stringtranslate.com

Ложный цвет

Мозаика, составленная из серии из 53 изображений, полученных с помощью трех спектральных фильтров системой формирования изображений «Галилео » во время пролета над северными областями Луны в декабре 1992 года.
Изображение в ложных цветах с тепловизора МСУ-МР спутника Метеор М2-2. Изображение получено любительской радиостанцией и получено из данных HRPT.

Ложные цвета и псевдоцвета соответственно относятся к группе методов цветопередачи, используемых для отображения изображений в цветах, которые были записаны в видимых или невидимых частях электромагнитного спектра . Изображение с ложными цветами — это изображение, которое изображает объект в цветах , отличающихся от тех, которые показывает фотография ( изображение с истинными цветами ). На этом изображении цвета были назначены трем различным длинам волн , которые человеческий глаз обычно не может видеть.

Кроме того, для визуализации информации , полученной с помощью одного канала в оттенках серого или данных, не отображающих части электромагнитного спектра (например, высоты на картах рельефа или типы тканей в магнитно-резонансной томографии ), используются такие варианты ложных цветов , как псевдоцвета , срезы плотности и хороплеты .

Типы цветопередачи

Настоящий цвет

Концепция истинного цвета может помочь в понимании ложного цвета. Изображение называется изображением истинного цвета , когда оно предлагает естественную цветопередачу или когда оно близко к ней. Это означает, что цвета объекта на изображении кажутся человеку-наблюдателю такими же, как если бы этот же наблюдатель видел объект напрямую: зеленое дерево на изображении выглядит зеленым, красное яблоко — красным, синее небо — голубым и так далее. [1]

Два спутниковых снимка Landsat, показывающих один и тот же регион:
Земля вокруг Чесапикского залива [2]
Burns Cliff внутри кратера Endurance на Марсе . Цвет приблизительно соответствует истинному цвету, поскольку вместо красного спектрального диапазона использовался инфракрасный. Результатом является метамерный сбой в цвете неба, которое на снимке слегка зеленоватое — если бы присутствовал наблюдатель , то он бы воспринял реальный цвет неба как немного более оранжевый. Марсоход Opportunity , который сделал это изображение, имеет красный фильтр, но он часто не используется из-за более высокой научной ценности изображений, полученных с использованием инфракрасного диапазона, и ограничений передачи данных.

Абсолютно точная цветопередача невозможна. [3] Существует три основных источника цветовой ошибки ( метамерной ошибки):

Результатом метамерного сбоя может быть, например, изображение зеленого дерева, которое показывает другой оттенок зеленого, чем само дерево, другой оттенок красного для красного яблока, другой оттенок синего для голубого неба и т. д. Управление цветом (например, с помощью профилей ICC ) может использоваться для смягчения этой проблемы в рамках физических ограничений.

Приблизительные изображения в истинном цвете, полученные с помощью космического аппарата, являются примером того, что изображения имеют определенную долю метамерного сбоя, поскольку спектральные полосы камеры космического аппарата выбираются для сбора информации о физических свойствах исследуемого объекта, а не для получения изображений в истинном цвете. [3]

Эта приблизительная панорама в истинных цветах показывает ударный кратер Endurance на Марсе . Она была сделана панорамной камерой марсохода Opportunity и представляет собой композицию из 258 изображений, полученных в спектральных диапазонах 480, 530 и 750 нанометров (синий/зеленый, зеленый и ближний инфракрасный).

Ложный цвет

Традиционное спутниковое изображение Лас-Вегаса в ложных цветах. Покрытая травой земля (например, поле для гольфа) отображается красным цветом.

В отличие от изображения в истинном цвете, изображение в ложных цветах жертвует естественной цветопередачей, чтобы облегчить обнаружение особенностей , которые в противном случае нелегко различить — например, использование ближнего инфракрасного диапазона для обнаружения растительности на спутниковых снимках. [1] Хотя изображение в ложных цветах может быть создано с использованием исключительно визуального спектра (например, для подчеркивания цветовых различий), обычно некоторые или все используемые данные получены из электромагнитного излучения (ЭМ) за пределами визуального спектра (например, инфракрасного , ультрафиолетового или рентгеновского ). Выбор спектральных диапазонов определяется физическими свойствами исследуемого объекта.

Поскольку человеческий глаз использует три спектральных диапазона (подробнее см. трихроматию ), три спектральных диапазона обычно объединяются в изображение в ложных цветах. Для кодирования ложных цветов необходимо не менее двух спектральных диапазонов, [4] и можно объединить больше диапазонов в три визуальных диапазона RGB — при этом ограничивающим фактором является способность глаза различать три канала. [5] Напротив, «цветное» изображение, созданное из одного спектрального диапазона, или изображение, созданное из данных, состоящих из не-ЭМ данных (например, высота, температура, тип ткани), является псевдоцветным изображением (см. ниже).

Для истинного цвета каналы RGB (красный «R», зеленый «G» и синий «B») с камеры сопоставляются с соответствующими каналами RGB изображения, что дает отображение «RGB→RGB». Для ложного цвета это соотношение меняется. Простейшее кодирование ложных цветов — это взять изображение RGB в видимом спектре, но отобразить его по-другому, например, «GBR→RGB». Для традиционных спутниковых изображений Земли в ложных цветах используется отображение «NRG→RGB», где «N» — это ближний инфракрасный спектральный диапазон (а синий спектральный диапазон не используется) — это дает типичные ложные цветные изображения «растительность в красном». [1] [6]

Ложные цвета используются (среди прочего) для спутниковых и космических снимков: Примерами являются спутники дистанционного зондирования (например, Landsat , см. пример выше), космические телескопы (например, космический телескоп Хаббл ) или космические зонды (например, Кассини-Гюйгенс ). Некоторые космические аппараты, среди которых марсоходы (например, научная лаборатория Марса Curiosity ), являются наиболее яркими примерами, также способны делать приблизительные изображения в истинном цвете. [3] Метеорологические спутники создают, в отличие от упомянутых ранее космических аппаратов, изображения в оттенках серого из видимого или инфракрасного спектра.

Примеры применения ложного цвета:

Ложный цвет имеет ряд научных применений. Космические аппараты часто используют методы ложного цвета, чтобы помочь понять состав структур во Вселенной, таких как туманности и галактики. [7] Частоте света, излучаемого различными ионами в космосе, присваиваются контрастные цвета, что позволяет лучше разделять и визуализировать химический состав сложных структур. Изображение туманности Орла выше является типичным примером этого; ионы водорода и кислорода были присвоены зеленому и синему цветам соответственно. Большое количество зеленого и синего цветов на изображении показывает, что в туманности содержится большое количество водорода и кислорода.

26 октября 2004 года космический аппарат NASA/ESA Cassini-Huygens сделал снимок Титана, крупнейшего спутника Сатурна, в ложных цветах. [8] Изображение было получено в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, которые невидимы для человеческого глаза. [9] Для того чтобы обеспечить визуальное представление, были использованы методы ложных цветов. Инфракрасные данные были сопоставлены с красными и зелеными цветами, а ультрафиолетовые — с синими. [10]

Псевдоцвет

Псевдоцветное изображение (иногда называемое псевдоцветом или псевдоцветом ) получается из изображения в оттенках серого путем сопоставления каждого значения интенсивности с цветом в соответствии с таблицей или функцией. [11] Псевдоцвет обычно используется, когда доступен один канал данных (например, температура, высота , состав почвы, тип ткани и т. д.), в отличие от ложного цвета, который обычно используется для отображения трех каналов данных. [4]

Псевдоокрашивание может сделать некоторые детали более заметными, поскольку воспринимаемая разница в цветовом пространстве больше, чем между последовательными уровнями серого. С другой стороны, функция отображения цвета должна быть выбрана так, чтобы убедиться, что яркость цвета по-прежнему монотонна, иначе неравномерное изменение затруднит интерпретацию уровней как для нормальных, так и для дальтоников. Одним из нарушителей является широко используемая палитра «радуга» с возвратно-поступательным изменением яркости. (См. также Choropleth map § Color progression .) [12]

Типичным примером использования псевдоцвета является термография (тепловизионное изображение), где инфракрасные камеры имеют только одну спектральную полосу и показывают свои изображения в оттенках серого в псевдоцвете.

Примеры кодирования температуры с помощью псевдоцвета:

Другим известным примером псевдоцвета является кодирование высот с использованием гипсометрических оттенков на физических рельефных картах , где отрицательные значения (ниже уровня моря ) обычно представлены оттенками синего, а положительные значения — зелеными и коричневыми.

Примеры кодирования высоты с помощью псевдоцвета:

В зависимости от используемой таблицы или функции, а также выбора источников данных, псевдоокрашивание может увеличить информационное содержание исходного изображения, например, добавляя географическую информацию, объединяя информацию, полученную из инфракрасного или ультрафиолетового света или других источников, таких как сканирование МРТ . [13]

Примеры наложения дополнительной информации с помощью псевдоцвета:

Еще одним применением псевдоцвета является сохранение результатов обработки изображения, то есть изменение цветов для облегчения понимания изображения. [14]

Плотность нарезки

Изображение Тасмании и окружающих вод с использованием среза плотности для отображения концентрации фитопланктона . Цвет океана, полученный на спутниковом снимке, отображается семью цветами: желтый, оранжевый и красный указывают на большее количество фитопланктона, в то время как светло-зеленый, темно-зеленый, светло-голубой и темно-синий указывают на меньшее количество фитопланктона; земля и облака изображены разными цветами.

Нарезка плотности , разновидность псевдоцвета, делит изображение на несколько цветных полос и (помимо прочего) используется при анализе изображений дистанционного зондирования . [15] Для нарезки плотности диапазон уровней серого делится на интервалы, причем каждому интервалу присваивается один из нескольких дискретных цветов — в отличие от псевдоцвета, который использует непрерывную цветовую шкалу. [16] Например, в тепловизионном изображении в оттенках серого значения температуры на изображении могут быть разделены на полосы по 2 °C, и каждая полоса представлена ​​одним цветом — в результате пользователю легче получить температуру одной точки на термограмме, поскольку заметные различия между дискретными цветами больше, чем у изображений с непрерывной градацией серого или непрерывным псевдоцветом.

Хороплет

Президентские выборы в США 2004 года , визуализированные с помощью картограммы. Поддержка кандидатов от Республиканской и Демократической партии показана оттенками традиционных цветов партий — красного и синего .

Хороплет — это изображение или карта , на которой области окрашены или имеют узор пропорционально категории или значению одной или нескольких представленных переменных . Переменные отображаются в несколько цветов; каждая область вносит один элемент данных и получает один цвет из этих выбранных цветов. По сути, это нарезка плотности, примененная к псевдоцветовому наложению. Таким образом, хороплетная карта географической области является крайней формой ложного цвета.

Ложный цвет в искусстве

В то время как художественное исполнение способствует субъективному выражению цвета, Энди Уорхол (1928–1987) стал культурно значимой фигурой современного художественного движения, создавая картины в ложных цветах с помощью техник трафаретной печати . ​​Некоторые из самых узнаваемых гравюр Уорхола включают реплику Мэрилин Монро , ее изображение основано на кадре из фильма «Ниагара» . Объектом была секс-символ и старлетка фильма «нуар», чья смерть в 1962 году повлияла на художника. Серия гравюр была сделана с нежностью, но раскрывает ее личность как иллюзию через его конвейерный стиль художественного производства, которые неэротичны и слегка гротескны. [17] Используя различные цветовые палитры чернил, Уорхол погрузился в процесс повторения, который служит для сравнения персон и повседневных предметов с качествами массового производства и потребительства . [18] Цвета чернил были выбраны путем экспериментов с эстетикой и не коррелируют с ложной цветопередачей электромагнитного спектра, используемого при обработке изображений с помощью дистанционного зондирования . В течение многих лет художник продолжал печатать ложные цветные изображения Мэрилин Монро, и, возможно, его самой известной работой является «Бирюзовая Мэрилин» [19], которая была куплена в мае 2007 года частным коллекционером за 80 миллионов долларов США. [20]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc "Принципы дистанционного зондирования - Центр дистанционной визуализации, зондирования и обработки, CRISP". www.crisp.nus.edu.sg . Получено 1 сентября 2012 г.
  2. ^ "The Landsat 7 Compositor". landsat.gsfc.nasa.gov. 21 марта 2011 г. Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 г. Получено 1 сентября 2012 г.
  3. ^ abc Нэнси Аткинсон (1 октября 2007 г.). «Правда или ложь (цвет): искусство внеземной фотографии». www.universetoday.com . Получено 1 сентября 2012 г. .
  4. ^ "NGC 3627 (M66) - NASA Spitzer Space Telescope Collection". www.nasaimages.org. 15 сентября 2005 г. Архивировано из оригинала 1 сентября 2011 г. Получено 1 сентября 2012 г.
  5. ^ GDSC, Nationaal Lucht-en Ruimtevaartlaboratorium (Национальная лаборатория воздушного и космического транспорта), Нидерланды. «Комбинации групп». GDSC , Nationaal Luchten Ruimtevaartlaboratorium (Национальная лаборатория воздушного и космического транспорта), Нидерланды. Архивировано из оригинала 17 августа 2012 года.{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  6. ^ «Правда о Хаббле, JWST и ложном цвете». NASA Blueshift . Получено 9 марта 2022 г.
  7. ^ JPL, Carolina Martinez. "NASA - First Close Encounter of Saturn's Hazy Moon Titan". www.nasa.gov . Архивировано из оригинала 14 июля 2022 года . Получено 9 марта 2022 года .
  8. ^ Хадхази, Адам. «Каковы пределы человеческого зрения?». www.bbc.com . Получено 9 марта 2022 г.
  9. ^ "NASA - Titan in False Color". www.nasa.gov . Архивировано из оригинала 9 марта 2022 года . Получено 9 марта 2022 года .
  10. ^ "Pseudocolor Filter for VirtualDub". Neuron2.net. Архивировано из оригинала 11 июня 2010 года . Получено 1 сентября 2012 года .
  11. ^ Штауффер, Рето. «Где-то над радугой». HCL Wizard . Получено 14 августа 2019 г.
  12. ^ Леонид И. Димитров (1995). Ким, Йонгмин (ред.). «Псевдоцветная визуализация ЭЭГ-активности в коре головного мозга человека с использованием объемного рендеринга на основе МРТ и интерполяции Делоне». Medical Imaging 1995: Image Display . 2431 : 460–469. Bibcode :1995SPIE.2431..460D. CiteSeerX 10.1.1.57.308 . doi :10.1117/12.207641. S2CID  13315449. Архивировано из оригинала 6 июля 2011 г. Получено 18 марта 2009 г. 
  13. ^ Setchell, CJ; Campbell, NW (июль 1999). «Использование цветных текстурных признаков Габора для понимания сцены». 7-я Международная конференция по обработке изображений и ее приложениям . Том 1999. С. 372–376. doi :10.1049/cp:19990346. ISBN 0-85296-717-9. S2CID  15972743.
  14. ^ Джон Алан Ричардс; Сюпин Цзя (2006). Анализ цифровых изображений дистанционного зондирования: Введение (4-е изд.). Birkhäuser. стр. 102–104. ISBN 9783540251286. Получено 26 июля 2015 г.
  15. ^ Дж. Б. Кэмпбелл, «Введение в дистанционное зондирование», 3-е изд., Тейлор и Фрэнсис, стр. 153
  16. ^ Вуд, Пол (2004). Разновидности модернизма. Лондон, Великобритания: Издательство Йельского университета. С. 339–341, 354. ISBN 978-0-300-10296-3.
  17. ^ "Золотая Мэрилин Монро". Музей современного искусства . Архивировано из оригинала 13 июня 2014 года . Получено 9 июня 2014 года .
  18. ^ Фэллон, Майкл (2011). Как анализировать работы Энди Уорхола . Северный Манкейто, Миннесота, Соединенные Штаты Америки: ABDO Publishing Company. стр. 44–46. ISBN 978-1-61613-534-8.
  19. ↑ Фогель, Кэрол (25 мая 2007 г.). «Inside Art». The New York Times . Получено 9 июня 2014 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Ложные цвета .