Cor falsa - False color

Um mosaico construído a partir de uma série de 53 imagens tomadas através de três filtros espectrais por Galileo ' sistema de imagem s, uma vez que sobrevoou as regiões do norte da Lua em dezembro de 1992

Cor falsa (ou pseudo cor ) refere-se a um grupo de métodos de renderização de cores usados ​​para exibir imagens em cores que foram gravadas nas partes visíveis ou não visíveis do espectro eletromagnético . Uma imagem de cores falsas é uma imagem que representa um objeto em cores diferentes daquelas que uma fotografia (uma imagem de cores verdadeiras ) mostraria. Nesta imagem, as cores foram atribuídas a três comprimentos de onda diferentes que nossos olhos normalmente não podem ver.

Além disso, variantes de cores falsas , como pseudocolor , divisão de densidade e coropletos são usadas para visualização de informações de dados coletados por um único canal em tons de cinza ou dados que não representam partes do espectro eletromagnético (por exemplo, elevação em mapas de relevo ou tipos de tecido em magnético imagem por ressonância ).

Tipos de renderizações de cores

Cor verdadeira

O conceito por trás da cor verdadeira pode ajudar na compreensão da cor falsa. Uma imagem é chamada de imagem com cores verdadeiras quando oferece uma reprodução de cores naturais ou quando se aproxima dela. Isso significa que as cores de um objeto em uma imagem aparecem para um observador humano da mesma forma como se esse mesmo observador visse diretamente o objeto: uma árvore verde aparece verde na imagem, uma maçã vermelha vermelha, um azul celeste azul, e assim por diante. Quando aplicado a imagens em preto e branco, true-color significa que a claridade percebida de um assunto é preservada em sua representação.

Duas imagens de satélite Landsat mostrando a mesma região:
Chesapeake Bay e a cidade de Baltimore
Esta imagem em cores reais mostra a área em cores reais, por exemplo, a vegetação aparece em verde. Ele cobre todo o espectro visível usando as bandas espectrais vermelha, verde e azul / verde do satélite mapeado para o espaço de cores RGB da imagem.
A mesma área que uma imagem de cor falsa usando as bandas espectrais do infravermelho próximo , vermelho e verde mapeadas para RGB - esta imagem mostra a vegetação em um tom vermelho, já que a vegetação reflete a maior parte da luz no infravermelho próximo.
Queima o penhasco dentro da cratera Endurance em Marte . A cor é aproximadamente true color porque, em vez da banda espectral vermelha, infravermelho foi usado. O resultado é uma falha metamérica na cor do céu, que é ligeiramente verde na imagem - se um observador humano estivesse presente, essa pessoa teria percebido a cor real do céu com um pouco mais de laranja. O rover Opportunity que capturou esta imagem tem um filtro vermelho, mas muitas vezes não é usado, devido ao maior valor científico das imagens capturadas usando a banda infravermelha e as restrições de transmissão de dados.

A renderização de cores verdadeiras absoluta é impossível. Existem três fontes principais de erro de cor ( falha metamérica ):

  • Diferentes sensibilidades espectrais do olho humano e de um dispositivo de captura de imagem (por exemplo, uma câmera ).
  • Diferentes emissões / reflexos espectrais do objeto e do processo de renderização da imagem (por exemplo, uma impressora ou monitor ).
  • Diferenças na irradiância espectral no caso de imagens reflexivas (por exemplo, impressões de fotos) ou objetos reflexivos - consulte o índice de reprodução de cores (CRI) para obter detalhes.

O resultado de uma falha metamérica seria, por exemplo, uma imagem de uma árvore verde que mostra um tom de verde diferente do da própria árvore, um tom diferente de vermelho para uma maçã vermelha, um tom diferente de azul para o céu azul, e assim sobre. O gerenciamento de cores (por exemplo, com perfis ICC ) pode ser usado para mitigar esse problema dentro das restrições físicas.

Imagens em cores reais aproximadas coletadas por espaçonaves são um exemplo em que as imagens têm uma certa quantidade de falha metamérica, pois as bandas espectrais da câmera de uma espaçonave são escolhidas para reunir informações sobre as propriedades físicas do objeto sob investigação, e não são escolhidas para capturar imagens true-color.

Este panorama aproximado em cores reais mostra a resistência da cratera de impacto em Marte . Foi tirada pela câmera panorâmica do rover Opportunity e é uma composição de um total de 258 imagens tiradas nas bandas espectrais de 480, 530 e 750 nanômetros (azul / verde, verde e infravermelho próximo).

Cor falsa

Uma imagem de satélite tradicional de Las Vegas em cores falsas. Terrenos cobertos de grama (por exemplo, um campo de golfe) aparecem em vermelho.

Em contraste com uma imagem de cores verdadeiras, uma imagem de cores falsas sacrifica a reprodução de cores naturais para facilitar a detecção de recursos que não são facilmente discerníveis de outra forma - por exemplo, o uso de infravermelho próximo para a detecção de vegetação em imagens de satélite. Embora uma imagem de cores falsas possa ser criada usando apenas o espectro visual (por exemplo, para acentuar as diferenças de cor), normalmente alguns ou todos os dados usados ​​são de radiação eletromagnética (EM) fora do espectro visual (por exemplo , infravermelho , ultravioleta ou raio-X ). A escolha das bandas espectrais é governada pelas propriedades físicas do objeto sob investigação.

Como o olho humano usa três bandas espectrais (veja tricromacia para detalhes), três bandas espectrais são comumente combinadas em uma imagem de cor falsa. São necessárias pelo menos duas bandas espectrais para uma codificação de cores falsas, e é possível combinar mais bandas nas três bandas RGB visuais - com a capacidade do olho de discernir três canais sendo o fator limitante. Em contraste, uma imagem "colorida" feita de uma banda espectral ou uma imagem feita de dados que consistem em dados não EM (por exemplo, elevação, temperatura, tipo de tecido) é uma imagem pseudocolor (veja abaixo).

Para true color, os canais RGB (vermelho "R", verde "G" e azul "B") da câmera são mapeados para os canais RGB correspondentes da imagem, produzindo um mapeamento "RGB → RGB". Para cores falsas, essa relação é alterada. A codificação de cores falsas mais simples é pegar uma imagem RGB no espectro visível, mas mapeá-la de forma diferente, por exemplo, "GBR → RGB". Para imagens de satélite de cores falsas tradicionais da Terra, um mapeamento "NRG → RGB" é usado, com "N" sendo a banda espectral do infravermelho próximo (e a banda espectral azul não sendo usada) - isso produz a típica "vegetação em vermelho" falso imagens em cores.

A cor falsa é usada (entre outras) para imagens de satélite e espaciais: Exemplos são satélites de sensoriamento remoto (por exemplo , Landsat , veja o exemplo acima), telescópios espaciais (por exemplo, o Telescópio Espacial Hubble ) ou sondas espaciais (por exemplo, Cassini-Huygens ). Algumas espaçonaves, com rovers (por exemplo, o Mars Science Laboratory Curiosity ) sendo os exemplos mais proeminentes, têm a capacidade de capturar imagens em cores reais aproximadas também. Os satélites meteorológicos produzem, em contraste com a espaçonave mencionada anteriormente, imagens em tons de cinza do espectro visível ou infravermelho.

Exemplos de aplicação de cor falsa:
Essas três imagens de cores falsas demonstram a aplicação de sensoriamento remoto na agricultura de precisão : A imagem da esquerda mostra a densidade da vegetação e a presença de água na imagem do meio (verdes / azuis para solo úmido e vermelho para solo seco). A imagem da direita mostra onde as culturas estão sob estresse, como é o caso particularmente nos campos 120 e 119 (indicados por pixels vermelhos e amarelos). Esses campos deveriam ser irrigados no dia seguinte.
Esta imagem composta de cor falsa da galáxia espiral Messier 66 combina quatro bandas espectrais de infravermelho de 3,6 a 8,0 micrômetros . A contribuição da luz das estrelas (medida em 3,6 micrômetros) foi subtraída da banda de 5,8 e 8 micrômetros para aumentar a visibilidade das emissões de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos .
Esta imagem icônica da Nebulosa da Águia é de cor falsa, como pode ser inferido das estrelas rosa. Três fotos foram tiradas pelo Telescópio Espacial Hubble , a primeira captando luz na frequência de íons de enxofre (arbitrariamente atribuídos à cor vermelha), a segunda de hidrogênio (verde), a terceira de íons de oxigênio (azul). A cor real da nebulosa é desconhecida, mas se vista à distância tornando os "pilares" de 1 ano-luz de comprimento semelhantes, é provavelmente um cinza acastanhado quase uniforme aos olhos humanos.

Pseudocolor

Uma imagem em pseudocolor (às vezes com estilo de pseudo-cor ou pseudo-cor ) é derivada de uma imagem em tons de cinza mapeando cada valor de intensidade para uma cor de acordo com uma tabela ou função. A pseudo cor é normalmente usada quando um único canal de dados está disponível (por exemplo, temperatura, elevação, composição do solo, tipo de tecido e assim por diante), em contraste com a cor falsa que é comumente usada para exibir três canais de dados.

A pseudocoloração pode tornar alguns detalhes mais visíveis, já que a diferença percebida no espaço de cores é maior do que apenas entre os sucessivos níveis de cinza. Por outro lado, a função de mapeamento de cores deve ser escolhida para garantir que a claridade da cor ainda seja monotônica, ou a mudança desigual tornaria difícil a interpretação dos níveis, tanto para visualizadores normais quanto daltônicos. Um ofensor é a paleta de "arco-íris" comumente usada, com uma mudança para frente e para trás na leveza. (Consulte também o mapa de coropletismo § Progressão de cores .)

Um exemplo típico de uso de pseudo cor é a termografia (imagem térmica), onde câmeras infravermelhas apresentam apenas uma banda espectral e mostram suas imagens em tons de cinza em pseudo cor.

Exemplos de codificação de temperatura com pseudo cor:
Termograma de uma casa passiva em primeiro plano e uma construção tradicional ao fundo. Observe a cor para a chave de temperatura à direita.
Imagem térmica de uma locomotiva a vapor usando codificação pseudocolor - amarelo / branco indica quente e vermelho / violeta indica frio.
Esta imagem em pseudocolor mostra os resultados de uma simulação de computador de temperaturas durante a reentrada do ônibus espacial . Áreas que atingem 3.000 ° F (1.650 ° C) podem ser vistas em amarelo.

Outro exemplo familiar de pseudo cor é a codificação de elevação usando matizes hipsométricos em mapas de relevo físico , onde os valores negativos (abaixo do nível do mar ) são geralmente representados por tons de azul e os valores positivos por verdes e marrons.

Exemplos de codificação de elevação com pseudo cor:
Um mapa de elevação do Oceano Pacífico , mostrando o fundo do oceano em tons de azul e a terra em verdes e marrons.
Este mapa de relevo com código de cores indica o resultado das inundações em Marte . Observe a cor para a chave de elevação na parte inferior.
A Lua com tons hipsométricos de vermelho para os pontos mais altos e púrpura para os mais baixos.

Dependendo da tabela ou função usada e da escolha das fontes de dados, o pseudocoloring pode aumentar o conteúdo de informações da imagem original, por exemplo, adicionando informações geográficas, combinando informações obtidas de luz infravermelha ou ultravioleta ou outras fontes, como varreduras de ressonância magnética.

Exemplos de sobreposição de informações adicionais com pseudo cor:
Esta imagem mostra variações composicionais da Lua sobrepostas como pseudocolor.  Áreas rosadas brilhantes são materiais das terras altas, tons de azul a laranja indicam fluxos de lava vulcânica.  Solos impactados recentemente são representados por cores azuis claras;  as crateras mais novas têm raios azuis proeminentes que se estendem a partir delas.
Esta imagem mostra variações composicionais da Lua sobrepostas como pseudo cor.
Uma ressonância magnética em tons de cinza de um joelho - diferentes níveis de cinza indicam diferentes tipos de tecido, exigindo um olho treinado.
Uma ressonância magnética de pseudocolor de um joelho criada usando três varreduras diferentes em tons de cinza - os tipos de tecido são mais fáceis de discernir através da pseudo cor.

Uma outra aplicação do pseudocoloring é armazenar os resultados da elaboração da imagem; ou seja, alterar as cores para facilitar a compreensão de uma imagem.

Fatiamento por densidade

Uma imagem da Tasmânia e das águas circundantes usando o fatiamento de densidade para mostrar a concentração de fitoplâncton . A cor do oceano capturada pela imagem de satélite é mapeada em sete cores: amarelo, laranja e vermelho indicam mais fitoplâncton, enquanto verde claro, verde escuro, azul claro e azul escuro indicam menos fitoplâncton; a terra e as nuvens são representadas em cores diferentes.

O fatiamento por densidade , uma variação da pseudo cor, divide uma imagem em algumas faixas coloridas e é (entre outras) utilizado na análise de imagens de sensoriamento remoto . Para o fatiamento de densidade, a faixa de níveis de tons de cinza é dividida em intervalos, com cada intervalo atribuído a uma de algumas cores discretas - isso contrasta com a pseudo cor, que usa uma escala de cores contínua. Por exemplo, em uma imagem térmica em tons de cinza, os valores de temperatura na imagem podem ser divididos em bandas de 2 ° C, e cada banda representada por uma cor - como resultado, a temperatura de um ponto no termógrafo pode ser mais facilmente adquirida pelo usuário , porque as diferenças discerníveis entre as cores discretas são maiores do que as imagens com tons de cinza contínuos ou pseudocores contínuas.

Choropleth

A eleição presidencial dos EUA de 2004 , visualizada usando um mapa coroplético. O Partido Republicano e o Partido Democrata são tradicionalmente atribuídos com cores mais vermelhas e mais azuis, respectivamente.

Um coropleto é uma imagem ou mapa no qual as áreas são coloridas ou padronizadas proporcionalmente à categoria ou valor de uma ou mais variáveis sendo representadas. As variáveis ​​são mapeadas para algumas cores; cada área contribui com um ponto de dados e recebe uma cor dessas cores selecionadas. Basicamente, é o fatiamento de densidade aplicado a uma sobreposição de pseudocolor. Um mapa coroplético de uma área geográfica é, portanto, uma forma extrema de cores falsas.

Cor falsa nas artes

Enquanto a representação artística empresta a expressão subjetiva da cor, Andy Warhol (1928–1987) se tornou uma figura culturalmente significativa do movimento da arte moderna , criando pinturas em cores falsas com técnicas de impressão em tela . Algumas das impressões mais conhecidas de Warhol incluem uma replicação de Marilyn Monroe , sua imagem baseada em um quadro de filme do filme Niágara . O assunto era um símbolo sexual e estrela do filme noir cuja morte em 1962 influenciou o artista. Uma série de gravuras foram feitas com carinho, mas expõem sua persona como uma ilusão por meio de seu estilo de linha de montagem de produção artística, que é não erótica e ligeiramente grotesca. Usando várias paletas de cores de tinta, Warhol mergulhou em um processo de repetição que serve para comparar personas e objetos do cotidiano às qualidades da produção em massa e do consumismo . As cores das tintas foram selecionadas por meio de experimentação estética e não se correlacionam com a falsa reprodução de cores do espectro eletromagnético empregado no processamento de imagens de sensoriamento remoto . Por anos, o artista continuou imprimindo imagens em cores falsas de Marilyn Monroe, talvez seu trabalho mais referenciado sendo Turquoise Marilyn, que foi comprado em maio de 2007 por um colecionador particular por 80 milhões de dólares americanos.

Veja também

Referências

links externos