chromatisme

le Chromatisme

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•Introduction

Le chromatisme en astronomie est un phénomène de décalage des couleurs observées sur les étoiles ou les planètes. Cette aberration peut être provoquée par plusieurs phénomènes, comme l'humidité, la température, la turbulence et parfois une combinaison de deux ou même de l'ensemble des facteurs

Le premier facteur est instrumental : Sir Isaac Newton découvrit la décomposition de la lumière lorsque cette dernière traverse un prisme. C'est le même phénomène observé à l'intérieur des lentilles d'une Lunette astronomique : la lumière franchit une série de surfaces en verre qui ont pour effet de la décomposer dans son spectre donnant la vision d'étoiles multicolores : le point lumineux d'une étoile lambda pourra être rouge d'un côté et bleu de l'autre.

Effet du Chromatisme Instrumental


Mars	Etoile double Alcor et Mizar

Sur les images ci-dessus, nous distinguons un chromatisme provoqué par la décomposition de la lumière à travers les lentilles ; nous l’appellerons donc « Chromatisme Instrumental », car c'est l'outil lui-même qui provoque l’aberration. C'est pourquoi cette aberration est fréquente sur les instruments à base de lentilles et quasi absente ( normalement ) sur les télescopes ( à miroir) dont la lumière ne traverse pas de lentille de verre mais est réfléchie par une série de miroirs.

Le second facteur est atmosphérique. Notre atmosphère n'est pas uniforme, elle peut, selon les conditions et selon l'altitude des couches d'air, être extrêmement hétérogène, par exemple du sol à 200m une humidité de 80 % avec une température de 23° avec vent nul, à 200 m un vent de 4 m/s une humidité de 40 % et 18°, à 1500m un vent fort de 60m/s une humidité de 89 % et une température de 13 C° etc... Toutes ces couches d'air aux propriétés différentes se comportent alors comme autant de surfaces par lesquelles la lumière se décompose. Le phénomène est d'autant plus perceptible que l'objet à observer est bas sur l'horizon

Effet du chromatisme atmosphérique ou diffraction atmosphérique

	Opposition 2003 Le 3 août, Mars est a 20°.
Mars.

Ce phénomène de diffraction par les couches atmosphériques peut être amplifié par la turbulence qui, outre le fait qu'elle déforme les images, diffracte elle aussi les rayons lumineux.
Enfin, l'ensemble de ces aberrations instrumentales et atmosphériques, peuvent s'additionner, rendant la prise de vue délicate. Heureusement il existe des solutions logiciels et matériels qui peuvent atténuer grandement le phénomène.

1) Solutions logicielles.

Un logiciel tel que Photoshop® ou PaintShopPro® est nécessaire.
Il n'y a pas de solution miracle qui fonctionne à tous les coups. Il y a plusieurs méthodes, chacune d'entre elles a ses avantages et ses inconvénients.
Tout dépend du type de chromatisme et de l’objet à corriger.

A • -- Chromatisme uniforme
difficulté : XX

Dans le cas d'un chromatisme instrumental / atmosphérique parfait ( c'est a dire que le décalage des couleurs est uniforme sur toute l'image ) le but est de recaler les dispersions chromatiques les unes par rapport aux autres.


Lune avec aberration chromatique ( accentué pour la démonstration ).	La même, après corrections.

La couleur est en général, divisée en trois couleurs primaires : Rouge Vert Bleu. L'addition de ces trois couleurs de base, avec plus ou moins d'intensité, permet la restitution quasi complète du spectre. Les systèmes de restitution de couleur des logiciels de dessin fonctionnent de la même manière : les couches de bleu, de rouge et vert, sont additionnées pour former l'image finale.

Sur cette capture d'écran, nous voyons la palette des couches de Photoshop®
En haut la composite ( R G B ), en dessous, les couches individuelles.

Il est donc très simple de recaler les couches les unes par rapport aux autres. Puisque le rouge , le vert et le bleu sont considérés comme des calques superposés , il suffit de sélectionner et faire glisser le rouge par rapport autres couleurs jusqu’à ce que les liserés rouges s'atténuent ou disparaissent.

Pour se faire, on procède comme suit : on sélectionne la couche R (rouge dans notre exemple) en cliquant dans la palette sur la couleur désirée. Un icône en forme d’œil sur la couche R nous indique que seule celle-ci est visible. L'image d'arrière plan passe donc en niveaux de gris, qui en fait représentent les intensités ( nuances ) au sein du rouge. A ce stade tout ce que vous ferez n'affectera que la composante rouge de l'image. Nous allons donc déplacer la couche rouge.
Mais nous voulons voir le résultat sur l'ensemble de l'image ( image composite ), nous cliquons alors sur l’icône "œil" face à la couche RGB. L'image d'arrière plan repasse en couleur. Mais en principe seule la couche rouge sera affectée par nos manipulations. D’ailleurs cette couche doit être surlignée (ici en bleu clair) nous signifiant que seule cette couche est active.
Avec la palette "outil" de Photoshop®, nous sélectionnons l'outil déplacement ( surligné en vert dans notre exemple ) et avec les flèches du clavier, nous incrémentons des déplacement successifs ( pixel par pixel ) afin de réduire et si possible annuler les filets rouges.

Cette opération effectuée, nous pouvons continuer avec le bleu et si le besoin s'en fait sentir, avec le vert.

B • 1 -- Chromatisme non uniforme sur les objets de grande taille difficulté : XX

En cas de chromatisme anamorphique ( le décalage n'est pas uniforme sur toute l'image ). Par exemple, le bleu une fois calé sur une partie de l'image, la couleur "bave" sur une autre partie, il convient d'appliquer une méthode plus radicale. Cette méthode est surtout valable sur les grands objets, comme la Lune ou certains objets du ciel profond, mais non sur les étoiles ou les planètes.
Comme vue plus haut une image se décompose en trois couleurs distincte : le rouge, le vert et le bleu. Cette représentation nous est familière et est donc pratique car nous y sommes habitués. Il en existe une autre, très différente dénommée le mode L’ab (rien à voir avec une abréviation de "Laboratoire"), en gros comme pour le RVB, il y a trois couches.
Dans ce modèle calorimétrique, une couleur est représentée par 3 valeurs :

L : la luminance
a et b : deux gammes de couleurs :
- a : gamme du vert au rouge;
- b : couleurs du bleu au jaune.

Ce qui est important ici c'est que l'intervention sur les couleurs ne modifie pas la luminosité générale de l'image.
Enfin il faut savoir que l'œil humain est très sensible à la luminosité mais est très peu performant dans la résolution optique des couleurs.

Sur l'image de la lune ci-dessus, nous avons enlevé les informations relatives à la luminosité pour ne conserver que les informations de couleurs/chrominance.

Sur l'exemple ci-dessus, nous nous apercevons que les couleurs sont un complément d'agrément dans l'information visuelle, mais qu'elles ne nous donnent aucun détail résolvant ( capacité à discerner de petits détails ).

Le raisonnement est donc simple : puisque les couleurs ne nous aident pas à "enrichir" les détails de l'image, mais qu'en plus, dans le cas présent ( chromatisme ), elles nuisent à sa lisibilité, nous allons réduire le "bruit" chromatique en appliquant un flou sur les couches de couleurs tout en préservant la luminosité.

La procédure est relativement simple : après ouverture de l'image dans Photoshop®, il faut la convertir en Lab : dans le menu "Image" choisir "mode" puis sélectionner le mode Lab. la palette couche de l'image se décompose alors en Luminance, Chromie A, et Chromie B comme expliqué précédemment, nous sélectionnons la couche B ( nous ferons de même avec la couche A ) et nous appliquons un flou Gaussien d'une valeur N. Pour se faire : aller dans le menu filtre , flou , puis flou Gaussien . A l'invite entrer une valeur. il n'y a pas de valeur absolue pour tous vos travaux, chacun étant spécifique, il faudra donc faire des essais. En général, on commence par des valeurs de faible amplitude pour les pousser au besoin. La couche A nécessite souvent des valeurs plus faibles les infos de décalage chromatique étant surtout présentes sur la couche B. Dans l'exemple ci-contre nous avons choisi une image de "tous les jours", plus parlante qu'une image - parfois abstraite - d'astronomie.	(cliquer sur l'image ci contre pour angrandir)
Le flou est appliqué successivement sur la couche "a" et "b" ( ici la "a" ).
Ci-contre : l'image, une fois le flou appliqué sur les couleurs : le constat s'impose de lui même : cela ne réduit pas la qualité de l'image de manière trop sensible, par contre, dans le cas du chromatisme en astronomie, nous pouvons constater que celui-ci disparaît.
Sur l'image de la lune de notre document de départ, le résultat est le suivant. Nous constatons une légère aberration chromatique sur les bords. Cela est du au fait qu'il n'y a "rien à flouter" en bordure. Ca implique, si on veut être tatillon de recadrer l'image un peu en deçà de ses proportions actuelles : exemple : si le flou appliqué est égal à 9, nous recadrerons l'image de la valeur de ce flou (une image de 400 pixels de large et 300 de haut se verra donc réduite à 382 et 282 ( il faut ôter la "zone d'incertitude" en bas et en haut, à gauche et à droite ). Cette méthode permet de réduire le chromatisme important et anamorphique ( de taille non uniforme ) sur les grands objets, tout en conservant la colorimétrie générale.

B • 2 -- Variante
difficulté : XXX

Une variante de cette méthode repose sur une reconstruction de l'image : Sélection d'une couche relativement neutre sur l'image RVB (en général le vert), copier/coller cette couche dans un nouveau fichier doc, mise de cette dernière au mode LAB, aplatir l'image. Sur l'image RVB : passer en LAB, copier/coller les couches A puis B dans le nouveau fichier doc, puis flouter les chrominances en fonction.
C'est la méthode la plus nette des deux, mais aussi la plus difficile à mettre en œuvre. On peut aussi se contenter de choisir la couche la plus belle de l'image de départ (souvent le vert) de supprimer les couches restantes (rouge et bleu dans ce cas) et de rester avec une image Noir et Blanc, sans chromatisme.

C • 1 -- Chromatisme anamorphique sur les objet de petite tailles / planétaire
difficulté : XXX

Cette première solution, de facilité, est la plus rapide à mettre en œuvre mais donne le résultat potentiellement le moins intéressant.
Il consiste à détruire la couche la plus problématique pour la remplacer par une couche "propre" ou un compositage des deux autres couches.

Sur les objets planétaires, déjà naturellement difficiles à résoudre, nous ne pouvons pas flouter les couleurs comme sur la lune, car nous perdons instantanément des informations qui participent à la résolution fine des détails.. sur l'image ci-contre affectée d'un fort chromatisme atmosphérique ( qui plus est non uniforme ) nous distinguons à la décomposition que les couches rouge et verte sont modérément affectées, mais la bleue est réellement problématique. Nous allons dans un premier temps recaler les couches les unes par rapport aux autres : voir section A: chromatisme uniforme. Une fois fait nous avons plusieurs possibilités pour éliminer cet arc bleu.	(cliquer sur l'image pour angrandir)
La possibilité élégante : on soustrait la partie débordante de la couche bleue du reste de l'image, pour se faire, on copie la couche bleue dans un nouveau fichier doc (nous appellerons ce fichier doc COUCHE BLEUE), et nous dupliquons l'image RVB dans un nouveau doc que nous passons en Lab.	on copie la couche bleue dans un nouveau doc (cliquer pour agrandir)
De ce fichier doc Lab, nous copions la luminance sur un calque du fichier doc " COUCHE BLEUE ", nous changeons ensuite l'opacité de ce calques en "noircir" ou "plus sombre".
Nous changeons, dans la palette "calques" l'opacité de cette couche en mode "écran ou additif" aplatir l'image. Nous avons donc une image débarrassée de son arc lumineux.
On aplatit l'image on copie ( ctrl + a , ctrl +c) on revient dans notre image RVB, on sélectionne ( si ce n'est déjà fait ) la couche bleue et on colle (ctrl + v) notre compositage en lieu et place de la couche bleue. Cela nous donne l'image ci-contre. Il nous faut ensuite rééquilibrer les couleurs et absorber le chromatisme résiduel
Après rééquilibrage des couleurs.
On absorbe ensuite le décalage résiduel. (cf technique a)
Enfin, équilibrage des couleurs et ajustement finaux, pour mémoire l'image de départ.