«Марсианская голубая дюна» на самом деле синяя? И что делает это так?

На самом деле удивительно сложно определить цвет чего-то такого маленького на Марсе. Чтобы лучше понять это, нам нужно немного больше узнать о HiRISE и о человеческом зрении.

Камера HiRISE состоит из 14 датчиков типа метелки (видеомайна), 10 из них красного цвета, которые расположены рядом, и две пары в центральной полосе, которые охватывают две полосы, одна из которых покрывает синий/зеленый, а вторая покрывает ближний свет. инфракрасный.

Человеческое зрение в основном состоит из датчиков, которые принимают 3 диапазона. Красный и зеленый цвета тесно перекрываются, ограничивая способность различать два цвета. Типичная кривая отклика человеческого зрения на цвет представлена ​​ниже.

HIRISE по стандарту производит два цветных продукта, один из которых использует 3 цветовых канала, которые обычно воспринимаются как красный, синий и зеленый как красный, синий/зеленый и ближний инфракрасный. Они также производят что-то подобное, используя только два цвета и интерполируя цвет, чтобы получить 3 цвета. Ничто из этого не совсем то, что могут видеть люди, но они близки. Для сравнения вот разрешение HiRISE Spectral, как видно из этой статьи .

Давайте рассмотрим два типа изображений, которые HiRISE предоставляет по стандарту для этого изображения.

Что мы действительно можем сказать, так это то, что какой бы ни была дюна, ее пик приходится на сине-зеленую полосу HiRISE. Судя по спецификациям , это в первую очередь означает 400-600 нм. Это действительно показывает пик синего и зеленого в человеческом зрении. Можно сделать вывод, что он, вероятно, более синий, чем зеленый, с пиком около 500 нм, из-за того, что красный канал кажется очень низким, основываясь на том факте, что комбинированное изображение выглядит очень синим.

Правда в том, что с помощью HiRISE невозможно узнать, синий это или зеленый, но, вероятно, он имеет тенденцию к синему. Единственный инструмент, который может работать, — это CRISM , но похоже, что он не отобразил точное место, которое находится примерно там, где красная точка находится на этом изображении.

Часть 1, "Это на самом деле синий?"

Это изображение HiRISE. На странице, на которую ссылается ваша исходная страница , есть заголовок « О цветных продуктах (PDF) ».

Это то, что вы ищете:

PSP_005000_1000_RGB.NOMAP.JP2 3-цветное изображение, состоящее из КРАСНОГО, BG и синтетического синего изображения. Изображение BG было искажено, чтобы соответствовать изображению RED.NOMAP. Полоса пропускания BG (сине-зеленая) в основном принимает зеленый свет. Синтетические цифровые номера синего изображения (DN) состоят из DN изображения BG, умноженного на 2 минус 30% DN изображения RED для каждого пикселя . Это не уникальные данные, но они обеспечивают более привлекательный способ отображения цветовых вариаций, присутствующих всего в двух полосах пропускания, КРАСНОМ и ФО.

(выделено мной)

Так что да, цвета на этом изображении были изменены. Вот немодифицированная версия . Обратите внимание, что HiRISE не является полноцветной камерой, поэтому она также не является репрезентативной для того, что видит человеческий глаз.

Часть 2, почему эти дюны такие темные?

Я нашел исследование темных дюн на Марсе . Он не упоминает конкретно дюны на этой фотографии, но рассматривает похожие дюны.

Спектральный анализ показывает, что эти дюны содержат в основном минералы оливина и пироксена .

Композиционная смесь невыветрелых пироксенов и оливинов, ранее сообщавшаяся многими авторами, была подтверждена спектральным анализом.

Минералы оливина и пироксена, обнаруженные в качестве основных компонентов темного материала, могут указывать на аналоги вулканического происхождения с Землей. Кроме того, эти минералы должны были быть защищены во время активных речных процессов на Марсе; в противном случае они были бы изменены химическим выветриванием. Морфологические аспекты темных слоев, обнаруженных в нескольких кратерах, указывают на то, что они были погребены после отложения и позже обнажились в результате ударной эрозии.

Вот пример этих полезных ископаемых . Зеленое вещество — оливин, более темное вещество — пироксен. Обратите внимание, что оливин и пироксен являются семействами, отдельные члены могут иметь разные цвета.

Получив отличный ответ от PearsonArtPhoto, я был заинтригован утверждением, что то, что мы видели на изображении, было в основном синим, почти без красного канала.

Поэтому я написал следующий фрагмент кода для анализа следующего изображения https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pia22512.jpg , сохраненного на моем жестком диске как «picture.jpg».

Результатом фрагмента является следующее изображение, которое показывает разделенные три канала RGB (первая строка), в оттенках серого (вторая строка) и увеличенную часть дюны (третья строка) : представление данных HiRISE и предполагая, что я правильно понял ответ PearsonArtPhoto (т. е. КРАСНЫЙ канал на изображении будет «КРАСНЫМ» сигналом HiRISE, ЗЕЛЕНЫЙ канал — «инфракрасным» сигналом HiRISE, а СИНИЙ канал — «СИНИМ/ЗЕЛЕНЫМ» сигнал HiRISE), то я бы сказал, что:

1. есть много инфракрасного сигнала (длина волны> 750 нм в соответствии с графиком спектрального разрешения HiRise), который, как люди, мы бы не увидели, поэтому он не влияет на вопрос, действительно ли дюна для нас голубая или нет. Однако это напоминает нам, что дюна, вероятно, не излучает монохроматический цвет (т.е. одну длину волны), а излучает комбинацию длин волн.
2. сине-зеленый сигнал ожидается очень активным
3. красный сигнал, возможно, не такой низкий (он не достигает максимума 255, но все же достигает 120).

Если бы красный сигнал был равен нулю, мы могли бы сделать вывод, что сигнал, улавливаемый зеленым/синим сигналом, должен быть < 525 нм, поэтому он может быть синим, но также и зеленым (зеленый находится между 495 и 570 нм https://en.wikipedia.org ). /wiki/Зеленый ).

С другой стороны, если этот красный цвет действительно «значителен» (а не просто какой-то шум), то наличие сигналов HiRise зеленого/синего+красного говорит нам по графику спектрального разрешения, что мы можем принимать единственную длину волны между 525 нм и 600 нм, так что это почти наверняка будет зеленым!

Тем не менее, я хотел бы также напомнить о первом пункте: возможно, дюна излучает две (и более) длины волны, одну в части сигнала «только синий/зеленый» (< 525 нм) и одну в части сигнала «только красный». (от 600 нс до 750 нм более или менее). Я не уверен, какой цвет будет восприниматься человеком в этом случае, мне еще нужно подумать об этом :)

from PIL import Image
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

jpgfile = Image.open("picture.jpg")
print(jpgfile.bits, jpgfile.size, jpgfile.format)


data_array = np.array(jpgfile)

nrow,ncol,_ = data_array.shape


fig, ax = plt.subplots(3,4)
labels = ['Human RED \n Hirise RED', 'Human GREEN \n Hirise Infrared', 'Human BLUE \n Hirise GREEN/BLUE']
for i in range(3):
    data = np.zeros((nrow,ncol,3),data_array.dtype)
    data[:,:,i] = data_array[:,:,i]
    im = ax[0,i].imshow(data)
    ax[0,i].set_title(labels[i])
ax[0,3].imshow(data_array)


for i in range(3):
    data = np.zeros((nrow,ncol),data_array.dtype)
    data[:,:] = data_array[:,:,i]
    im = ax[1,i].imshow(data,cmap='gray')
    fig.colorbar(im, ax=ax[1,i], orientation='horizontal')
    print(i,data.max(),data.min())
ax[1,3].imshow(data_array)


data_array = data_array[700:1000,1150:1550,:]
for i in range(3):
    data = np.zeros(data_array.shape[0:2],data_array.dtype)
    data[:,:] = data_array[:,:,i]
    im = ax[2,i].imshow(data,cmap='gray')
    fig.colorbar(im, ax=ax[2,i], orientation='horizontal')
    print(i,data.max(),data.min())
ax[2,3].imshow(data_array)


plt.show()

Выдержка из «Информации для научных пользователей цветных продуктов HiRISE », написанной Альфредом Макьюэном и Эриком Элиасоном, 10 октября 2007 г.:

Что означают цвета на изображениях HiRISE?

Продукты PDS растянуты иначе, чем продукты в каталоге Extras. Цвет продукта PDS получает одно и то же минимальное и максимальное значение в калиброванных единицах отражательной способности (I/F) для каждой полосы пропускания цвета. В результате цвета относительно неяркие, но они также одинаковы от места к месту на Марсе. (В метке PDS (файл .LBL) содержится информация для преобразования значения DN в I/F: I/F = DN*SCALING_FACTOR + OFFSET.) Это не естественный цвет, видимый обычным человеческим глазом, потому что IR , RED и BG каналы отображаются красным, зеленым и синим цветами. В продуктах Extras каждая цветовая полоса растягивается индивидуально, чтобы максимизировать контраст, поэтому цвета улучшаются по-разному для каждого изображения в зависимости от цвета и яркости каждой сцены.

Несмотря на переменный уровень улучшения цвета для продуктов Extras, мы можем сделать некоторые обобщения, чтобы лучше понять, что показывают растянутые цветные изображения. Пыль (или затвердевшая пыль) обычно представляет собой самый красный из присутствующих материалов и выглядит красноватой в цвете RGB и желтой в цвете IRB. Более крупнозернистые материалы (песок и камни) обычно более голубые (или иногда пурпурные в цвете IRB), но также относительно темные, за исключением тех, которые покрыты пылью. Иней и лед также относительно голубые, но яркие и часто концентрируются на полюсах или на обращенных к полюсам склонах. Некоторые коренные породы также относительно яркие и синие, но не такие, как иней или лед, и имеют характерную морфологию. Полосы пропускания ИК и КРАСНОГО часто сильно коррелированы, поэтому ИК дает мало новой информации, а цвет RGB лучше показывает КРАСНЫЙ по сравнению с желтым.

Действительно ли «марсианская голубая дюна» синяя?

Нет , « дюны на самом деле серые, но после такого растяжения кажутся относительно голубыми, потому что большая часть Марса красная ». (Смотри ниже).

Генерация ложного цвета используется, чтобы помочь различать различные материалы или распределения. Однако манипуляции также привлекли внимание Интернета, что привело к появлению заголовков; «Завораживающий», «Потрясающий», «Таинственный» x 2

NASA Captures Mars' Mesmerizing Blue Sand Dune — But What ...
NASA discovers mysterious blue dune on Mars
Mysterious blue dune spotted on Mars 
Stunning NASA photo shows blue sand dune on Mars, the Red Planet

Обратная статья Вот история завораживающей голубой песчаной дюны, сделанной НАСА на Марсе , отлично объясняет масштабы манипуляций с изображением:

Альфред МакИвен, доктор философии, один из ученых, проводивших научный эксперимент по созданию изображений с высоким разрешением — HiRISE — камера, с помощью которой была сделана эта фотография, объяснил Inverse, как появилось это странное изображение.

Однако большой синий, «выглядящий как бирюзово-синий в усиленном цвете, сделан из более тонкого материала и / или имеет другой состав, чем окружающий», — говорится в пресс-релизе НАСА. Макьюэн, планетолог-геолог и директор Лаборатории исследования изображений планет в Университете Аризоны, объяснил в электронном письме Inverse, в какой степени улучшение фотографий создало яркий синий цвет.

«Изображения растягиваются от минимального до максимального в каждом отдельном цветном изображении для увеличения контраста», — говорит он. «Дюны на самом деле серые, но после такого растяжения кажутся относительно голубыми, потому что большая часть Марса красная».

В статье для веб-сайта HiRISE, написанной в 2016 году, Макьюэн объяснил , как в процессе улучшения цвета были созданы приведенные выше фотографии.

Вверху показан приблизительный естественный цвет, который видят люди с нормальным цветовым зрением — детали поверхности почти не видны. В середине находится стандартный цветной продукт HiRISE IRB, состоящий из инфракрасных, красных и сине-зеленых изображений, отображаемых как красный, зеленый и синий соответственно, и с минимальным и максимальным растяжением, применяемым к каждому цвету. Другими словами, самый темный пиксель всего изображения становится черным, самый яркий — белым, а все остальные интерполируются линейно. Внизу находится улучшенный цветной продукт, в котором каждой полосе пропускания дается линейное растяжение для локального фрагмента изображения, иногда с насыщением небольшого процента данных черным или белым, чтобы сделать остальную часть сцены более контрастной, с последующим усилением цветовой насыщенности. Теперь мы можем видеть разнообразие цветов, различающих разные единицы поверхности: пыль, песок,

(выделение добавлено)

См. также выпуск новостей CNN . На Красной планете была обнаружена большая полоса «синего цвета» .

На указанном сайте указано:

К югу от группы барханных дюн находится одна большая дюна с более сложной структурой. Эта конкретная дюна, похожая на бирюзово-голубую в усиленном цвете , сделана из более тонкого материала и/или имеет другой состав, чем окружающая среда.