Введение

Методы визуализации информации путем преобразования в цвета. Ложные цвета и псевдоцвета относятся к группе методов цветового отображения, используемых для представления изображений в цветах, соответствующих данным, зарегистрированным в видимой или невидимой частях электромагнитного спектра. Изображение в ложных цветах – это изображение, отображающее объект в цветах, отличных от тех, которые были бы зафиксированы на фотографии (истинно-цветном изображении). В таких изображениях цвета назначаются трем различным длинам волн, невидимым для человеческого глаза. Кроме того, варианты ложных цветов, такие как псевдоцвета, разделение по плотности и хороплеты, используются для визуализации информации, полученной из одного канала в оттенках серого, или данных, не относящихся к электромагнитному спектру (например, высоты на рельефных картах или типы тканей при магнитно-резонансной томографии).

Настоящий цвет

Понятие истинного цвета может помочь понять ложный цвет. Изображение называется истинноцветным, когда оно обеспечивает естественную цветопередачу или близкую к ней. Это означает, что цвета объекта на изображении воспринимаются человеком так же, как если бы он смотрел на этот объект непосредственно: зеленое дерево выглядит зеленым на изображении, красное яблоко – красным, голубое небо – голубым и так далее. Абсолютно точное воспроизведение цвета невозможно. Существует три основных источника цветовых ошибок (метамерический провал): различная спектральная чувствительность человеческого глаза и устройства захвата изображения (например, камеры); различные спектральные излучения/отражения объекта и процесса отображения изображения (например, принтера или монитора); различия в спектральном освещении в случае отражающих изображений (например, фотоотпечатков) или отражающих объектов – подробности см. в индексе цветопередачи (CRI). Результатом метамерического провала может быть, например, изображение зеленого дерева, отображающее другой оттенок зеленого, чем само дерево, другой оттенок красного для красного яблока, другой оттенок синего для голубого неба и так далее. Управление цветом (например, с использованием ICC-профилей) может быть использовано для смягчения этой проблемы в пределах физических ограничений. Приблизительные истинноцветные изображения, полученные космическими аппаратами, являются примером, когда изображения содержат определенную степень метамерического провала, поскольку спектральные полосы камеры космического аппарата выбираются для сбора информации о физических свойствах исследуемого объекта, а не для захвата истинных цветов. И возможно объединить больше полос в три визуальные полосы RGB – при этом способность глаза различать три канала является ограничивающим фактором. В отличие от этого, "цветное" изображение, полученное из одной спектральной полосы, или изображение, полученное из данных, состоящих из неэлектромагнитных данных (например, высоты, температуры, типа ткани), является псевдоцветным изображением (см. ниже). Для истинного цвета RGB-каналы (красный "R", зеленый "G" и синий "B") с камеры отображаются на соответствующие RGB-каналы изображения, что дает отображение "RGB→RGB". Для ложного цвета эта связь изменяется. Самый простой способ кодирования ложного цвета – взять RGB-изображение в видимом спектре, но отобразить его иначе, например, "GBR→RGB". Для традиционных ложноцветных спутниковых изображений Земли используется отображение "NRG→RGB", где "N" – ближний инфракрасный спектр (а синий спектр не используется) – это дает типичные ложноцветные изображения "растительности красного цвета". Ложный цвет используется (в частности) для спутниковых и космических изображений: примерами являются спутники дистанционного зондирования (например, Landsat, см. пример выше), космические телескопы (например, космический телескоп Хаббл) или космические зонды (например, Cassini Huygens). Некоторые космические аппараты, оснащенные марсоходами (например, Mars Science Laboratory Curiosity), являются наиболее яркими примерами, и способны захватывать приблизительные истинноцветные изображения. 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; ионам водорода и кислорода были присвоены зеленый и синий цвета соответственно. Большое количество зеленого и синего на изображении указывает на высокое содержание водорода и кислорода в туманности. 26 октября 2004 года космический аппарат NASA/ESA Cassini Huygens сделал ложноцветное изображение Титана, крупнейшего спутника Сатурна. Изображение было получено в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, невидимых для человеческого глаза. Для обеспечения визуального представления использовались методы ложного цвета. Инфракрасные данные были отображены в красный и зеленый цвета, а ультрафиолетовые – в синий.

Псевдоцвет

Псевдоцветное изображение (иногда стилизованное как псевдоцвет или псевдо-цвет) создается из изображения в оттенках серого путем сопоставления каждого значения интенсивности с цветом в соответствии с таблицей или функцией. 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 применяется для отображения трех каналов данных. Типичным примером использования псевдоцвета является термография (тепловизионная съемка), где инфракрасные камеры имеют только один спектральный канал и отображают свои изображения в оттенках серого, используя псевдоцвет. Другим распространенным примером псевдоцвета является кодирование высот с помощью гипсометрических оттенков на физических картах рельефа, где отрицательные значения (ниже уровня моря) обычно представляются оттенками синего, а положительные – зеленым и коричневым. В зависимости от используемой таблицы или функции и выбора источников данных, псевдоцвет может повысить информативность исходного изображения, например, путем добавления географической информации, объединения данных, полученных в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазонах, или других источников, таких как результаты МРТ-сканирования. Еще одним применением псевдоцвета является сохранение результатов обработки изображения, то есть изменение цветов для облегчения восприятия и понимания изображения.

Плотность разреза

Плотность разрезания, разновидность псевдоцвета, разделяет изображение на несколько цветных полос и (в частности) используется в анализе изображений дистанционного зондирования. При плотности разрезания диапазон уровней серого делится на интервалы, каждому из которых присваивается один из нескольких дискретных цветов – в отличие от псевдоцвета, который использует непрерывную цветовую шкалу. Например, в тепловизионном изображении в оттенках серого значения температуры на изображении можно разделить на полосы по 2 °C, и каждая полоса будет представлена одним цветом. В результате пользователю легче определить температуру в конкретной точке термограммы, поскольку различия между дискретными цветами более заметны, чем в изображениях с непрерывным серым масштабом или непрерывным псевдоцветом.

Хороплет

Хороплет – это изображение или карта, в которой области закрашены или имеют узор, пропорциональный категории или значению одной или нескольких представляемых переменных. Переменные отображаются с помощью нескольких цветов; каждая область соответствует одной точке данных и получает один из выбранных цветов. По сути, это разделение на диапазоны плотности, примененное к псевдоцветной подложке. Таким образом, хороплетная карта географической области представляет собой крайнюю форму искусственного цвета.

Ложный цвет в искусстве

В то время как художественная интерпретация допускает субъективное выражение цвета, Энди Уорхол (1928–1987) стал значимой фигурой в движении современного искусства, создав картины с использованием ложной цветовой гаммы посредством техник трафаретной печати. Среди наиболее узнаваемых работ Уорхола – серия отпечатков Мэрилин Монро, её изображение основано на кадре из фильма «Ниагара». Объектом изображения была секс-символ и звезда нуарного кино, чья смерть в 1962 году оказала влияние на художника. Серия отпечатков была создана с симпатией, но одновременно раскрывает её образ как иллюзию благодаря конвейерному стилю художественного производства, который лишён эротизма и слегка гротескен. Используя различные цветовые палитры красок, Уорхол погружался в процесс повторения, призванный сопоставлять образы и повседневные предметы с характеристиками массового производства и потребительства. Цвета красок выбирались путём эстетических экспериментов и не связаны с ложной цветовой интерпретацией электромагнитного спектра, применяемой при обработке изображений дистанционного зондирования. На протяжении многих лет художник продолжал создавать трафаретные отпечатки Мэрилин Монро в ложной цветовой гамме, и, возможно, его самой известной работой является «Бирюзовая Мэрилин», приобретённая частным коллекционером в мае 2007 года за 80 миллионов долларов США.