Construction d'une caméra Allsky

Écrit par Jean-Pierre le .

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Pourquoi une caméra Allsky ?

Lorsqu'on exploite un équipement d'astrophotographie piloté à distance, il faut pouvoir surveiller le ciel, afin de visualiser la présence ou non de nuages.

La survenance de nuages en cours de séquence peut aussi mettre un terme à la séquence photo. Dans le cas d'un équipement automatisé, on peut imager une solution permettant de replier automatiquement l'ensemble de l'équipement dès que des nuages sont détectés.

Pour ce faire, on utilise une petite caméra dont le rôle est de viser l'ensemble du ciel, de manière à pouvoir apprécier la qualité apparente de la voute céleste, notamment, la présence ou non de nuages.

Afin d'avoir une bonne vue d'ensemble, l'angle de visée doit être le plus large possible.

Certaines caméra couvrent un angle de 180° par rapport à l'horizontale sur 360° en périphérie. D'où le terme de caméra "Allsky".

Il existe bien sûr des caméras prêtes à l'emploi sur le marché, mais lorsqu'on voit leur tarif et qu'on est un peu bricoleur, on se dit qu'il doit être possible de se lancer dans sa fabrication.

Ayant une petite caméra ZWO ASI120MM en stock, je me suis dit que je pouvais lui donner une seconde vie en la transformant en caméra Allsky.

 

Problèmes inhérents à l'exploitation d'une caméra Allsky :

Pour pouvoir exploiter une caméra Allsky dans toutes le situations possibles, il faut bien aborder les différentes problématiques :

La caméra doit pouvoir fonctionner de jour comme de nuit, en limitant les réglages en fonction de la luminosité. L'idéal est de disposer d'une correction automatique du temps de pose.

La caméra ASI120MM est capable de régler automatiquement la durée des poses de quelques micro-secondes à plusieurs secondes, de quoi couvrir la différence de luminosité entre une journée ensoleillée et une nuit noire, mais étoilée.

La température extérieure peut varier d'une manière importante, entre le jour et la nuit, et tout au long de l'année. Le risque en cas de chute de température est de se retrouver avec de la rosée, du givre ou de la neige, ce qui va empêcher toute visualisation du ciel.

Il est par conséquent nécessaire d'intégrer un système de chauffage régulé dans le boitier contenant la caméra, de manière à pouvoir réchauffer automatiquement le globe sous lequel se trouve l'objectif de la caméra.

Si l'air se trouvant à l'intérieur du boitier contient de l'humidité, il y a une forte probabilité de condensation sur la face interne du globe ou sur la caméra en cas de chute de température extérieure.

L'idéal est d'avoir un air totalement sec dans le boitier qui contient la caméra.

Ce qui signifie qu'il faut un boitier étanche et le balayer avec de l'air sec ou un gaz sec en bombe (exemple : argon).

Quand on a pas à disposition ce genre d'artifice, une autre solution consiste, toujours avec un boitier étanche, à placer des sachets de dessicants à l'intérieur du boitier, de manière à piéger au maximum l'humidité qui s'y trouve au moment de la fermeture du boitier.

Fabrication de la caméra Allsky :

Les pièces nécessaires :

Pour fabriquer le boitier de la Allsky, j'ai fait appel, une fois de plus, à des éléments de tuyauterie en PVC. On trouve de nombreuses pièces de différentes dimensions, qui se découpent et se collent aisément.

Pour le boitier, j'ai utilisé les éléments suivants :

1 manchon femelle diamètre 100mm.

2 tampons de visite avec bouchon vissant mâle diamètre 100mm.

2 réductions 40/32mm.

1 bout de tube diamètre 32mm.

3 résistances de 4,7 ohms de 5W de puissance admissible.

1 platine de régulation de température.

1 globe en plastique transparent de 98mm de diamètre.

Quelques sachets de dessicants.

 

La confection du boitier :

Afin d'avoir un démontage facile de l'ensemble, toutes les pièces sont fixées à la partie inférieure du boitier.

Le manchon femelle, après découpe à la bonne longueur, est équipé d'un tampon de visite dévissable à chaque extrémité.

Sur la face interne du tampon inférieur, une réduction 40/32 a été collé de manière à pouvoir maintenir un petit bout de tube vertical.

Le bouchon du tampon supérieur a été découpé, de manière à accueullir le globe en plastique transparent.

La rondelle en PVC, issue de la découpe du tampon supérieur va permettre de créer l'embase de fixation pour la caméra et les résistances de conditionnement.

Une réduction 40/32 a été collée sous la rondelle support, de manière à placer l'ensemble sur le tube de 32mm de diamètre.

Toutes les parties externes des pièces en PVC ont été recouvertes de plusieurs couches de peinture blanche afin de limiter la montée en température sous le rayonnement solaire.

 

Petite vue de la partie inférieure du boitier.

En partant du bas :

  • Le bouchon mâle
  • La réduction 40/32
  • Le tube 32
  • La réduction 40/32
  • La rondelle support
  • La caméra et les 3 résistances.
 
Noir colonne Platine camra 4 

  

Concernant la puissance dégagée par les résistances, les 3 résistances ont une valeur unitaire de 4,7 ohms. Ces 3 résistances sont câblées en série de manière à obtenir une résistance globale de 14,1 ohms.

Alimentées sous 12V, elles dissipent une puissance totale de 10W. L'intensité est de 0,85 A.

La mise en service des résistances est assurée par un petit thermostat numérique ayant une plage de réglage de -50° à 110° par pas de 1/10 de degré.

En ce qui me concerne, je règle ce thermostat pour qu'il se mette en service lorsque la température interne du boitier est inférieure à 6°.

Au cas où, un forçage de la mise en service des résistances est prévu à l'aide d'un relais de l'IPX800.

Vu qu'il faut un câble USB et un câble pour alimenter les résistances de chauffage, j'ai choisi de recourrir à un seul câble blindé à 8 conducteurs (4 pour l'USB et 3 pour la régulation de température).

 

 Le globe en plastique transparent a été fixé au tampon de visite supérieur, découpé au bon diamètre. Un joint en silicone a été confectionné entre le globe et le tampon pour éviter les infiltrations d'eau.  Noir colonne  Dome Allsky

 

 

 

Montage de l'ensemble "partie mécanique" :

Allsky

 

 

Le câblage électrique :

Avant de passer au câblage électrique de la caméra, il faut fixer le themostat électronique. Compte-tenu du montage de la caméra, cette fixation n'est pas indispensable, mais ça fait plus propre.

 

Une caméra Allsky toute prête !

Nos amis chinois étant très productifs dans le domaine de l'électronique, ils ont conçus des caméras de surveillance équipées de capteurs permettant une vision sous éclairage faible.

En fin d'année 2016, le capteur le plus sensible utilisé pour ce type de caméra est construit par SONY, il s'agit de l'IMX225. Ce capteur à une résolution de 1,3Mpixels soit 1280 (H) × 960 (V). Chaque pixel a une taille de 3.75 µm (H) par 3.75 µm (V).

Le boitier à un diamètre de 100mm. Il suffit de l'installer sur un toit plat ou sur un mât avec une platine. Il est également possible de fixer la caméra sur un plan incliné (toit ou autre) car la caméra est inclinable. Il suffit de déposer les 3 vis de fixation du globe et d'incliner la caméra pour récupérer la verticale.

Son prix est très attractif puisqu'aux alentours de 80 euros. Il arrive même que pendant certaines phases de promotions, le prix chute vers 50 euros.

Cette caméra est constituée d'un boitier étanche et d'un globe en plastique transparent. Un chauffage permanent permet d'éviter la formation de buée ou de givre. Un sachet de silicagel est placé à l'intérieur du boitier, de manière à réduire l'hygrométrie et éviter le dépôt de buée à l'intérieur du globe.

L'inconvénient de ce type de caméra est qu'il n'est pas possible de faire des poses longues de plusieurs secondes. Cela limite la possibilité pour voir de nombreuses étoiles, y compris la voie lactée, alors qu'avec une Allsky à base d'une caméra type ASI120 ou QHY5, il est possible de faire des poses longues de manière à obtenir une voute céleste plus étoilée.

Un logiciel est livré avec la caméra afin de pouvoir l'exploiter. Il est également possible d'utiliser (par exemple) le logiciel iSpy, qui permet de réaliser des Time Lapse et d'envoyer les images périodiquement sur un serveur ftp. Néanmoins, le paramétrage de la caméra ne peut s'effectuer qu'avec le logiciel livré avec la caméra.

A l'inverse, le paramétrage de la caméra ASI120MM que j'utilise également en Allsky est possible directement via Ispy.

J'ai acheté cette caméra via le site internet Aliexpress. C'est une caméra IP qui est à raccorder sur un réseau ethernet. Elle nécessite une alimentation séparée 12V. Vu qu'elle est également "POE", Il est possible de l'alimenter directement par le câble ethernet. Cette solution nécessite néanmoins de disposer d'un hub ethernet POE.

ATTENTION : Il existe une variante avec une résolution supérieure, utilisant un capteur IMX291, dont la résolution est de 1920 x 1080 et des pixels dont la taille est de 2.9 µm (H) par 2.9 µm (V). Néanmoins, l'IMX291 est moins sensible que l'IMX225.

A titre d'exemple, avec la caméra à base d'un IMX291, on aperçoit la nébuleuse d'Orion (M42) sur les images.

Ces caméras sont en vente sur le site AliExpress : https://fr.aliexpress.com/item/1-3MP-1-0MP-POE-Dome-IP-Camera-960P-720P-Waterproof-Super-Low-0-0001Lux-Day/32550636905.html?spm=2114.13010608.0.0.L9ftBC

 

Camera IMX225

 

Toutes ces caméras étant conçues sur la base de capteurs CMOS Sony, il est possible de trouver leurs caractéristiques sur le site Sony : http://www.sony-semicon.co.jp/products_en/IS/sensor0/products/cmos.html

Comparaison des images

Voici 2 photos, prises à l'aide de la caméra à base d'IMX291 et celle équipé de l'ASI120MM. Les 2 photos ont été prises à quelques minutes d'intervalle afin de pouvoir disposer des mêmes conditions.

Caméra avec capteur IMX291

 

Allsky avec caméra ASI120MM

Bon, comme qui dirait, y'a pas photo. En terme de qualité d'image, nette avantage à la Allsky équipée d'une caméra longue pose.

Avec le capteur IMX291, l'image est très bruitée. En mode vidéeo, le bruit étant évolutif en permanence sur l'ensemble de l'image, on distingue mieux certaines étoiles. On peut voir des étoiles de magnitude 4. Vu qu'il n'est pas possible de descendre en dessous de 6 images par seconde, cela réduit considérablement la collecte des photons !

La photo réalisée avec l'ASI120MM à l'aide de iSpy se cale automatiquement à une durée de 6 à 30s. Les objets de faible luminosité sont bien mis en évidence. On voit toutes les étoiles formant les constellations.

Certains objets bien connus sont bien visibles, les Hyades, les Pléiades, la Nébuleuse d'Orion (qui joue à cache-cache derrière les arbres). On devine même la voie lactée passant par Cassiopée Persée et le Cocher (Capella est au centre de l'image).

On voit également une légère déformation des étoiles dans la zone située sous le centre de l'image. C'est le dôme actuel en acrylique dont le moulage n'est pas homogène et qui crée cette déformation. J'ai un autre dôme, beaucoup plus mince et de meilleure qualité que je dois installer.

La pollution lumineuse à droite de la photo ainsi que l'éclairage extérieur d'un voisin (quasi permanent la nuit) qui se reflète sur le mur de la maison limitent malheureusement la durée d'exposition.

En conclusion, je dirais que la Allsky embarquant la ASI120MM produit des images de bien meilleure qualité que celle équipée d'un IMX291.

Néanmoins, coté coût, et mise en oeuvre, ce n'est pas la même chose. La caméra à base d'IMX est peu chère (une soixantaine d'euros) et exploitable directement.

Pour une Allsky à base d'ASI120MM (ou une QHY5), il est nécessaire de bricoler un boitier ad'hoc et le tarif est plus important (environ 300 euros pour l'ensemble). Il est également possible de trouver ce type de caméra en occasion avec un tarif de fait, plus motivant.

Avec le temps, j'ai peaufiné quelques paramètres de la capture image sur l'AS120MM via iSpy. Au final, on voit encore plus d'étoiles.

Sur cet exemple d'image en date du 27/05/2017, on distingue clairement la Voie Lactée qui passe par la constellation du Cygne.

On constate également l'apparition de pixels morts ou chauds. La caméra étant exposée directement au soleil, le capteur doit souffrir ! La mise en place d'un obturateur mécanique motorisé est à réfléchir.