Fałszywy kolor - False color

Mozaika wykonana z serii 53 obrazów podjętej przez trzy filtry widmowe przez Galileusza ' systemu obrazowania s gdyż przeleciał nad północnymi regionami Księżyca w grudniu 1992 roku

Kolor fałszywy (lub pseudokolor ) odnosi się do grupy metod oddawania barw używanych do wyświetlania obrazów w kolorze, które zostały zarejestrowane w widocznych lub niewidzialnych częściach widma elektromagnetycznego . Obraz w fałszywych kolorach to obraz przedstawiający obiekt w kolorach różniących się od tych, które przedstawia fotografia (obraz w prawdziwym kolorze ). Na tym zdjęciu kolory zostały przypisane do trzech różnych długości fal, których nasze oczy normalnie nie widzą.

Ponadto warianty fałszywego koloru, takie jak pseudokolor , cięcie gęstości i kartogramy są wykorzystywane do wizualizacji informacji albo danych zebranych przez pojedynczy kanał w skali szarości, albo danych nie przedstawiających części widma elektromagnetycznego (np. elewacja na mapach reliefowych lub typy tkanek w magnetycznym obrazowanie rezonansowe ).

Rodzaje odwzorowań kolorów

Prawdziwy kolor

Koncepcja prawdziwego koloru może pomóc w zrozumieniu fałszywego koloru. Obraz jest nazywany obrazem w prawdziwym kolorze, gdy oferuje naturalne odwzorowanie kolorów lub gdy się do niego zbliża. Oznacza to, że kolory obiektu na obrazie wydają się ludzkiemu obserwatorowi w taki sam sposób, jak gdyby ten sam obserwator bezpośrednio oglądał obiekt: zielone drzewo wydaje się zielone na obrazie, czerwone jabłko czerwone, błękitne niebo niebieskie, i tak dalej. W przypadku zastosowania do obrazów czarno-białych, true-color oznacza, że ​​postrzegana jasność obiektu jest zachowana w jego przedstawieniu.

Dwa zdjęcia satelitarne Landsat przedstawiające ten sam region:
Zatokę Chesapeake i miasto Baltimore
Ten obraz w prawdziwych kolorach pokazuje obszar w rzeczywistych kolorach, np. roślinność jest wyświetlana na zielono. Obejmuje pełne widmo widzialne przy użyciu czerwonych, zielonych i niebiesko-zielonych pasm widmowych satelity zmapowanych do przestrzeni barw RGB obrazu.
Ten sam obszar, co obraz w sztucznych kolorach, wykorzystujący pasmo widmowe bliskiej podczerwieni , czerwonego i zielonego zmapowane do RGB – ten obraz przedstawia roślinność w odcieniu czerwieni, ponieważ roślinność odbija większość światła w bliskiej podczerwieni.
Spala Cliff w kraterze Endurance na Marsie . Kolor jest w przybliżeniu prawdziwym kolorem, ponieważ zamiast czerwonego pasma widmowego zastosowano podczerwień. Rezultatem jest metameryczna awaria koloru nieba, który na zdjęciu jest lekko zielony – gdyby obecny był człowiek- obserwator, osoba ta dostrzegłaby, że rzeczywisty kolor nieba ma nieco więcej pomarańczy. Łazik Opportunity, który uchwycił to zdjęcie, ma czerwony filtr, ale często nie jest on używany ze względu na wyższą wartość naukową zdjęć zarejestrowanych przy użyciu pasma podczerwieni i ograniczenia transmisji danych.

Absolutne odwzorowanie prawdziwych kolorów jest niemożliwe. Istnieją trzy główne źródła błędów kolorów (błędy metameryczne ):

  • Różne czułości spektralne oka ludzkiego i urządzenia do przechwytywania obrazu (np. kamery ).
  • Różne emisje/odbicia widmowe obiektu i procesu renderowania obrazu (np. drukarka lub monitor ).
  • Różnice w irradiancji widmowej w przypadku obrazów odbijających światło (np. odbitki fotograficzne) lub obiektów odbijających światło – szczegóły patrz wskaźnik oddawania barw (CRI).

Skutkiem niepowodzenia metamerycznego byłby na przykład obraz zielonego drzewa, które ma inny odcień zieleni niż samo drzewo, inny odcień czerwieni dla czerwonego jabłka, inny odcień niebieskiego dla błękitnego nieba i tak dalej. na. Zarządzanie kolorami (np. z profilami ICC ) może być wykorzystane do złagodzenia tego problemu w ramach ograniczeń fizycznych.

Przybliżone obrazy w rzeczywistych kolorach zebrane przez statek kosmiczny są przykładem, w którym obrazy mają pewną dozę metamerycznej awarii, ponieważ pasma widmowe kamery statku kosmicznego są wybierane do zbierania informacji o właściwościach fizycznych badanego obiektu, a nie są wybierane do uchwycenia obrazy w prawdziwych kolorach.

Ta przybliżona panorama w prawdziwych kolorach pokazuje wytrzymałość krateru uderzeniowego na Marsie . Zostało wykonane przez panoramiczną kamerę w łaziku Opportunity i jest złożeniem łącznie 258 zdjęć wykonanych w pasmach spektralnych 480, 530 i 750 nanometrów (niebieski / zielony, zielony i bliska podczerwień).

Fałszywy kolor

Tradycyjny obraz satelitarny Las Vegas w sztucznych kolorach. Teren pokryty trawą (np. pole golfowe) pojawia się na czerwono.

W przeciwieństwie do obrazu w prawdziwych kolorach, obraz w sztucznych kolorach poświęca naturalne odwzorowanie kolorów, aby ułatwić wykrywanie cech , które nie są łatwo dostrzegalne w inny sposób – na przykład wykorzystanie bliskiej podczerwieni do wykrywania roślinności na obrazach satelitarnych. Podczas gdy obraz z fałszywymi kolorami można stworzyć przy użyciu wyłącznie widma widzialnego (np. w celu podkreślenia różnic kolorów), zazwyczaj niektóre lub wszystkie wykorzystywane dane pochodzą z promieniowania elektromagnetycznego (EM) spoza widma widzialnego (np. podczerwień , ultrafiolet lub promieniowanie rentgenowskie ). Dobór pasm widmowych zależy od właściwości fizycznych badanego obiektu.

Ponieważ ludzkie oko wykorzystuje trzy pasma widmowe (szczegóły w trichromatyczności ), trzy pasma widmowe są zwykle łączone w obraz w sztucznych kolorach. Do kodowania fałszywych kolorów potrzebne są co najmniej dwa pasma widmowe i możliwe jest połączenie większej liczby pasm w trzy wizualne pasma RGB – przy czym czynnikiem ograniczającym jest zdolność oka do rozróżniania trzech kanałów. Natomiast obraz „kolorowy” wykonany z jednego pasma widmowego lub obraz utworzony z danych składających się z danych innych niż EM (np. wysokość, temperatura, rodzaj tkanki) jest obrazem pseudokolorowym (patrz poniżej).

Dla prawdziwego koloru, kanały RGB (czerwony „R”, zielony „G” i niebieski „B”) z kamery są mapowane do odpowiednich kanałów RGB obrazu, dając mapowanie „RGB→RGB”. W przypadku fałszywego koloru ta relacja ulega zmianie. Najprostszym kodowaniem fałszywych kolorów jest wzięcie obrazu RGB w widmie widzialnym, ale zmapowanie go inaczej, np. „GBR→RGB”. W przypadku tradycyjnych obrazów satelitarnych Ziemi w fałszywych kolorach stosuje się mapowanie „NRG→RGB”, gdzie „N” oznacza pasmo widmowe bliskiej podczerwieni (a niebieskie pasmo widmowe jest niewykorzystane) – daje to typową „roślinność w kolorze czerwonym”. -kolorowe obrazy.

Fałszywy kolor jest używany (między innymi) dla obrazów satelitarnych i kosmicznych: Przykładami są satelity teledetekcyjne (np. Landsat , patrz przykład powyżej), teleskopy kosmiczne (np. Teleskop Kosmiczny Hubble'a ) lub sondy kosmiczne (np. Cassini-Huygens ). Niektóre statki kosmiczne, z łazikami (np. Mars Science Laboratory Curiosity ), które są najbardziej znanymi przykładami, mają również zdolność przechwytywania przybliżonych obrazów w rzeczywistych kolorach. Satelity pogodowe wytwarzają, w przeciwieństwie do wspomnianego wcześniej statku kosmicznego, obrazy w skali szarości z widma widzialnego lub podczerwonego.

Przykłady zastosowania fałszywego koloru:
Te trzy obrazy w sztucznych kolorach demonstrują zastosowanie teledetekcji w rolnictwie precyzyjnym : Obraz po lewej przedstawia gęstość roślinności, a obraz środkowy obecność wody (zielone/niebieskie dla gleby mokrej i czerwone dla gleby suchej). Zdjęcie po prawej pokazuje, gdzie uprawy są obciążone, co jest szczególnie widoczne w polach 120 i 119 (oznaczone czerwonymi i żółtymi pikselami). Pola te miały zostać nawodnione następnego dnia.
To złożone w sztucznych kolorach zdjęcie galaktyki spiralnej Messier 66 łączy cztery pasma widma w podczerwieni od 3,6 do 8,0 mikrometrów . Wkład światła gwiazd (mierzony przy 3,6 mikrometrów) został odjęty od pasma 5,8 i 8 mikrometrów, aby zwiększyć widoczność emisji wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych .
Ten kultowy obraz Mgławicy Orzeł ma fałszywy kolor, co można wywnioskować z różowych gwiazd. Teleskop Kosmiczny Hubble'a wykonał trzy zdjęcia , pierwsze rejestrujące światło o częstotliwości jonów siarki (arbitralnie przypisanych do koloru czerwonego), drugie wodoru (zielony), trzecie jony tlenu (niebieski). Rzeczywisty kolor mgławicy nie jest znany, ale patrząc na nią z odległości, która sprawia, że ​​podobnie widoczne są „filary” o długości 1 roku świetlnego, dla ludzkich oczu jest to prawdopodobnie prawie jednorodny brązowo-szary.

Pseudokolor

Obraz pseudokolorowy (czasem stylizowany pseudokolor lub pseudokolor ) jest uzyskiwany z obrazu w skali szarości przez mapowanie każdej wartości intensywności na kolor zgodnie z tabelą lub funkcją. Pseudokolor jest zwykle używany, gdy dostępny jest pojedynczy kanał danych (np. temperatura, wysokość, skład gleby, rodzaj tkanki itd.), w przeciwieństwie do fałszywego koloru, który jest powszechnie używany do wyświetlania trzech kanałów danych.

Pseudokolorowanie może sprawić, że niektóre szczegóły będą bardziej widoczne, ponieważ postrzegana różnica w przestrzeni barw jest większa niż pomiędzy kolejnymi poziomami szarości. Z drugiej strony, funkcję mapowania kolorów należy wybrać tak, aby jasność koloru była nadal monotonna, w przeciwnym razie nierównomierna zmiana utrudniłaby interpretację poziomów, zarówno dla widzów normalnych, jak i daltonistów. Jednym z przestępców jest powszechnie używana paleta „tęczowa”, ze zmianą jasności w tę i z powrotem. (Zobacz także Kartogram § Przebieg kolorów .)

Typowym przykładem zastosowania pseudokoloru jest termografia (obrazowanie termiczne), w której kamery termowizyjne mają tylko jedno pasmo spektralne i pokazują swoje obrazy w skali szarości w pseudokolorze.

Przykłady kodowania temperatury za pomocą pseudokoloru:
Na pierwszym planie termogram domu pasywnego, w tle budynek tradycyjny. Zwróć uwagę na klawisz koloru do temperatury po prawej stronie.
Obraz termiczny lokomotywy parowej z wykorzystaniem kodowania pseudokolorowego – kolor żółty/biały oznacza ciepło, a czerwony/fiolet oznacza chłód.
Ten pseudokolorowy obraz przedstawia wyniki komputerowej symulacji temperatur podczas ponownego wejścia promu kosmicznego . Obszary osiągające 3000 ° F (1650 ° C) można zobaczyć na żółto.

Innym znanym przykładem pseudokoloru jest kodowanie elewacji za pomocą odcieni hipsometrycznych na fizycznych mapach reliefowych , gdzie wartości ujemne (poniżej poziomu morza ) są zwykle reprezentowane przez odcienie niebieskiego, a wartości dodatnie przez zielenie i brązy.

Przykłady kodowania elewacji pseudokolorem:
Mapa elewacji Oceanu Spokojnego , przedstawiająca dno oceanu w odcieniach błękitu oraz ląd w odcieniach zieleni i brązu.
Ta oznaczona kolorami mapa reliefu wzniesienia wskazuje na skutki powodzi na Marsie . Zwróć uwagę na kolor do elewacji na dole.
Księżyc z hipsometrycznych odcieniach czerwieni na najwyższych punktów i fioletowy na najniższy.

W zależności od użytej tabeli lub funkcji oraz wyboru źródeł danych pseudokolorowanie może zwiększyć zawartość informacyjną oryginalnego obrazu, na przykład dodając informacje geograficzne, łącząc informacje uzyskane ze światła podczerwonego lub ultrafioletowego lub z innych źródeł, takich jak skany MRI .

Przykłady nakładania dodatkowych informacji pseudokolorem:
Ten obraz przedstawia kompozycyjne wariacje Księżyca nałożone jako pseudokolor.  Jasne różowe obszary to materiały wyżynne, odcienie niebieskiego do pomarańczowego wskazują na lawy wulkaniczne.  Ostatnie dotknięte gleby są reprezentowane przez jasnoniebieskie kolory;  najmłodsze kratery mają wystające z nich wyraźne niebieskie promienie.
Ten obraz przedstawia kompozycyjne wariacje Księżyca nałożone jako pseudokolor.
MRI stawu kolanowego w skali szarości – różne poziomy szarości wskazują na różne typy tkanek, wymagające wyszkolonego oka.
Pseudokolorowy rezonans magnetyczny kolana utworzony przy użyciu trzech różnych skanów w skali szarości – typy tkanek są łatwiejsze do rozróżnienia dzięki pseudokolorowi.

Kolejnym zastosowaniem pseudokolorowania jest przechowywanie wyników opracowywania obrazu; czyli zmiana kolorów w celu ułatwienia zrozumienia obrazu.

Krojenie gęstości

Obraz Tasmanii i otaczających wód przy użyciu cięcia gęstości, aby pokazać stężenie fitoplanktonu . Kolor oceanu uchwycony przez obraz satelitarny jest odwzorowany na siedem kolorów: żółty, pomarańczowy i czerwony wskazują więcej fitoplanktonu, podczas gdy jasnozielony, ciemnozielony, jasnoniebieski i ciemnoniebieski wskazują mniej fitoplanktonu; ziemia i chmury są przedstawione w różnych kolorach.

Density slicing , odmiana pseudokoloru, dzieli obraz na kilka kolorowych pasm i jest wykorzystywana m.in. w analizie obrazów teledetekcyjnych . W przypadku krojenia gęstości zakres poziomów skali szarości jest podzielony na interwały, przy czym każdy interwał jest przypisany do jednego z kilku dyskretnych kolorów – w przeciwieństwie do pseudokoloru, który wykorzystuje ciągłą skalę kolorów. Na przykład na obrazie termicznym w skali szarości wartości temperatury na obrazie można podzielić na pasma 2 °C, a każde pasmo reprezentowane przez jeden kolor – dzięki temu temperatura jednego punktu na termografie może być łatwiej mierzona przez użytkownika , ponieważ dostrzegalne różnice między dyskretnymi kolorami są większe niż w przypadku obrazów z ciągłą skalą szarości lub ciągłym pseudokolorem.

Kartogram

US Wybory prezydenckie 2004 , wizualizowane za pomocą choropleth mapę. Partia Republikańska i Partia Demokratyczna są tradycyjnie przypisane bardziej czerwone i bardziej niebieskie kolory, odpowiednio.

Choropleth jest obraz lub map w które obszary są kolorowe lub wzorzyste proporcjonalnie do kategorii lub wartości jednej lub więcej zmiennych są reprezentowane. Zmienne są mapowane na kilka kolorów; każdy obszar wnosi jeden punkt danych i otrzymuje jeden kolor z tych wybranych kolorów. Zasadniczo jest to cięcie gęstościowe nakładane na nakładkę pseudokolorową. Kartogram danego obszaru geograficznego jest więc ekstremalną formą fałszywego koloru.

Fałszywy kolor w sztuce

Podczas gdy artystyczna interpretacja nadaje subiektywnej ekspresji koloru, Andy Warhol (1928–1987) stał się kulturowo ważną postacią ruchu sztuki współczesnej , tworząc obrazy w sztucznych kolorach techniką sitodruku . Niektóre z najbardziej rozpoznawalnych odbitek Warhola to replika Marilyn Monroe , jej wizerunek oparty na kadrze z filmu Niagara . Tematem był symbol seksu i filmowa gwiazdka noir, której śmierć w 1962 roku wpłynęła na artystę. Seria odbitki wykonano z pieszczotliwe ale narażać jej osobowość jako iluzji poprzez jego linii montażowej stylu produkcji sztuki, które są non-erotyczne i nieco groteskowy. Używając różnych palet kolorów tuszu, Warhol zanurzył się w procesie powtarzania, który służy porównywaniu osobowości i przedmiotów codziennego użytku z cechami masowej produkcji i konsumpcjonizmu . Kolory atramentu zostały wybrane w wyniku eksperymentów estetycznych i nie korelują z fałszywym oddawaniem barw widma elektromagnetycznego stosowanego w przetwarzaniu obrazu z wykorzystaniem teledetekcji . Przez lata artysta kontynuował sitodrukowe obrazy Marilyn Monroe w fałszywych kolorach, być może jego najbardziej znanym dziełem jest turkusowa Marilyn, kupiona w maju 2007 roku przez prywatnego kolekcjonera za 80 milionów dolarów.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki