Développements des produits L1B et des algorithmes de correction d’image

Les travaux visant à la définition et à la réalisation de produits de niveau 1 ont commencé en 2010 et se poursuivent en 2016. Les méthodes permettant (a) la correction des offsets pour chaque port de sortie du CCD, (b) l’estimation du gain (en photo-électrons par ADU), et l’étalonnage (c) du signal d’obscurité et (d) des pixels chauds d’un CCD à transfert de trame ont été publiées (Hochedez et al. 2014). Elles ont donné lieu à la fourniture d’un modèle quotidien autorisant une correction précise des quatre effets instrumentaux mentionnés ci-dessus. Ce modèle couvre pour l’instant la période allant du début de la mission à novembre 2012 ; il est disponible en ligne, et a été utilisé dans la production des produits L1A par le CMSP au BUSOC en 2013. Il sera étendu en 2014 pour les périodes ultérieures, allant jusqu’aux dernières images acquises par SODISM.

L’étape suivante dans le processus de corrections instrumentales s’attache à modéliser et soustraire le reflet parasite (ghost) en forme de croissant qui couvre un tiers du disque solaire. Cet objectif s’est avéré long et difficile à atteindre en raison du nombre élevé de paramètres aptes à déterminer la morphologie du défaut considéré, mais cependant inconnus. Ils sont en effet au nombre de quatorze (e.g., tilts et décentrements des différents éléments optiques). Une étude basée en particulier sur une analyse en composantes principales (PCA) pondérée a permis de caractériser dans cet immense espace multidimensionnel la similarité entre simulations et observables. La méthodologie ayant autorisé l’inversion ainsi que ses performances se trouvent présentées en détail dans Hochedez et al 2014b (in prep). Des images corrigées du reflet en croissant ont été produites et validées en janvier 2014. Elles couvrent la période allant de septembre 2010 à janvier 2014, mais seulement à raison d’une image par semaine dans le canal 535D. Nous travaillons actuellement à effectuer l’inversion des paramètres dans les autres canaux spectraux souffrant du ghost, et à soustraire celui-ci de toutes les images pleines. Cette étape sera atteinte en juin 2014 pour le canal 535D et pendant l’été pour les autres canaux. Un dataset préliminaire est en ligne et peut être aisément inspecté.

Sodism image with apparent ghost

Sodism image with simulated ghost subtracted

Figure 1 : À gauche : image SODISM prise dans le canal 535D (à 535 nm) et de laquelle a été soustrait un modèle d’assombrissement centre limbe (center-to-limb variation, CLV). Il s’agit ici de Neckel 2005. Le reflet parasite en forme de croissant est nettement visible. Il dépend du pointage et peut s’élever localement à plus de 10% de l’intensité du disque. Ceci perturbe plusieurs exploitations scientifiques, utilisant par exemple la valeur du contraste de l’ombre et de la pénombre des taches solaires. À droite : la même image de laquelle a été soustraite une simulation du ghost. Le ghost a quasiment disparu et son résidu provient de la non prise en compte de la non linéarité et de l’effet de l’obturateur qui génèrent par ailleurs la carence de signal que l’on remarque au limbe en bleu. Une prochaine version des L1B améliorera donc encore la correction du reflet en croissant.

La validation de la correction du reflet parasite repose sur la confrontation entre le disque solaire corrigé d’une part, et des modèles d’assombrissement centre bord d’autre part. Or cet exercice a mis en évidence deux effets inattendus qui tendent tous deux à créer un sensible excès de signal au centre du disque, mais qui requièrent néanmoins chacun une correction différente. Il apparaît d’abord que le temps de fermeture de l’obturateur (quelques dizaines de ms) n’est pas négligeable en comparaison du temps d’exposition (de l’ordre de la seconde). Le centre du disque se trouve donc exposé plus longtemps que le limbe. Cet effet peut être quantifié et corrigé en combinant les campagnes spéciales pendant lesquelles le temps de pose a été varié avec les schémas exacts obtenus auprès du fabricant Uniblitz (l’obturateur comprend deux lames hémicirculaires se translatant et se recouvrant pour créer un trou variable de forme lenticulaire). Le second effet découvert à cette occasion correspond à une non-linéarité du CCD dont le QE augmente avec l’éclairement qu’il reçoit. La modélisation de ce phénomène se fait aussi à partir des séquences de variation du temps de pose. Elle est en finalisation et pourrait éclairer, voire offrir une solution, au problème de persistance constaté en 2011 car l’auto sensibilisation en question possède une certaine durée de vie. Il est noté que dans la logique de l’étalonnage, il sera préférable de disposer d’une correction des effets de l’obturateur et de la non-linéarité CCD avant de corriger du reflet en croissant qui bien sûr intègre les effets de ces premiers.

Sodism image extrapolated to null exposure time

Integrated Sodism signal normalized by exposure time

Figure 2 : Mise en évidence des phénomènes liés à la vitesse d’ouverture de l’obturateur et à la non-linéarité du CCD. À gauche : image formée à partir d’une séquence de variation du temps d’exposition et extrapolée à une valeur nulle de ce dernier. Les valeurs négatives (bleues à vertes) résultent du décalage inconnu sur les horodatages de l’obturateur et de la non-linéarité du détecteur. Le motif lenticulaire en excès au centre provient de la cinématique de l’ouverture des lames du shutter (cf. Figure 3). À droite : représentation de la non-linéarité. Pour les différents temps de pose portés en abscisse, les images sont intégrées et divisées par le temps de pose. Ce ratio devrait ici apparaître constant mais l’on voit qu’il augmente de ~1% du fait de la sensibilisation procurée par les premiers photons incidents, avant de légèrement diminuer.

Mechanical drawing of the shutter

Model of the exposure map

Figure 3 :

Un traitement des images pleines de SODISM aura ainsi lieu au cours de l’été 2014. Il générera un dataset intermédiaire. Pour obtenir les produits L1B voulus, il ne restera plus qu’à multiplier les images de celui-ci par l’inverse des cartographies de la sensibilité (aka flatfield). Cette dernière correction aura lieu au cours de l’automne 2014. L’obtention des flatfields se fera aux quelques dates pour lesquelles des campagnes spéciales d’observations furent effectuées à l’aide de méthodes existantes. Ces reconstructions ne devraient donc plus poser de problème majeur, le reflet parasite ayant été soustrait. Une difficulté pourra cependant provenir du caractère évolutif avéré du flatfield. Ceci nous obligera à estimer sa dépendance au temps, en se basant a priori sur la constance de la fonction d’assombrissement centre limbe (CLV). Selon ce planning, les L1B seront disponibles à fin 2014 pour les images pleines de type RS dans tous les canaux spectraux.

Mais l’étalonnage des données de vol ne s’arrêtera pas à cette livraison : la limitation instrumentale liée à un étalement de la PSF est restée hors du champ des corrections évoquées plus haut. Or, la reconstruction du reflet parasite a conduit à contraindre la configuration du désalignement des optiques, et nous finalisons l’étude qui confronte les observables d’une part, avec la convolution d’un limbe et d’un champ de PSF simulées d’autre part. Ces travaux, entrepris en 2012 et menés en 2013, n’avaient pas abouti par manque de contraintes sur la connaissance des tilts des miroirs. Ceci n’est plus le cas aujourd’hui, et leur conclusion possède toujours le potentiel de (1) rendre les images plus nettes par déconvolution, (2) d’autoriser l’étude de l’assombrissement au limbe ou légèrement en retrait (méso-limbe), et (3) d’éclairer la véritable nature des limites instrumentales ayant perturbé les performances du télescope SODISM. Nous proposons de poursuivre en 2015 les études optiques engagées dans le but de livrer un modèle forward et un outil de déconvolution qui, appliqué aux L1B, produiront à la demande les produits qui avaient été intitulés L1C.

Juin 2014