Falsche Farbe

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Informationen zu Operationen unter falschen Militärfarben finden Sie unter Falsche Flagge .
Ein Mosaik aus einer Serie von 53 Bildern durch drei genommen konstruiert spektralen Filtern von Galileo ' s - Bildgebungssystem , wie es in den nördlichen Regionen des flog Mond im Dezember 1992

Falschfarben (oder Pseudofarbe ) beziehen sich auf eine Gruppe von Farbwiedergabeverfahren zur Anzeige von Bildern in Farbe verwendet , die in den aufgezeichneten wurden sichtbare oder nicht sichtbare Teile des elektromagnetischen Spektrums . Ein Falschfarbenbild ist ein Bild, das ein Objekt in Farben darstellt , die sich von denen unterscheiden, die ein Foto (ein Echtfarbenbild ) zeigen würde. In diesem Bild wurden Farben drei verschiedenen Wellenlängen zugewiesen, die unsere Augen normalerweise nicht sehen können.

Darüber hinaus werden Varianten von Falschfarben wie Pseudofarbe , Dichteschnitt und Choroplethen zur Informationsvisualisierung von Daten verwendet, die entweder von einem einzelnen Graustufenkanal erfasst wurden, oder von Daten, die keine Teile des elektromagnetischen Spektrums darstellen (z. B. Höhe in Reliefkarten oder Gewebetypen in Magnet Resonanzbildgebung ).

Arten von Farbwiedergaben [ Bearbeiten ]

True Color [ Bearbeiten ]

Das Konzept hinter der wahren Farbe kann helfen, die falsche Farbe zu verstehen. Ein Bild wird als Echtfarbenbild bezeichnet , wenn es eine natürliche Farbwiedergabe bietet oder wenn es diesem nahe kommt. Dies bedeutet, dass die Farben eines Objekts in einem Bild einem menschlichen Beobachter so erscheinen, als ob dieser Beobachter das Objekt direkt betrachten würde: Ein grüner Baum erscheint grün im Bild, ein roter Apfel rot, ein blauer Himmel blau und bald. [1] Bei der Anwendung auf Schwarzweißbilder bedeutet Echtfarbe , dass die wahrgenommene Helligkeit eines Motivs in seiner Darstellung erhalten bleibt.

Zwei Landsat- Satellitenbilder, die dieselbe Region zeigen:
Chesapeake Bay und die Stadt Baltimore [2]
Dieses Echtfarbenbild zeigt den Bereich in tatsächlichen Farben, z. B. erscheint die Vegetation in Grün. Es deckt das gesamte sichtbare Spektrum unter Verwendung der roten, grünen und blau / grünen Spektralbänder des Satelliten ab, die auf den RGB-Farbraum des Bildes abgebildet sind .
Dieselbe Fläche wie ein Falschfarbenbild unter Verwendung der auf RGB abgebildeten Spektralbänder im nahen Infrarot , Rot und Grün - dieses Bild zeigt die Vegetation in einem Rotton, da die Vegetation das meiste Licht im nahen Infrarot reflektiert.
Brennt Cliff im Endurance-Krater auf dem Mars . Die Farbe ist ungefähr die wahre Farbe, da anstelle des roten Spektralbandes Infrarot verwendet wurde. Das Ergebnis ist ein metamerer Fehler in der Farbe des Himmels, der im Bild leicht grün ist. Wäre ein menschlicher Beobachter anwesend gewesen, hätte diese Person die tatsächliche Himmelsfarbe als etwas orangefarbener wahrgenommen. Der Opportunity-Rover, der dieses Bild aufgenommen hat, verfügt zwar über einen Rotfilter, wird jedoch aufgrund des höheren wissenschaftlichen Werts der mit dem Infrarotband aufgenommenen Bilder und der Einschränkungen der Datenübertragung häufig nicht verwendet.

Absolutes True-Color-Rendering ist nicht möglich. [3] Es gibt drei Hauptursachen für Farbfehler ( metameres Versagen):

  • Unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten des menschlichen Auges und eines Bilderfassungsgeräts (z . B. einer Kamera ).
  • Unterschiedliche spektrale Emissionen / Reflexionen des Objekts und des Bildwiedergabeprozesses (z. B. ein Drucker oder Monitor ).
  • Unterschiede in der spektralen Bestrahlungsstärke bei reflektierenden Bildern (z. B. Fotodrucken) oder reflektierenden Objekten - Einzelheiten siehe Farbwiedergabeindex (CRI).

Das Ergebnis eines metameren Versagens wäre beispielsweise ein Bild eines grünen Baumes, das einen anderen Grünton als der Baum selbst zeigt, einen anderen Rotton für einen roten Apfel, einen anderen Blauton für den blauen Himmel und so weiter auf. Das Farbmanagement (z. B. mit ICC-Profilen ) kann verwendet werden, um dieses Problem innerhalb der physischen Einschränkungen zu verringern.

Ungefähre Echtfarbenbilder, die von Raumfahrzeugen aufgenommen wurden, sind ein Beispiel, bei dem Bilder ein gewisses Maß an metamerem Versagen aufweisen, da die Spektralbänder der Kamera eines Raumfahrzeugs ausgewählt werden, um Informationen über die physikalischen Eigenschaften des untersuchten Objekts zu sammeln, und nicht zum Erfassen ausgewählt werden Echtfarbenbilder. [3]

Diese ungefähre farbgetreue Panorama zeigt die Einschlagkrater Endurance auf dem Mars . Es wurde von der Panoramakamera des Opportunity-Rovers aufgenommen und besteht aus insgesamt 258 Bildern, die in den Spektralbändern 480, 530 und 750 Nanometer (blau / grün, grün und nahes Infrarot) aufgenommen wurden.

Falsche Farbe [ Bearbeiten ]

Ein traditionelles Falschfarben-Satellitenbild von Las Vegas. Grasbewachsenes Land (z. B. ein Golfplatz) wird rot angezeigt.

Im Gegensatz zu einem Echtfarbenbild opfert ein Falschfarbenbild die natürliche Farbwiedergabe, um die Erkennung von Merkmalen zu erleichtern, die ansonsten nicht ohne weiteres erkennbar sind - beispielsweise die Verwendung von nahem Infrarot zur Erkennung von Vegetation in Satellitenbildern. [1] Während ein Falschfarbenbild nur unter Verwendung des visuellen Spektrums (z. B. zur Hervorhebung von Farbunterschieden) erstellt werden kann, stammen typischerweise einige oder alle verwendeten Daten von elektromagnetischer Strahlung (EM) außerhalb des visuellen Spektrums (z. B. Infrarot , Ultraviolett oder X-). Strahl ). Die Wahl der Spektralbänder richtet sich nach den physikalischen Eigenschaften des untersuchten Objekts.

Da das menschliche Auge drei Spektralbänder verwendet ( Einzelheiten siehe Trichromie ), werden üblicherweise drei Spektralbänder zu einem Falschfarbenbild kombiniert. Für eine Falschfarbencodierung werden mindestens zwei Spektralbänder benötigt [4], und es ist möglich, mehr Bänder zu den drei visuellen RGB-Bändern zu kombinieren - wobei die Fähigkeit des Auges, drei Kanäle zu erkennen, der begrenzende Faktor ist. [5] Im Gegensatz dazu ist ein "Farb" -Bild aus einem Spektralband oder ein Bild aus Daten, die aus Nicht-EM-Daten bestehen (z. B. Höhe, Temperatur, Gewebetyp), ein Pseudofarbbild (siehe unten).

Für echte Farben werden die RGB- Kanäle (rotes "R", grünes "G" und blaues "B") von der Kamera auf die entsprechenden RGB-Kanäle des Bildes abgebildet, was eine "RGB → RGB" -Zuordnung ergibt. Bei Falschfarben wird diese Beziehung geändert. Die einfachste Falschfarbencodierung besteht darin, ein RGB-Bild im sichtbaren Spektrum aufzunehmen, es jedoch anders abzubilden, z. B. "GBR → RGB". Für traditionelle Falschfarben-Satellitenbilder der Erde wird eine "NRG → RGB" -Kartierung verwendet, wobei "N" das Spektralband im nahen Infrarot ist (und das blaue Spektralband nicht verwendet wird) - dies ergibt die typische "Vegetation in Rot" falsch -Farbbilder. [1] [6]

Falsche Farben werden (unter anderem) für Satelliten- und Weltraumbilder verwendet: Beispiele sind Fernerkundungssatelliten (z. B. Landsat , siehe Beispiel oben), Weltraumteleskope (z. B. das Hubble-Weltraumteleskop ) oder Raumsonden (z. B. Cassini-Huygens ). Einige Raumschiffe, wobei Rover (z. B. das Mars Science Laboratory Curiosity ) die bekanntesten Beispiele sind, können auch ungefähre Echtfarbenbilder aufnehmen. [3] Wettersatelliten erzeugen im Gegensatz zu den zuvor erwähnten Raumfahrzeugen Graustufenbilder aus dem sichtbaren oder infraroten Spektrum.

Beispiele für die Anwendung von Falschfarben:
Diese drei Falschfarbenbilder zeigen die Anwendung der Fernerkundung in der Präzisionslandwirtschaft : Das linke Bild zeigt die Vegetationsdichte und das Vorhandensein von Wasser im mittleren Bild (Grün / Blau für feuchten Boden und Rot für trockenen Boden). Das rechte Bild zeigt, wo Pflanzen unter Stress stehen, wie dies insbesondere in den Feldern 120 und 119 der Fall ist (angezeigt durch rote und gelbe Pixel). Diese Felder sollten am nächsten Tag bewässert werden.
Dieses zusammengesetzte Falschfarbenbild der Spiralgalaxie Messier 66 kombiniert vier Infrarotspektralbänder von 3,6 bis 8,0 Mikrometer . Der Beitrag des Sternenlichts (gemessen bei 3,6 Mikrometern) wurde vom 5,8- und 8-Mikrometer-Band abgezogen, um die Sichtbarkeit der polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffemissionen zu verbessern .
Dieses ikonische Bild des Adlernebels ist falsch gefärbt, wie aus den rosa Sternen hervorgeht. Drei Bilder wurden mit dem Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen , wobei das erste Licht in der Frequenz der Schwefelionen (willkürlich der Farbe Rot zugeordnet), der zweite Wasserstoff (grün) und die dritten Sauerstoffionen (blau) aufnimmt. Die tatsächliche Farbe des Nebels ist unbekannt, aber wenn man ihn aus der Ferne betrachtet, wodurch die 1 Lichtjahr langen "Säulen" ähnlich sichtbar werden, ist er für das menschliche Auge wahrscheinlich ein nahezu gleichmäßiges bräunliches Grau.

Pseudocolor [ Bearbeiten ]

Ein Pseudobild (manchmal gestylt Pseudo oder Pseudofarbe ) aus einer abgeleiteten Graustufenbild durch Abbilden jeder Intensitätswert zu einer Farbe entsprechend einer Tabelle oder Funktion. [7] Pseudofarbe wird normalerweise verwendet, wenn ein einzelner Datenkanal verfügbar ist (z. B. Temperatur, Höhe, Bodenzusammensetzung, Gewebetyp usw.), im Gegensatz zu Falschfarben, die üblicherweise zur Anzeige von drei Datenkanälen verwendet werden. [4]

Durch Pseudofarben können einige Details besser sichtbar gemacht werden, da der wahrgenommene Unterschied im Farbraum größer ist als zwischen aufeinanderfolgenden Graustufen allein. Andererseits sollte die Farbzuordnungsfunktion gewählt werden, um sicherzustellen, dass die Helligkeit der Farbe immer noch monoton ist, oder die ungleichmäßige Änderung würde es schwierig machen, die Pegel sowohl für normale als auch für farbenblinde Betrachter zu interpretieren. Ein Täter ist die häufig verwendete "Regenbogen" -Palette mit einer hin und her gehenden Helligkeitsänderung. (Siehe auch Choropleth-Karte § Farbverlauf .) [8]

Ein typisches Beispiel für die Verwendung von Pseudofarben ist die Thermografie (Wärmebildkamera), bei der Infrarotkameras nur ein Spektralband aufweisen und ihre Graustufenbilder in Pseudofarben anzeigen.

Beispiele für die Codierungstemperatur mit Pseudofarbe:
Thermogramm eines Passivhauses im Vordergrund und eines traditionellen Gebäudes im Hintergrund. Beachten Sie die Farbe-zu-Temperatur-Taste auf der rechten Seite.
Wärmebild einer Dampflokomotive mit Pseudofarbcodierung - gelb / weiß zeigt heiß und rot / violett zeigt kühl an.
Dieses Pseudofarbbild zeigt die Ergebnisse einer Computersimulation der Temperaturen während des Wiedereintritts des Space Shuttles . Bereiche, die 1.650 ° C erreichen, sind gelb zu sehen.

Ein weiteres bekanntes Beispiel für Pseudofarbe ist die Kodierung der Höhe unter Verwendung hypsometrischer Farbtöne in physischen Reliefkarten , wobei negative Werte (unter dem Meeresspiegel ) normalerweise durch Blautöne und positive Werte durch Grün- und Brauntöne dargestellt werden.

Beispiele für die Codierung der Höhe mit Pseudofarbe:
Eine Höhenkarte des Pazifischen Ozeans , die den Meeresboden in Blautönen und Land in Grün- und Brauntönen zeigt.
Diese farbcodierte Höhenreliefkarte zeigt das Ergebnis von Überschwemmungen auf dem Mars . Bitte beachten Sie die Farbe zum Höhenschlüssel unten.
Der Mond mit hypsometrischen Rottönen für die höchsten Punkte und lila für die niedrigsten.

Abhängig von der verwendeten Tabelle oder Funktion und der Auswahl der Datenquellen kann Pseudofarben den Informationsgehalt des Originalbilds erhöhen, z. B. das Hinzufügen von geografischen Informationen, das Kombinieren von Informationen aus Infrarot- oder Ultraviolettlicht oder andere Quellen wie MRT- Scans. [9]

Beispiele für das Überlagern zusätzlicher Informationen mit Pseudofarben:
Dieses Bild zeigt kompositorische Variationen des Mondes, die als Pseudofarbe überlagert sind.
Eine Graustufen-MRT eines Knies - unterschiedliche Graustufen zeigen unterschiedliche Gewebetypen an, die ein geschultes Auge erfordern.
Eine pseudofarbene MRT eines Knies, die mit drei verschiedenen Graustufenscans erstellt wurde - Gewebetypen sind anhand der Pseudofarbe leichter zu erkennen.

Eine weitere Anwendung der Pseudofarbe besteht darin, die Ergebnisse der Bildausarbeitung zu speichern. Das heißt, Sie ändern die Farben, um das Verständnis eines Bildes zu erleichtern. [10]

Dichteschneiden [ Bearbeiten ]

Ein Bild von Tasmanien und den umliegenden Gewässern unter Verwendung von Dichteschnitten, um die Phytoplanktonkonzentration zu zeigen . Die vom Satellitenbild aufgenommene Ozeanfarbe wird auf sieben Farben abgebildet: Gelb, Orange und Rot zeigen mehr Phytoplankton an, während Hellgrün, Dunkelgrün, Hellblau und Dunkelblau weniger Phytoplankton anzeigen; Land und Wolken sind in verschiedenen Farben dargestellt.

Density Slicing , eine Variation der Pseudofarbe, unterteilt ein Bild in einige farbige Bänder und wird (unter anderem) bei der Analyse von Fernerkundungsbildern verwendet. [11] Beim Dichteschneiden wird der Bereich der Graustufenstufen in Intervalle unterteilt, wobei jedes Intervall einer der wenigen diskreten Farben zugeordnet wird - dies steht im Gegensatz zur Pseudofarbe, die eine kontinuierliche Farbskala verwendet. [12] Zum Beispiel in einem Graustufen- Wärmebild Die Temperaturwerte im Bild können in Bänder von 2 ° C aufgeteilt und jedes Band durch eine Farbe dargestellt werden. Dadurch kann der Benutzer die Temperatur eines Punkts im Thermographen leichter erfassen, da die Unterschiede zwischen den einzelnen diskret sind Farben sind größer als die von Bildern mit kontinuierlicher Graustufen- oder kontinuierlicher Pseudofarbe.

Choropleth [ Bearbeiten ]

Hauptartikel: Choropleth Karte
Die US-Präsidentschaftswahl von 2004 wurde anhand einer Choroplethenkarte visualisiert. Der Republikanischen Partei und der Demokratischen Partei werden traditionell rötliche bzw. blauere Farben zugewiesen.

Ein Choroplethen ist ein Bild oder eine Karte, in der Bereiche proportional zur Kategorie oder zum Wert einer oder mehrerer dargestellter Variablen gefärbt oder gemustert werden . Die Variablen sind einigen Farben zugeordnet. Jeder Bereich trägt einen Datenpunkt bei und erhält von diesen ausgewählten Farben eine Farbe. Grundsätzlich handelt es sich um ein Dichteschneiden, das auf eine Pseudofarbauflage angewendet wird. Eine Choroplethenkarte eines geografischen Gebiets ist somit eine extreme Form von Falschfarbe.

Falsche Farbe in der Kunst [ Bearbeiten ]

Während künstlerische Wiedergabe zum subjektiven Ausdruck von Farbe führt, hat sich Andy Warhol (1928–1987) zu einer kulturell bedeutenden Figur der modernen Kunstbewegung entwickelt, indem er mit Siebdrucktechniken Falschfarbenbilder geschaffen hat . Einige von Warhols bekanntesten Drucken enthalten eine Replikation von Marilyn Monroe , deren Bild auf einem Filmrahmen aus dem Film Niagara basiert . Das Thema war ein Sexsymbol und ein Film Noir Starlet, dessen Tod 1962 den Künstler beeinflusste. Eine Reihe von Drucken wurde mit Zärtlichkeit angefertigt, aber ihre Persona als Illusion durch sein Fließband entlarvtStil der Kunstproduktion, die nicht erotisch und leicht grotesk sind. [13] Mit verschiedenen Tintenfarbpaletten tauchte Warhol in einen Wiederholungsprozess ein, der dazu dient, Personas und Alltagsgegenstände mit den Qualitäten der Massenproduktion und des Konsums zu vergleichen . [14] Die Farben der Tinte wurden durch Experimente ausgewählte Ästhetik und nicht Korrelat falsche Farbwiedergabe des elektromagnetischen Spektrums in verwendeten Fernerkundung Bildverarbeitung. Der Künstler druckte jahrelang weiterhin Falschfarbenbilder von Marilyn Monroe im Siebdruck. Seine vielleicht am häufigsten zitierte Arbeit war Turquoise Marilyn [15].die im Mai 2007 von einem privaten Sammler für 80 Millionen US-Dollar gekauft wurde. [16]

Siehe auch [ Bearbeiten ]

  • NASA World Wind verwendet mehrere Falschfarben-Satellitenbildschichten
  • Liste der Software-Paletten § Falsche Farbpaletten
  • Imaginäre Farben , Punkte in einem Farbraum, die einer Farbwahrnehmung entsprechen, die von keinem physischen (nicht negativen) Lichtspektrum erzeugt werden kann.
  • Hyperspektrale Bildgebung , sammelt und verarbeitet Informationen aus dem gesamten elektromagnetischen Spektrum.

Referenzen [ bearbeiten ]

  1. ^ a b c "Prinzipien der Fernerkundung - Zentrum für Fernbildgebung, -erfassung und -verarbeitung, CRISP" . www.crisp.nus.edu.sg . Abgerufen am 1. September 2012 .
  2. ^ "Der Landsat 7 Compositor" . Landsat.gsfc.nasa.gov. 21. März 2011 . Abgerufen am 1. September 2012 .
  3. ^ a b c Nancy Atkinson (1. Oktober 2007). "Richtig oder falsch (Farbe): Die Kunst der außerirdischen Fotografie" . www.universetoday.com . Abgerufen am 1. September 2012 .
  4. ^ "NGC 3627 (M66) - NASA Spitzer Space Telescope Collection" . www.nasaimages.org. 15. September 2005. Aus dem Original am 1. September 2011 archiviert . Abgerufen am 1. September 2012 .
  5. ^ GDSC, Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (Nationales Labor für Luft- und Raumfahrt), Niederlande. "Bandkombinationen" . GDSC , Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (Nationales Labor für Luft- und Raumfahrt), Niederlande. Archiviert vom Original am 17. August 2012.CS1-Wartung: mehrere Namen: Autorenliste ( Link )
  6. ^ "Pseudofarbfilter für VirtualDub" . Neuron2.net. Archiviert vom Original am 11. Juni 2010 . Abgerufen am 1. September 2012 .
  7. ^ Stauffer, Reto. "Irgendwo über dem Regenbogen" . HCL-Assistent . Abgerufen am 14. August 2019 .
  8. ^ Leonid I. Dimitrov (1995). "Pseudofarbene Visualisierung von EEG-Aktivitäten im menschlichen Kortex mittels MRT-basiertem Volumen-Rendering und Delaunay-Interpolation" . Medizinische Bildgebung 1995: Bildanzeige . 2431 : 460. Bibcode : 1995SPIE.2431..460D . CiteSeerX 10.1.1.57.308 . doi : 10.1117 / 12.207641 . Archiviert vom Original am 6. Juli 2011 . Abgerufen am 18. März 2009 . 
  9. ^ Setchell, CJ; Campbell, NW (Juli 1999). "Verwenden von Farb-Gabor- Texturfunktionen zum Verständnis von Szenen" (PDF) : 372–376. doi : 10.1049 / cp: 19990346 . Zitierjournal benötigt |journal=( Hilfe )
  10. ^ John Alan Richards; Xiuping Jia (2006). Digitale Bildanalyse mit Fernerkundung: Eine Einführung (4. Aufl.). Birkhäuser. S. 102–104. ISBN 9783540251286. Abgerufen am 26. Juli 2015 .
  11. ^ JB Campbell, "Einführung in die Fernerkundung", 3. Aufl., Taylor & Francis, p. 153
  12. ^ Wood, Paul (2004). Sorten der Moderne . London, Großbritannien: Yale University Press. S. 339–341, 354. ISBN 978-0-300-10296-3.
  13. ^ "Gold Marilyn Monroe" . www.MoMa.org . Abgerufen am 9. Juni 2014 .
  14. ^ Fallon, Michael (2011). Wie man die Werke von Andy Warhol analysiert . North Mankato, Minnesota, Vereinigte Staaten von Amerika: ABDO Publishing Company. pp.  44 -46. ISBN 978-1-61613-534-8.
  15. ^ Vogel, Carol (25. Mai 2007). "Inside Art" . Die New York Times . Abgerufen am 9. Juni 2014 .

Externe Links [ Bearbeiten ]

  • NASA: Landsat
  • UCSC
  • NASA (Webarchiv)
  • NASA: Chandra