Outil comparateur de performances d'objectifs photos (2éme version)

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Modérateur : Pascal Gouraud

Pascal Gouraud
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Outil comparateur de performances d'objectifs photos (2éme version)

Message par Pascal Gouraud »

Bonjour,
vous trouverez ci-joint la 2éme version d'un outil (en version libre office tableur équivalent à excel), servant à comparer la performance des objectifs en photo grand champ, leur capacité à collecter la lumière et leur rapidité ?
- 1er onglet : quel objectif (focale et ouverture) utiliser pour la meilleure efficacité en photo grand champ sans suivi équatorial (donc sur simple trepied) ?
- 2éme onglet : quel objectif (focale et ouverture) utiliser pour la meilleure efficacité en photo grand champ avec suivi équatorial (donc sur petite monture de type star tracker ) ?


L'outil >>>> :
Astrophoto-Objectifs-Comparateur-V2.1 .ods
(39.85 Kio) Téléchargé 23 fois

Comment ça marche ?

Prenons le 1er onglet (colonnes A à W en scrollant à droite).
Cet onglet est pour de la photo grand champ sans suivi équatorial (donc boitier photo posé simplement sur un trépied)

- Les colonnes A, B et C en jaune décrivent les objectifs et leurs caractéristiques principales, comme la focale et ouverture
- Les colonnes en gris sont des résultats de calculs.
- La colonne D est extrêmement importante (Critère 1) car elle représente la valeur réelle du diamètre de l'objectif collectant la lumière.
>> par exemple on peut voir qu'un objectif de 14mm ouvert à 2.8 n'a en fait qu'un diamètre réel de 14/2.8 soit 5mm
(en photo on fait en effet varier l'ouverture en fermant ou en ouvrant le diaphragme ce qui change en fait le diamètre de collecte de lumière)
(à noter que c'est très différent en astronomie, car là on fait varier la focale sans jouer sur le diamètre du miroir ou de la lentille
qui collecte la lumière, car on veut avoir le maximum de signal (sauf en solaire))
Cette valeur élevée au carré (en colonne E) pour représenter la surface de collecte de la lumière est le 1er critère de performance d'un objectif et caractérise sa capacité à collecter la lumière.
- Les colonnes G à K, sont les caractéristiques de votre boitier photo (de son capteur). Ici pour les besoins de comparaison, j'ai pris un boitier plein format avec un capteur de 24x36mm, 6 microns de taille de pixel). Par contre on peut bien sur changer ces valeurs pour un capteur différent.
- Les colonnes L à N sont des calculs de la diagonale du capteur et du champ total couvert en degré.

- La colonne O (critère 2) ets aussi un critère déterminant et représente le temps de pose maximal à utiliser selon la focale employée (règle des 300/Focale)

- En colonne P, l'outil va calculer si une mosaique d'images sera requise selon le champ à imager indiqué en cellules Q3 et R3
L'indicateur "mosaique" indique simplement qu'une mosaique sera requise car le champ à imager est plus grand que le champ total couvert par le capteur avec l'objectif concerné.
- La colonne Q (critère 3) est un critère aussi important définissant la résolution de l'image, donc le piqué ou niveau de détails visibles exprimé en secondes d'arc par pixel.
Plus il est petit, plus la résolution est forte. IL faudra trouver souvent un compromis entre le champ à couvrir et la résolution attendue.
- La colonne S représente la densité de lumière sur un pixel, qui va caractériser le remplissage du pixels en électrons après conversion des photons en électrons. Plus cette densité est forte, et plus on aura de signal et plus le rapport signal sur bruit sera favorable, mais attention à ne pas saturer le pixel.
- Les colonnes T et U représentent la taille de la zone à imager (convertie en pixels sur le capteur), indiquée en cellules Q3 et R3 (ici dans cet exemple 40 par 60 degré). Cette taille en pixels dépend de l'échantillonnage en colonne Q.
- Les colonnes V et W concernent le dernier critère qui permet de classer les objectifs par capacité à collecter la lumière et rapidité pour la zone à imager indiquée en cellule Q3 et R3.

La comparaison et tri se fait par rapport à un objectif donné indiqué en cellule Q1 : ici il s'agit du 11mm ouvert à 2.8.
Par exemple dans notre exemple, pour un champ de 40 par 60 degrés sans mosaique, le plus performant est le 35mm ouvert à F1.4 qui est 12,7 fois plus rapide que le 11mm à F2.8 et aussi 10 fois plus rapide que le fameux 14mm ouvert à 2.8.
Comme on est sans suivi, cet objectif avec un temps max de 9 secondes collectera donc 12,7 fois plus de lumière que le 11mm ouvert à 2.8 en 27 secondes.
On croit souvent qu'on a intérêt en grand champ à utiliser l'objectif de très courte focale, mais en réalité le critère déterminant reste la taille réelle de la lentille qui collecte la lumière. De plus le 35mm offre beaucoup plus de résolution que le 11mm ou 14mm avec 35 secondes d'arc de résolution comparé aux 88 et 112 secondes d'arc du 14mm et du 11mm.
Par contre le champ total couvert avec un capteur plein format sera moins grand avec un champ de 38 par 55 degré à comparer avec le 81 par 104 degré du 14mm. Mais l'image obtenue avec le 35mm présentera donc plus de détails et plus de signal sur bruit, mais pour avoir un plus grand champ il faudra réaliser des mosaiques.

Prenons le 2éme onglet intitulé "avec suivi équatorial" :
Ici le temps de pose peut être allongé car on posera le boitier sur une petite monture compensant la rotation terrestre.

La limite en temps de pose sera en final dépendant de la qualité du site, niveau de pollution et qualité mécanique de suivi de la monture.
Pour les besoins de l'exercice, on a considéré un temps de pose identique de 60 secondes, afin de réaliser la comparaison entre objectifs.

Les critères sont les mêmes que sur le 1er onglet, mais le temps de pose identique ici n'est plus un critère.
On retrouve en colonne E le critère 1 de "surface réelle de collecte de la lumière", en colonne Q le critère 2 de "résolution en secondes d'arc",
en colonne S le critère 3 de densité de lumière reçue par un pixel, et en colonne V la quantité de lumière reçue pour la zone à imager indiquée en cellules Q3 et R3. Pour cet exemple on a considéré un champ plus étroit de 7 par 10 degré. Dans ce cas, seul le 300mm couvre un champ plus petit et nécessitera donc une mosaique.
- Si on regarde les résultats, ce champ de 7 par 10 degré va se traduire sur le capteur par une zone plus ou moins grande en pixels calculée en colonnes T et U. On constate qu'une focale plus grande sert essentiellement à étaler l'image de cette zone sur plus de pixels.
Par exemple, avec un objectif de 50mm, la zone de 7 par 10 degré aura une taille sur le capteur de 1019x1456 pixels.
Pour un objectif de 200mm la même zone de 7 par 10 degré aura une taille de 4878x5025 pixels, donc 4X plus grande sur le capteur avec une résolution également 4X plus forte avec beaucoup plus de détails.


- Par contre qu'en est il de la densité de lumière reçue par un pixel ?
- Cette densité dépend de la focale et de l'ouverture.
- Pour notre 50mm ouvert à 1.8 elle est de 522 et pour notre objectif de 200mm ouvert à 2.8 elle est de 215 donc environ plus de 2X plus petite par rapport au 50mm.
- Si on compare la quantité de lumière collectée pour la zone à imager de 7 par 10 degré, calculée en colonne V, on peut voir que le 200mm ouvert à 2.8 collecte globalement 6,6x plus de lumière que le 50mm ouvert à 1.8,
- Mais si le 200mm collecte plus de lumière globalement, il l'étale aussi sur une zone en pixels plus grande.
- En conséquence, si on désire avoir la même densité de lumière que pour le 50mm ouvert à 1.8, il faudra donc poser plus de 2X plus.

En conclusion, selon la taille de la zone à imager et niveau de résolution attendue, il faut chercher quelle sera la focale la plus adaptée et la plus longue possible pour la meilleure résolution. Ensuite il faudra ajuster le temps de pose pour obtenir une bonne densité de lumière reçue par chaque pixel sans saturer ceux ci (cela dépend aussi de la faculté du pixel à stocker des électrons (capacité de remplissage)


un exemple complet
- Prenons un exemple on veut imager la zone couverte par les 3 étoiles du baudrier d'orion avec la nébuleuse de la flamme, la tête de cheval et la grande nébuleuse d'orion. Le champ adapté en vertical couvre une zone à imager de 5 par 8 degré environ.
- On dispose de 4 objectifs (indiqués en lignes 36 à 39), un 300mm ouvert à 2.8, un 200mm ouvert à 2.8, un 135mm ouvert à 2 et un 85mm ouvert à 1.4.
- Coté résolution (colonne Q), c'est le 300mm qui offre la meilleure mais le champ couvert (colonnes M et N) sera trop petit et nécessitera une mosaique (2 photos)
- Coté résolution et champ couvert, c'est le 200mm qui semble bien adapté car le champ couvert sera de 7 par 10 degré environ avec un résolution de 6" d'arc, ce qui est bien.
- Coté rapidité et quantité de lumière (colonnes W et V) reçue sur cette zone de 5 par 8 degré, le 200mm ouvert à 2.8 sera 1,38X plus rapide que le 85mm ouvert à 1.4 et 1,12X plus rapide que le 135mm.
- Coté densité de lumière (colonne S) reçue par un pixel, pour le 200mm ouvert à 2.8 elle sera 4X moins forte qu'avec le 85mm ouvert à 1.4.
Par contre la taille en pixels de la zone à imager sera 2,35X plus grande avec le 200mm par rapport au 85mm.
- Si on désire avoir la même densité de lumière qu'avec le 85mm, il faudra augmenter le temps de pose de 4X, tout en veillant à ne pas saturer les pixels et être trop impacté par la pollution lumineuse.
- Enfin dernier élément à noter entre le 300mm ouvert à .8 et le 200mm ouvert à 2.8, la densité de lumière est la même car c'est finalement le rapport d'ouverture qui conditionne cette densité de lumière.

Dans notre cas on aura donc 2 options le 200mm ouvert à 2.8 qui couvre bien le champ avec une résoluton acceptable, ou bien le 300mm pour plus de détails mais avec la nécessité de réaliser une mosaique.
Dans les 2 cas, il conviendra de multiplier les poses de façon a augmenter la densité de lumière par pixel sur toute la zone à imager de façon à avoir un rendement proche de celui du 85mm à 1.4 qui reste une excellente option à très grand champ.
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