons voir dans l'onglet Console ce type de messages :
232 pair matches.
Inliers: 0.996
Resolution: 0.196 arcsec/px
Rotation: -115.21 deg (flipped)
Focal length: 3959.95 mm
Pixel size: 3.76 µm
Field of view: 31' 15.46" x 20' 51.09"
Saved focal length 3959.95 and pixel size 3.76 as default values
Image center: alpha: 21h32m41s, delta: +57°36'22"
Flipping image and updating astrometry data.
La solution astrométrique nous donne les coordonnées équatoriales J2000 du centre de l'image, la dimension horizontale et verticale projetée de l'image sur le ciel, la distance focale qui pourrait donner ce champ pour la taille de pixel donnée et par conséquent l'échantillonnage réel de l'image, l'angle que fait l'image avec l'axe nord et quelques informations sur le nombre d'étoiles qui pourraient être utilisées pour obtenir la solution.
En cas d'échec, vérifiez que les coordonnées de départ et la taille des pixels sont corrects et essayez de changer la longueur focale d'entrée d'un facteur 2, cela changera la quantité d'étoiles téléchargées à partir des catalogues, et peut-être que plus d'étoiles seront identifiées. Si la résolution de plaque de Siril ne trouve pas de solution, il est toujours possible d'utiliser un outil externe pour le faire, la solution sera écrite dans l'en-tête FITS de toute façon.