Ложный цвет

Изображение в искусственных цветах, полученное с тепловизора МСУ-МР спутника Метеор М2-2. Изображение было получено любительской радиостанцией и получено на основе данных HRPT.

Ложные цвета и псевдоцвета соответственно относятся к группе используемых методов цветопередачи, для отображения изображений в цветах, которые были записаны в видимых или невидимых частях электромагнитного спектра . Изображение в искусственных цветах — это изображение, на котором объект изображен в цветах , отличающихся от тех, которые фотография ( изображение в истинном цвете показывает ). На этом изображении цвета присвоены трем различным длинам волн , которые человеческие глаза обычно не видят.

Кроме того, варианты ложных цветов, такие как псевдоцвета , срезы плотности и хороплеты, используются для информационной визуализации либо данных, собранных одним каналом в оттенках серого, либо данных, не отображающих части электромагнитного спектра (например, высоты на картах рельефа или типы тканей на магнитных картах). резонансная томография ).

Виды цветопередачи

Истинный цвет

Концепция истинного цвета может помочь понять ложный цвет. Изображение называется полноцветным, если оно обеспечивает естественную цветопередачу или приближается к ней. Это означает, что цвета объекта на изображении кажутся наблюдателю-человеку так же, как если бы этот же наблюдатель непосредственно видел объект: зеленое дерево кажется на изображении зеленым, красное яблоко — красным, синее — небесно-голубым. и так далее. ^{[ 1 ]}

Два спутниковых снимка Landsat, показывающие один и тот же регион:
Чесапикский залив и город Балтимор ^{[ 2 ]}

На этом полноцветном изображении показана территория в реальных цветах, например, растительность отображается зеленым цветом. Он охватывает весь видимый спектр, используя красный, зеленый и синий/зеленый спектральные диапазоны спутника, сопоставленные с цветовым пространством RGB изображения.

Та же область, что и изображение в искусственных цветах с использованием ближнего инфракрасного , красного и зеленого спектральных диапазонов, сопоставленных с RGB. На этом изображении растительность показана красным тоном, поскольку растительность отражает большую часть света в ближней инфракрасной области.

Абсолютно истинная цветопередача невозможна. ^{[ 3 ]} Существует три основных источника цветовых ошибок ( метамерный отказ):

Различная спектральная чувствительность человеческого глаза и устройства захвата изображения (например, камеры ).
Различные спектральные излучения/отражения объекта и процесса рендеринга изображения (например, принтера или монитора ).
Различия в спектральном излучении в случае отражающих изображений (например, фотоотпечатков) или отражающих объектов – см. в индексе цветопередачи (CRI). подробности

Результатом метамерного сбоя может быть, например, изображение зеленого дерева, которое имеет оттенок зеленого, отличный от самого дерева, другой оттенок красного для красного яблока, другой оттенок синего для голубого неба и т. д. на. Управление цветом (например, с помощью профилей ICC ) можно использовать для смягчения этой проблемы в рамках физических ограничений.

Изображения с приблизительным полноцветием, полученные космическим кораблем, являются примером того, как изображения имеют определенную степень метамерных дефектов, поскольку спектральные полосы камеры космического корабля выбираются для сбора информации о физических свойствах исследуемого объекта, а не для захвата изображения в реальных цветах. ^{[ 3 ]}

в реальных цветах На этой приблизительной панораме показан ударный кратер Эндьюранс на Марсе . Оно было снято панорамной камерой марсохода Opportunity и представляет собой совокупность 258 изображений, полученных в спектральных диапазонах 480, 530 и 750 нанометров (синий/зеленый, зеленый и ближний инфракрасный диапазон).

Ложный цвет

Традиционный спутниковый снимок Лас-Вегаса в искусственных цветах. Земля, покрытая травой (например, поле для гольфа), отображается красным цветом.

В отличие от изображения в реальных цветах, изображение в искусственных цветах жертвует естественной цветопередачей, чтобы облегчить обнаружение особенностей , которые иначе трудно различить – например, использование ближнего инфракрасного диапазона для обнаружения растительности на спутниковых изображениях. ^{[ 1 ]} Хотя изображение в искусственных цветах может быть создано с использованием исключительно визуального спектра (например, для подчеркивания цветовых различий), обычно некоторые или все используемые данные основаны на электромагнитном излучении (ЭМ) за пределами визуального спектра (например, инфракрасном , ультрафиолетовом или рентгеновском ). 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 искусственных цветах. Для кодирования ложных цветов необходимы как минимум два спектральных диапазона. ^{[ 4 ]} и можно объединить больше полос в три визуальных полосы RGB – при этом ограничивающим фактором является способность глаза различать три канала. ^{[ 5 ]} Напротив, «цветное» изображение, полученное из одного спектрального диапазона, или изображение, созданное из данных, состоящих из неЭМ-данных (например, высоты, температуры, типа ткани), является псевдоцветным изображением (см. ниже).

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

Ложный цвет используется (среди прочего) для спутниковых и космических изображений: примерами являются дистанционного зондирования спутники (например, Landsat , см. пример выше), космические телескопы (например, космический телескоп Хаббл ) или космические зонды (например, Кассини-Гюйгенс ). Некоторые космические аппараты, наиболее яркими примерами которых являются марсоходы (например, марсианская научная лаборатория «Кьюриосити »), также способны снимать приблизительные изображения в реальном цвете. ^{[ 3 ]} Метеорологические спутники , в отличие от упомянутых ранее космических аппаратов, создают изображения в оттенках серого из видимого или инфракрасного спектра.

Примеры применения ложного цвета:

Эти три изображения в искусственных цветах демонстрируют применение дистанционного зондирования в точном земледелии : левое изображение показывает плотность растительности, а среднее изображение — наличие воды (зеленый/синий для влажной почвы и красный для сухой почвы). На правом изображении показано, где сельскохозяйственные культуры находятся в состоянии стресса, особенно это касается полей 120 и 119 (обозначено красными и желтыми пикселями). Эти поля должны были быть орошены на следующий день.

Это составное изображение спиральной галактики Мессье 66 в искусственных цветах объединяет четыре инфракрасных спектральных диапазона от 3,6 до 8,0 микрометров . Вклад звездного света (измеренный на уровне 3,6 микрометра) был вычтен из диапазона 5,8 и 8 микрометров, чтобы улучшить видимость выбросов полициклических ароматических углеводородов .

Это знаковое изображение туманности Орла имеет искусственный цвет, о чем можно судить по розовым звездам. Три снимка были сделаны космическим телескопом «Хаббл» , на котором сначала был запечатлен свет на частоте ионов серы (произвольно присвоен красный цвет), на втором — ионов водорода (зеленый), на третьем — ионов кислорода (синий). Фактический цвет туманности неизвестен, но если смотреть на нее на расстоянии, когда «столбы» длиной в 1 световой год одинаково видны, она, вероятно, будет почти однородной коричнево-серой для человеческого глаза.

Ложный цвет имеет ряд научных применений. Космические корабли часто используют методы ложных цветов, чтобы помочь понять состав структур во Вселенной, таких как туманности и галактики. ^{[ 7 ]} Частоте света, излучаемого различными ионами в пространстве, присваиваются контрастные цвета, что позволяет лучше разделять и визуализировать химический состав сложных структур. Изображение туманности Орла выше является типичным примером этого; Ионам водорода и кислорода присвоены зеленый и синий цвета соответственно. Большое количество зеленого и синего цветов на изображении показывает, что в туманности содержится большое количество водорода и кислорода.

26 октября 2004 года космический корабль НАСА/ЕКА «Кассини-Гюйгенс» сделал изображение Титана, крупнейшего спутника Сатурна, в искусственных цветах. ^{[ 8 ]} Изображение было получено в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах волн, невидимых для человеческого глаза. ^{[ 9 ]} Чтобы обеспечить визуальное представление, использовались методы ложного цвета. Инфракрасные данные были сопоставлены с красным и зеленым цветами, а ультрафиолетовые — с синим. ^{[ 10 ]}

Псевдоцвет

Псевдоцветное псевдоцветом изображение (иногда называемое 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, функцию отображения цвета следует выбирать так, чтобы яркость цвета оставалась монотонной, иначе неравномерное изменение затруднит интерпретацию уровней как для обычных зрителей, так и для дальтоников. Одним из нарушителей является широко используемая «радужная» палитра с постоянным изменением яркости. (См. также картографическую карту § Цветовая прогрессия .) ^{[ 12 ]}

Типичным примером использования псевдоцвета является термография (термография), где инфракрасные камеры имеют только один спектральный диапазон и отображают изображения в оттенках серого в псевдоцвете.

Примеры кодирования температуры псевдоцветом:

Термограмма пассивного дома на переднем плане и традиционного здания на заднем плане. Справа находится кнопка выбора цвета и температуры.

Тепловое изображение паровоза с использованием псевдоцветного кодирования: желтый/белый означает горячий, а красный/фиолетовый – холодный.

Это псевдоцветное изображение показывает результаты компьютерного моделирования температур во время входа космического корабля в атмосферу. Области, достигающие 3000 ° F (1650 ° C), обозначены желтым цветом.

Другой знакомый пример псевдоцвета — кодирование высоты с использованием гипсометрических оттенков физического на картах рельефа , где отрицательные значения (ниже уровня моря ) обычно представляются оттенками синего цвета, а положительные значения — зеленым и коричневым.

Примеры кодирования высоты псевдоцветом:

Карта высот Тихого океана , показывающая дно океана в оттенках синего и сушу в зеленых и коричневых тонах.

Эта карта рельефа с цветовой кодировкой показывает результат наводнений на Марсе . Внизу есть клавиша выбора цвета.

Луна с гипсометрическими оттенками красного для самых высоких точек и фиолетового для самых низких.

В зависимости от используемой таблицы или функции и выбора источников данных псевдоокрашивание может увеличить информационное содержание исходного изображения, например, добавив географическую информацию, объединив информацию, полученную из инфракрасного или ультрафиолетового света или других источников, таких как снимки МРТ . ^{[ 13 ]}

Примеры наложения дополнительной информации псевдоцветом:

На этом изображении показаны композиционные вариации Луны, наложенные в виде псевдоцвета.

МРТ колена в оттенках серого: разные уровни серого указывают на разные типы тканей, требующие тренированного глаза.

Псевдоцветная МРТ колена, созданная с использованием трех различных сканирований в оттенках серого — типы тканей легче различить по псевдоцвету.

Еще одно применение псевдораскраски — сохранение результатов обработки изображения; то есть изменение цветов, чтобы облегчить понимание изображения. ^{[ 14 ]}

Плотность нарезки

Нарезка по плотности , разновидность псевдоцвета, делит изображение на несколько цветных полос и (среди прочего) используется при анализе изображений дистанционного зондирования . ^{[ 15 ]} Для нарезки плотности диапазон уровней оттенков серого делится на интервалы, причем каждый интервал присваивается одному из нескольких дискретных цветов – в отличие от псевдоцвета, который использует непрерывную цветовую шкалу. ^{[ 16 ]} Например, на тепловом 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 будет легче определить температуру одного пятна на термограмме. , поскольку заметные различия между дискретными цветами больше, чем у изображений с непрерывными оттенками серого или непрерывными псевдоцветами.

хороплет

Картограф изображение — это или карта , на которой области окрашены или имеют узор пропорционально категории или значению одной или нескольких переменных представленных . Переменные отображаются в несколько цветов; каждая область вносит одну точку данных и получает один цвет из этих выбранных цветов. По сути, это нарезка плотности, применяемая к наложению псевдоцветов. Таким образом, картограмма географической области представляет собой крайнюю форму ложного цвета.

Ложный цвет в искусстве

В то время как художественное исполнение способствует субъективному выражению цвета, Энди Уорхол (1928–1987) стал культурно значимой фигурой движения современного искусства , создав картины в искусственных цветах с помощью техники трафаретной печати . Некоторые из самых узнаваемых гравюр Уорхола включают реплику Мэрилин Монро , ее образ, основанный на кадре из фильма «Ниагара» . Сюжетом стал секс-символ и звезда нуара , смерть которого в 1962 году повлияла на художника. Серия гравюр была сделана с нежностью, но раскрывает ее личность как иллюзию благодаря его конвейерному стилю художественной продукции, который не эротичен и слегка гротескен. ^{[ 17 ]} Используя различные цветовые палитры чернил, Уорхол погрузился в процесс повторения, который служит для сравнения персонажей и предметов повседневного обихода с качествами массового производства и потребительства . ^{[ 18 ]} Цвета чернил были выбраны путем эстетических экспериментов и не коррелируют с искаженной цветопередачей электромагнитного спектра, используемой при обработке изображений дистанционного зондирования . В течение многих лет художник продолжал печатать изображения Мэрилин Монро в искусственных цветах, возможно, его наиболее часто упоминаемой работой была «Бирюзовая Мэрилин». ^{[ 19 ]} которая была куплена в мае 2007 года частным коллекционером за 80 миллионов долларов США. ^{[ 20 ]}

См. также

Цветовое кодирование при визуализации данных
NASA WorldWind использует несколько слоев спутниковых изображений в искусственных цветах.
Список программных палитр § Ложные цветовые палитры
Воображаемые цвета — точки в цветовом пространстве, соответствующие восприятию цвета, которое не может быть произведено никаким физическим (неотрицательным) световым спектром.
Спектральная визуализация собирает и обрабатывает информацию со всего электромагнитного спектра.
Раскраска карты
Паншарпенинг

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с «Принципы дистанционного зондирования - Центр дистанционного изображения, зондирования и обработки, CRISP» . www.crisp.nus.edu.sg . Проверено 1 сентября 2012 года .
^ «Композитор Landsat 7» . Landsat.gsfc.nasa.gov. 21 марта 2011 г. Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 г. . Проверено 1 сентября 2012 года .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Нэнси Аткинсон (1 октября 2007 г.). «Правда или ложь (Цвет): Искусство внеземной фотографии» . www.universetoday.com . Проверено 1 сентября 2012 года .
^ Jump up to: ^а ^б «Статьи галереи искусств Марса» . www.marsartgallery.com . Проверено 1 сентября 2012 года .
^ «NGC 3627 (M66) — Коллекция космического телескопа НАСА Спитцер» . www.nasaimages.org. 15 сентября 2005 г. Архивировано из оригинала 1 сентября 2011 г. Проверено 1 сентября 2012 года .
^ GDSC, Национальная аэрокосмическая лаборатория (Национальная лаборатория воздушного и космического транспорта), Нидерланды. «Комбинации групп» . GDSC , Национальная аэрокосмическая лаборатория (Национальная лаборатория воздушного и космического транспорта), Нидерланды. Архивировано из оригинала 17 августа 2012 года. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ «Правда о Хаббле, JWST и ложных цветах» . НАСА Блюшифт . Проверено 9 марта 2022 г.
^ Лаборатория реактивного движения, Каролина Мартинес. «НАСА - Первое близкое сближение с туманным лунным Титаном Сатурна» . www.nasa.gov . Архивировано из оригинала 14 июля 2022 года . Проверено 9 марта 2022 г.
^ Хадхази, Адам. «Каковы пределы человеческого зрения?» . www.bbc.com . Проверено 9 марта 2022 г.
^ «НАСА — Титан в ложном цвете» . www.nasa.gov . Архивировано из оригинала 9 марта 2022 года . Проверено 9 марта 2022 г.
^ «Псевдоцветной фильтр для VirtualDub» . Нейрон2.нет. Архивировано из оригинала 11 июня 2010 года . Проверено 1 сентября 2012 года .
^ Стауффер, Рето. «Где-то за радугой» . Мастер HCL . Проверено 14 августа 2019 г.
^ Леонид Иванович Димитров (1995). Ким, Ёнмин (ред.). «Псевдоцветная визуализация ЭЭГ-активности коры головного мозга человека с использованием объемной визуализации на основе МРТ и интерполяции Делоне» . Медицинская визуализация 1995: Отображение изображений . 2431 : 460–469. Бибкод : 1995SPIE.2431..460D . CiteSeerX 10.1.1.57.308 . дои : 10.1117/12.207641 . S2CID 13315449 . Архивировано из оригинала 6 июля 2011 года . Проверено 18 марта 2009 г.
^ Сетчелл, CJ; Кэмпбелл, Северо-Запад (июль 1999 г.). «Использование цветовых текстур Габора для понимания сцены». 7-я Международная конференция по обработке изображений и ее приложениям . Том. 1999. стр. 372–376. дои : 10.1049/cp:19990346 . ISBN 0-85296-717-9 . S2CID 15972743 .
^ Джон Алан Ричардс; Сюпин Цзя (2006). Анализ цифровых изображений дистанционного зондирования: Введение (4-е изд.). Биркхойзер. стр. 102–104. ISBN 9783540251286 . Проверено 26 июля 2015 г.
^ Дж. Б. Кэмпбелл, «Введение в дистанционное зондирование», 3-е изд., Тейлор и Фрэнсис, с. 153
^ Вуд, Пол (2004). Разновидности модернизма . Лондон, Великобритания: Издательство Йельского университета. стр. 339–341, 354. ISBN. 978-0-300-10296-3 .
^ «Золотая Мэрилин Монро» . Музей современного искусства . Архивировано из оригинала 13 июня 2014 года . Проверено 9 июня 2014 г.
^ Фэллон, Майкл (2011). Как анализировать произведения Энди Уорхола . Норт-Манкато, Миннесота, Соединенные Штаты Америки: Издательская компания ABDO. стр. 44–46 . ISBN 978-1-61613-534-8 .
^ Фогель, Кэрол (25 мая 2007 г.). «Внутри искусства» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 9 июня 2014 г.

Внешние ссылки

НАСА: Landsat. Архивировано 21 сентября 2013 г. на Wayback Machine.
УКСК
НАСА (веб-архив)
НАСА: Чандра

[autogenerated1-1] Jump up to: ^а ^б ^с «Принципы дистанционного зондирования - Центр дистанционного изображения, зондирования и обработки, CRISP» . www.crisp.nus.edu.sg . Проверено 1 сентября 2012 года .

[2] «Композитор Landsat 7» . Landsat.gsfc.nasa.gov. 21 марта 2011 г. Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 г. . Проверено 1 сентября 2012 года .

[universetoday1-3] Jump up to: ^а ^б ^с Нэнси Аткинсон (1 октября 2007 г.). «Правда или ложь (Цвет): Искусство внеземной фотографии» . www.universetoday.com . Проверено 1 сентября 2012 года .

[Mars_Art_Gallery_Articles-4] Jump up to: ^а ^б «Статьи галереи искусств Марса» . www.marsartgallery.com . Проверено 1 сентября 2012 года .

[5] «NGC 3627 (M66) — Коллекция космического телескопа НАСА Спитцер» . www.nasaimages.org. 15 сентября 2005 г. Архивировано из оригинала 1 сентября 2011 г. Проверено 1 сентября 2012 года .

[6] GDSC, Национальная аэрокосмическая лаборатория (Национальная лаборатория воздушного и космического транспорта), Нидерланды. «Комбинации групп» . GDSC , Национальная аэрокосмическая лаборатория (Национальная лаборатория воздушного и космического транспорта), Нидерланды. Архивировано из оригинала 17 августа 2012 года. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[7] «Правда о Хаббле, JWST и ложных цветах» . НАСА Блюшифт . Проверено 9 марта 2022 г.

[8] Лаборатория реактивного движения, Каролина Мартинес. «НАСА - Первое близкое сближение с туманным лунным Титаном Сатурна» . www.nasa.gov . Архивировано из оригинала 14 июля 2022 года . Проверено 9 марта 2022 г.

[9] Хадхази, Адам. «Каковы пределы человеческого зрения?» . www.bbc.com . Проверено 9 марта 2022 г.

[10] «НАСА — Титан в ложном цвете» . www.nasa.gov . Архивировано из оригинала 9 марта 2022 года . Проверено 9 марта 2022 г.

[11] «Псевдоцветной фильтр для VirtualDub» . Нейрон2.нет. Архивировано из оригинала 11 июня 2010 года . Проверено 1 сентября 2012 года .

[12] Стауффер, Рето. «Где-то за радугой» . Мастер HCL . Проверено 14 августа 2019 г.

[13] Леонид Иванович Димитров (1995). Ким, Ёнмин (ред.). «Псевдоцветная визуализация ЭЭГ-активности коры головного мозга человека с использованием объемной визуализации на основе МРТ и интерполяции Делоне» . Медицинская визуализация 1995: Отображение изображений . 2431 : 460–469. Бибкод : 1995SPIE.2431..460D . CiteSeerX 10.1.1.57.308 . дои : 10.1117/12.207641 . S2CID 13315449 . Архивировано из оригинала 6 июля 2011 года . Проверено 18 марта 2009 г.

[14] Сетчелл, CJ; Кэмпбелл, Северо-Запад (июль 1999 г.). «Использование цветовых текстур Габора для понимания сцены». 7-я Международная конференция по обработке изображений и ее приложениям . Том. 1999. стр. 372–376. дои : 10.1049/cp:19990346 . ISBN 0-85296-717-9 . S2CID 15972743 .

[15] Джон Алан Ричардс; Сюпин Цзя (2006). Анализ цифровых изображений дистанционного зондирования: Введение (4-е изд.). Биркхойзер. стр. 102–104. ISBN 9783540251286 . Проверено 26 июля 2015 г.

[16] Дж. Б. Кэмпбелл, «Введение в дистанционное зондирование», 3-е изд., Тейлор и Фрэнсис, с. 153

[17] Вуд, Пол (2004). Разновидности модернизма . Лондон, Великобритания: Издательство Йельского университета. стр. 339–341, 354. ISBN. 978-0-300-10296-3 .

[18] «Золотая Мэрилин Монро» . Музей современного искусства . Архивировано из оригинала 13 июня 2014 года . Проверено 9 июня 2014 г.

[19] Фэллон, Майкл (2011). Как анализировать произведения Энди Уорхола . Норт-Манкато, Миннесота, Соединенные Штаты Америки: Издательская компания ABDO. стр. 44–46 . ISBN 978-1-61613-534-8 .

[20] Фогель, Кэрол (25 мая 2007 г.). «Внутри искусства» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 9 июня 2014 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]