Когда вы смотрите на удивительные снимки, снятые Хабблом или Марсо-исследовательскими марсоходами, вы когда-нибудь задумывались: это то, что вы действительно видели своими глазами? К сожалению, ответ, вероятно, нет. В некоторых случаях, например с марсоходами, ученые пытаются откалибровать марсоходы, чтобы видеть «истинный цвет», но в основном цвета выбираются так, чтобы получить наибольшее количество научных знаний. Вот как ученые калибруют свои удивительные инструменты и разницу между истинным и ложным цветами.
Итак, для начала, давайте сформулируем это в форме истинного или ложного вопроса: T или F: Когда мы видим великолепные, знаковые изображения с космического телескопа Хаббла или потрясающие панорамы с Марсохода, эти картинки представляют то, что человеческие глаза увидят, увидят ли они эти перспективы из первых рук.
Ответ: Для Хаббла, в основном, ложь. Для роверов, в основном, верно, поскольку роверы предоставляют комбинацию так называемых «истинных» и «ложных» цветных изображений. Но, оказывается, термин «истинный цвет» немного противоречив, и многие, вовлеченные в область внеземной визуализации, не очень его любят.
«На самом деле мы стараемся избегать термина« настоящий цвет », потому что никто на самом деле точно не знает, что такое« правда »на Марсе», - сказал Джим Белл, ведущий научный сотрудник системы цветного изображения Pancam на Марсоходах (MER). На самом деле, указал Белл, на Марсе, как и на Земле, цвет постоянно меняется: облачно или ясно, солнце высоко или низко, или есть различия в количестве пыли в атмосфере. «Цвета меняются от момента к моменту. Это динамичная вещь. Мы стараемся не подводить черту, говоря: «это правда!»
Беллу нравится использовать термин «приблизительный истинный цвет», потому что изображения с панорамной камеры MER - это оценки того, что люди увидели бы на Марсе. Белл сказал, что другие коллеги используют «натуральный цвет».
Золт Левей из Научного института космического телескопа снимает изображения с космического телескопа Хаббла. Для готовых изображений Хаббла Левей предпочитает термин «представительный цвет».
«Цвета на изображениях Хаббла не являются ни« истинными », ни« ложными »цветами, но обычно представляют физические процессы, лежащие в основе предметов изображений», - сказал он. «Они представляют собой способ представить на одном изображении как можно больше информации, доступной в данных».
Истинный цвет будет попыткой воспроизвести визуально точный цвет. Ложный цвет, с другой стороны, представляет собой произвольный выбор цветов для представления некоторой характеристики на изображении, такой как химический состав, скорость или расстояние. Кроме того, по определению, любое инфракрасное или ультрафиолетовое изображение должно быть представлено «ложным цветом», поскольку эти длины волн невидимы для человека.
Однако камеры на Хаббле и MER не делают цветные снимки. Цветные изображения с обоих космических аппаратов собраны из отдельных черно-белых изображений, полученных через цветные фильтры. Для одного изображения космический корабль должен сделать три снимка, обычно через красный, зеленый и синий фильтры, и затем каждая из этих фотографий будет привязана к Земле. Затем они объединяются с программным обеспечением в цветное изображение. Это происходит автоматически внутри стандартных цветных камер, которые мы используем здесь, на Земле. Но у MER Pancams есть 8 различных цветовых фильтров, в то время как у Хаббла их почти 40 - от ультрафиолетового («синее», которое могут видеть наши глаза), через видимый спектр, до инфракрасного («краснее», чем то, что видно людям). Это дает Съемочные команды бесконечно больше гибкости, а иногда и художественной лицензии. В зависимости от того, какие фильтры используются, цвет может быть ближе или дальше от «реальности».
Тот же камень изображен в истинном и ложном цвете по возможности
В случае с «Хабблом», пояснил Левей, изображения дополнительно настраиваются для повышения контрастности, а также для настройки цветов и яркости, чтобы подчеркнуть определенные особенности изображения или сделать изображение более приятным.
Но когда команда MER Pancam хочет создать изображение, которое показывает, что человек, стоящий на Марсе, увидит, как они получают правильные цвета? У обоих роверов есть инструмент, известный как MarsDial, который использовался в качестве образовательного проекта о солнечных часах. «Но его настоящая работа - это калибровка», - сказал Белл. «На нем есть кольца в оттенках серого с цветными чипами по углам. Мы очень точно измерили их и сфотографировали перед запуском, поэтому мы знаем, какие цвета и разные оттенки серого ».
Одним из первых снимков, сделанных роверами, был MarsDial. «Мы фотографируем MarsDial, калибруем и обрабатываем его с помощью нашего программного обеспечения», - сказал Белл. «Если он получится таким, каким мы его знаем, то мы очень уверены в нашей способности указать камеру куда-то еще, сделать снимок, выполнить тот же процесс, и эти цвета тоже будут правильными».
Хаббл также может создавать изображения с калибровкой цвета. Его «UniverseDial» будет стандартными звездами и лампами в камерах, яркость и цвет которых известны очень точно. Однако миссия Хаббла - не создавать изображения, которые точно воспроизводят цвета. «Во-первых, в случае большинства изображений, что-то бессмысленно, - сказал Левэй, - поскольку мы, как правило, вообще не могли видеть эти объекты, потому что они такие слабые, а наши глаза по-разному реагируют на цвета очень слабого света. » Но наиболее важной целью Хаббла является создание изображений, которые передают как можно больше научной информации.
Ровер Панкамс делает то же самое. «Оказывается, существует целый ряд железосодержащих минералов, которые имеют различную цветовую характеристику на инфракрасных длинах волн, к которым чувствительна камера», - сказал Белл, - «поэтому мы можем делать очень резкие, похожие на фотографии Энди Уорхола ложные цвета». «. Белл добавил, что эти изображения служат двойной обязанности в том, что они предоставляют научную информацию, плюс публика действительно наслаждается изображениями.
Таким образом, и в Хаббле, и в MER цвет используется в качестве инструмента, чтобы либо улучшить детализацию объекта, либо визуализировать то, что в противном случае не могло бы быть замечено человеческим глазом. Без ложного цвета наши глаза никогда не увидят (и мы никогда не узнаем), какие ионизированные газы образуют, например, туманность или какие железосодержащие минералы лежат на поверхности Марса.
Что касается «истинного цвета», существует большое академическое и научное сообщество, которое изучает цвет в таких областях, как лакокрасочная промышленность, которое иногда расстраивается, когда термин «истинный цвет» используется группой астрономических изображений, пояснил Белл.
«У них есть устоявшаяся система определения истинного цвета и его количественного определения», - сказал он. «Но мы не работаем в этих рамках на этом уровне. Поэтому мы стараемся не использовать термин «настоящий цвет» ».
Левей отметил, что никакая цветопередача не может быть на 100% точной из-за различий в технологиях между пленкой и цифровой фотографией, техникой печати или даже различными настройками на экране компьютера. Кроме того, существуют различия в восприятии цвета разными людьми.
«То, что мы делаем на Марсе, на самом деле является лишь оценкой, - сказал Белл, - это наше лучшее предположение, используя наши знания о камерах с целью калибровки. Но верно ли это на 100%, я думаю, что люди собираются туда, чтобы это выяснить ».
Для получения дополнительной информации см. Http://hubblesite.org/ или ознакомьтесь с книгой Джима Белла 2006 года «Открытки с Марса».
