La capture des bolides

Observatoire de Fontenay le Marmion.

Le losange encadré d'orange correspond au champ de la caméra à 30 km et le rouge à 100 km d'altitude. En haut délimité en jaune le champ de la caméra de Stéphane Jouin, situé à May sur Orne à quelques kilomètres. L'observatoire de Savigny-le-Temple est délimité en bleu clair. Le recoupement de nos observations permettront de déterminer la trajectoire du bolide par triangulation.

Consultez la carte de France des observateurs enregistrés.

La capture des bolides par la méthode photographique ou radio commence tout juste à se développer dans le monde amateur en France et il reste encore des régions vierges, donc avis aux amateurs !

Les observations récentes :

Spécial Perséïdes !

09 07 2009 à 05:06:13, magnitude -1.0	16 07 2009 à 05:03:47, magnitude -3.0	25 07 2009 à 01:35:39 ; magnitude -1.1	26 07 2009 à 04:21:44 ; magnitude -1.0	05 08 2009 à 01:46:37 ; magnitude -3.3
09 08 2009 à 04:40:32, magnitude -4.5	12/08/2009 ; perséïde	12/08/2009 ; perséïde	12/08/2009 ; perséïde explosive	23/08/2009 ; magnitude -4.3

La caméra est orientée vers le zénith avec le Nord en haut et l'Ouest à droite.

Comment s'équiper ?

Les stations d'observateurs confirmés utilisent des caméras ultrasensibles de 0.0003 Lux voir moins et des objectifs très grand angle.

Ce lien ci-dessous donne de nombreuses indications pour la réalisation d'une station autonome.

http://marcodechaligny.free.fr/page_astro/All_Sky_Cam04.html

Voici une page où sont répertoriés les observateurs enregistrés sur le réseau Reforme :

Station All Sky Camera de Cérilly

Sur le site de Stéphane Jouin on trouve de nombreuses vidéo de divers sites.

La carte de France avec les observateurs enregistrés.

Le réseau REFORME. ( REseau Français d'Observation des MEtéores) développé par l'institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides, IMCE

Je remercie Stéphane Jouin pour l'aide qu'il m'apporte dans mes essais. Il habite à quelques kilomètres de chez moi et nous espérons pouvoir faire des triangulations pour déterminer l'orientation précise des météores.

Description de mon installation :

Cette page présente mes tests à partir d'un module RF Concepts 1043XA Noir et blanc visible ici. Ce module est vendu sous forme d'un circuit imprimé avec un objectif amovible. RF Concepts le livre avec un mini cordon muni d'une prise qui s'enfiche sur le circuit imprimé d'un côté et de quelques fils à souder de l'autre. Un micro est aussi livré. La sensibilité est de 0.003 lux pour un capteur CCD 1/3" , 720 * 582 pixels. Les téléviseurs ou les cartes de numérisation peuvent le lire au standard PAL avec 570 lignes ce qui est une bonne résolution. L'objectif donne environ 90 ° dans le sens horizontal ce qui est suffisant pour faire la chasse aux météores. Cette caméra ne possède pas d'iris, ce qui veut dire qu'elle va prendre le soleil pendant la journée, et que son capteur risque de s'échauffer audelà des limites du constructeur. Il faut donc placer manuellement un cache sur le boitier de la caméra pendant la journée, ou mieux placer un petit electroaimant muni d'un cache devant l'objectif, le tout dans le boitier. (voir plus bas)

Francis Adelving a ouvert une page de tests sur ce capteur en imagerie planétaire. Ne ratez pas son atlas de la Lune, par exemple ici.

On ne peut utiliser le module tel quel, il faut le placer dans un boitier métallique muni d'une prise BNC et d'une prise d'alimentation pour le 12 v. J'ai choisi deux petites fiches bananes dorées de 3 mm.

Le boitier de numérisation est distribué par Conrad, il s'agit du DVD-creator USB qui fonctionne bien, toutefois si vous utilisez un PC de bureau il est conseillé de choisir une carte PCI.

Le boitier étanche est un luminaire encastrable dans le sol dont il a fallu remplacer le hublot en verre trempé de 8 mm qui ne donnait pas une transparence suffisante. J'ai donc découpé dans un verre de cadre photo un rond de verre de 3 mm d'épaisseur. Il suffit de le découper en facettes puis de terminer avec une pierre de carborindum sous l'eau, genre pierre à affuter les outils. J'ai laissé une circulation d'air par le trou de passage des fils (les connecteurs sont dans le boitier). Le module 1043XA chauffe légèrement au niveau de son alimentation. La chaleur se transmet par le circuit imprimé au support aluminium de l'objectif. Comme le module est fixé par ce support, il y a une légère climatisation qui évite la buée.

Voici quelques images du module et de sa mise en boite. Il est tout à fait possible d'utiliser un autre boitier moins honéreux (33.00 € ) mais il devra être en métal épais qui ne s'oxyde pas. Le hublot peut être un modèle en acrylique, mais il faut qu'il ait une épaisseur de 3 à 4 mm pour avoir l'étanchéité avec ce type de boitier.

Le module 1043XA vu de face. L'objectif est interchangeable et se règle par vissage. Notez que les deux vis qui dépassent ne sont pas d'origine mais serviront à fixer le module au boitier.	Ici vue de dos avec le connecteur orange du microphone et le connecteur blanc qui reçoit la vidéo et l'alimentation.
Le luminaire étanche en boitier aluminium vu ici engagé dans sa protection plastique. Notez que la façade est en inox.	Vue de la partie aluminium de profil. Le serre fil de la sortie des fils à droite sera retiré pour le passage des cables vidéo et d'alimentation. Le trou ainsi dégagé permet de passer une prise BNC sans problème.
La culasse profonde de 10 cm. Les deux trous prévus pour fixer la lampe sont utilisés pour visser deux tiges filetées. Le parallélisme des trous n'est pas bon, il faut en tenir compte pour le perçage des trous des ronds d'aluminium.	Deux joues en aluminium accueillent la caméra et les connecteurs. Notez la présence de condensateurs de filtrage sur l'alimentation. La caméra est fixée par les vis de fixation de l'objectif qui sont remplacées par des vis plus longues.
On interpose entre les deux joues des entretoises pour conserver une bonne planéité.	Un cache noir (découpé dans une disquette 3.5 pouces) évite les reflets.
Voici l'obturateur. Il reprend le concept d'actuateur en modélisme. Le principe est simple, un aimant est monté en bascule au centre d'un bobinage. Son basculement dépend du sens du courant. En ayant un mouvement légèrement freiné, il suffit d'une impulsion de 0.5 s et 8 V pour l'ouvrir ou le fermer, ensuite il reste en position. J'ai utilisé un aimant au néodyme de 4 * 4 * 16 mm que j'ai glissé dans un écrou percé pour fixer deux petits bouts de cordes à piano de 1mm qui assurent le basculement. Deux joues arrondies en circuit imprimé se glissent dans le bobinage et sont ensuite soudées sur la platine en circuit imprimé double face. Le passe axe du volet est en laiton et est soudé au circuit imprimé.
Sur la vue de gauche on peut voir le système en cours de test. L'aimant en basculant entraine le volet qui protège ainsi la caméra du soleil. Avec une électronique associée il est possible d'atteindre des temps de basculement très courts. A droite les trois petites platines qui composent la caméra. Le bloc des connections a maintenant une prise DIN pour recevoir les deux fils de l'obturateur.

Le logiciel utilisé est UFOCapture de Sonotaco dont on peut trouver ici le mode d'emploi en français. Le lire attentivement avant de choisir une carte de numérisation et de paramétrer le logiciel. Ce logiciel est cher (105.00 €) mais il est sans concurence et possède des fonctions de filtrages évitant d'enregistrer les avions, les oiseaux les insectes. Seuls les rayons cosmiques laissent une trace . On peut télécharger une version complète valable 30 jours pour se familiariser avec le logiciel. Il existe une version gratuite très basique et sans filtre qui peut suffire, et on retrouvera alors tout le bestiaire du ciel !

Le module 1043XA n'est pas parfait. Le mien comporte 4 points chauds (les pixels restent blanc dès que la sensibilité est grande ) et présente des groupes de raies verticales à très faible lumière. C'est du à la technologie et la lecture du capteur.

Ces barres verticales sont gènantes car elles masquent les étoiles très faibles. C'est un défaut, mais en ajustant finement le réglage de la caméra il est possible d'obtenir un fond de ciel noir et faire apparaître des étoiles de magnitude 3 ou 4. J'ai donc réussi après de nombreux essais et réglages d'ajuster les paramètres dans UFOAnalyser téléchargeable gratuitement sur le site de Sonotaco pour obtenir la trajectoire des bolides.

Pour finir, j'ai placé la caméra en bordure de toit, fixé à un mat comme pour une antenne de télévision.

Il est possible de dépasser le niveau amateur en envoyant les résultats de ses détections au réseau REFORME (REseau Français d'Observation des MEtéores).

La capture des météores avec ce matériel est très facile. J'ai capturé dès les premières nuits plusieurs météores. L'orientation du capteur est Est-Ouest.

Le tout premier, plutôt fin. A gauche on a un pixel chaud, c'est un défaut du capteur CCD. Remarquez aussi les bandes sombres verticales.	Mon plus beau à ce jour (fin avril). Quelques étoiles brillantes apparaissent.
Phénomène d'optique du à des nuages en altitude. Le météore semble avoir dévié de sa trajectoire au passage de la lune.	Un beau météore qui tient compagnie à la Lune...
Voici un météore avec les derniers réglages de la caméra. Le fond de ciel est noir, les bandes verticales ont presque disparues. L'orientation de la caméra : Est à gauche et Nord en haut. L'étoile à droite est Arcturus. Redimensionnement avec PhotoFiltre. azimuth : 176.8, élévation : 85.9, rotation : 14.326. Champ 90°	Première vue avec un objectif de 2.9 mm donnant un champ de 120°. La brillance de étoiles est augmentée par UFOCapture. Le bolide présente un affaiblissement au centre (nuage en altitude ? , combustion fragmentée ? ). UFOAnalyser le donne à la magnitude 0.9 et 1.02 comme deux bolides, la trajectoire étant légèrement différente. Arcturus est en haut à droite. Les autres grosses étoiles allongées à gauche et en bas sont les points chauds du CCD.
Voici les réglages de la caméra en utilisant le boitier USB DVD-creator de Conrad. ( Remerciements à Francis Adelving pour ses conseils )

Si vous regardez attentivement vous verrez que la trace du météore est légèrement hachée. Cela vient de UFOCapture qui a du mal avec mon boitier de numérisation USB Conrad.
Il vaut mieux choisir une carte PCI.

Les artefacs :

Vous savez ce sont ces trucs bizarres pas vraiment identifiés qui apparaissent dans les images (un vaisseau de poulpes géants poussé par un hyperdrive venu envahir nos océans par exemple... )
Plus sérieusement, la plupart du temps il s'agit soit de rayons cosmiques (au moins un par nuit qu'on identifie facilement car ils apparaissent sur une seule image) ou de parasites électriques (démarrage de chaudière ). Il y a une documentation très intéressante dans la documentation de Sonotaco sur des phénomènes d'orage assez rares. Ces phénomènes sont très brefs, visibles sur une seule image et sont donc quasi invisibles à l'oeil nu.

Petit bilan financier :

Un capteur Sony 1043XA = 59 £ soit 66 € au cours actuel. (mai 2009)
Un objectif de 2.9 mm = 10 £
Boitier de numérisation USB DVD-creator de chez Conrad = 50.00€
On le trouve aussi comme un Anubis Typhoon DVD Maker entre 35.00 € et 45.00 €.
Un boitier luminaire encastrable = 33 € en grande surface
Le logiciel UFOCapture = gratuit 30 jours puis 105.00 € ou en version FREE (mais pour une simple détection, sans filtrages et sans tranches horaires programmées)

Autres solutions à envisager

Cette solution fonctionne mais déjà d'autres solutions économiques existent comme la KPC-EX230HL avec une sensibilité de 0.0003 lux, un boitier étanche et un objectif en option de 2.8 mm donnant un champ de 130 °. Par contre le capteur ne donne que 510 * 492 pixels. Avec un S/N > 50 db, la détectivité devrait être meilleure. Je n'ai pas testé cette caméra mais je suis intéressé par tout retour d'expérience.

Autre solution, les caméras couleur Day/Night qui permuttent automatiquement en mode noir et blanc en dessous de 5 lux. Les filtres bleu et IR devant l'objectif sont déplacés, le CCD donnant alors sa pleine sensibilité dans l'infrarouge, soit 0.0001 lux à F1.2 ! Résolution supérieur au 1043XA en PAL (752 * 582) et rapport signal / bruit > 48 db. J'ai commandé la caméra VISION WC57WD avec un objectif zoom de 2.8 - 10 mm. Si elle tient ses promesses, cela devrait donner une super webcam. Il s'agit d'une caméra professionnelle et son prix avec l'objectif se situe dans les 265.00 €. Je publierai un test sur cette caméra qui semble exceptionnelle sur le papier.

Test préliminaire sur la Vision WC57WD.

Rappelons d'abord que la caméra est une caméra de surveillance avec un mode nuit amélioré, ce n'est pas une caméra pensée pour l'astronomie.
La caméra en mode couleur donne une belle image avec un rendu des couleurs plutôt agréable bien qu'un peu clair. La qualité est nettement supérieure à une webcam et la lumière est bien maitrisée sur toute l'image y compris sur le grand angle de 2.8 mm F1.4. La transition en mode N&B donne effectivement un surcroit de lumière et l'on voit à l'image le passage des filtres devant le CCD (on peut heureusement fixer le mode N&B ou couleur). Il y a de nombreuses options paramétrables à travers un menu qui s'affiche dans l'image. On peut commander à distance la caméra par une liaison RS485. Ainsi (entre autres) il est possible d'activer l'AGC, la vitesse d'obturation, et le temps d'intégration du CCD (le shutter lent). Il s'agit d'un temps d'obturation inférieur à 1/50e de seconde. La caméra mémorise plusieurs trames ce qui se traduit par des sacades à l'image mais qui permet de capturer plus de lumière. C'est donc de là que vient l'indication d'une très grande sensiblité du CCD. Sur le ciel en mode shutter lent elle est plus sensible que la 1043XA, on pouvait s'y attendre, mais c'est au détriment du nombre de trames enregistrées. Elle semble toutefois plus bruitée. Le nombre de points chauds est par contre assez catastrophique et il faudra traiter les vidéos avant de les utiliser.

Voici rapidement quelques images tests.

Ces images sont générées par UFOCapture. Le but est de montrer la trace d'un bolide sur toutes les images enregistrées. L'image n'est donc pas augmentée en dynamique et ne montre pas plus de détails que sur une seule image du film. Les images sont simplement moyennées. J'ai redimensionné les images. Ici les vues sont en mode grand angle 2.8 mm F1.4 ce qui est le cas le plus défavorable.

AGC Low, pose 3 sec. (1/50e * 160) Durée de la vidéo 6 sec moyennées en une seule image. Image dans le noir (avec le capuchon sur l'objectif). On remarque en bas à droite la luminescence de l'ampli de sortie du CCD. Tous les points blancs sont des pixels chauds et ils apparaissent avec un défaut, entre parenthèses. Le grain est assez marqué.	AGC Off, pose 3 sec. (1/50e * 160) Durée de la vidéo 6 sec moyennées en une seule image. Même conditions mais sans l'AGC. Les défauts sont nettement moins marqués. Ce sont ces réglages que j'ai conservé.
Film de 6 secondes moyenné en une seule image équivalent à une seule pose de 3 sec. Remarquez qu'on retrouve les points chauds et la luminescence du CCD , une simple soustraction d'image permet d'y remédier. A gauche sur le pignon ce n'est pas une fenêtre mais son reflet ! La magnitude 5.5 est atteinte sur cette vue où l'on voit Saturne sous le Lion et Regulus.	Film de 6 secondes moyenné en une seule image. A droite passage d'un avion. On voit bien la trajectoire hachée par tranche de 1,8 secondes. En haut à gauche un satellite qui apparait en pointillé. Il est curieux que les tracés soient décalés.

Image couleur au couchant. Les nuages sont bien reproduits avec nuances.
Dans la réalité les arbres étaient moins sombres, le controle est assez sommaire.
Dans une pièce les couleurs sont bien reproduites. je n'ai toutefois pas fait beaucoup d'essais en mode couleur.

Image plein format traitée avec Iris. 160 images ont été ajoutées et moyennées puis le dark a été soustrait. On atteind la magnitude 6. Les pixels chauds apparaissent en noir après soustraction et le bruit de l'amplificateur de sortie a complètement disparu.

Je dirais en conclusion que cette caméra offre des performances assez remarquables sans aucun refroidissement. En utilisant un traitement d'images (Iris par exemple) il est possible d'augmenter la dynamique depuis le film enregistré et de soustraire le dark et ses défauts. On peut à moindre frais accéder au traitement d'images en astronomie.

(Cette page est en développement, d'autres vues viendront par la suite).