В прошлой статье я писал о разноцветных туманностях: выяснили, каких типов эти туманности бывают, каким цветом окрашены и почему. Но вот вопрос: все ли цвета реальны на различных фото астрономических объектов? Ну что ж, сейчас разберёмся, и заодно сами получим цветное изображение из данных космического телескопа «Хаббл».
Сначала быстренько выясним, как вообще получаются цветные цифровые фотографии в быту. На самом деле цвет вообще никак не фотографируется: сенсор фотоаппарата фиксирует фотоны и ему абсолютно безразлично, какой энергией они обладают. Вся информация, что мы можем вытащить из пикселя матрицы, так это общее количество фотонов, в него прилетевших. Чтобы получить информацию о цвете, перед сенсором устанавливают специальный фильтр Байера — штука, которая состоит из чередующихся маленьких светофильтров красного, зелёного и синего цветов.
Фильтр Байера начинает разделять поток света: одним пикселям достаются только «красные» фотоны, другим — «зелёные», третьим — «синие». Далее уже на программном уровне сигналы из этих групп пикселей обрабатываются, учитывается интенсивность различных базовых цветов, и на выходе мы получаем цветное изображение с цветными пикселями.
Отличается ли сенсор космического телескопа от сенсора бытового фотоаппарата? Глупый вопрос! Естественно отличается. И одним из таких отличий (помимо более высоких стандартов изготовления, точности, чувствительности и так далее) является отсутствие фильтра Байера.
Получается, что все снимки с «Хаббла» в оригинале чёрно-белые. Но мы же видим цветные! Откуда берётся этот цвет?
У телескопа нет фильтра Байера, но есть куча других фильтров, которые оказывают влияние на весь световой поток, идущий к сенсору. Каждый фильтр пропускает свет определённого цвета (определённой длины волны), и сенсор в итоге фиксирует интенсивность излучения только для этой длины волны. Можно сделать несколько снимков одного объекта, но каждый раз использовать разные фильтры. Таким образом мы зафиксируем интенсивность излучения для разных длин волн. Затем нам уже самостоятельно нужно объединить данные и получить цветное изображение. Этим сейчас и займёмся.
Данные будем искать на сайте архива наследия «Хаббла» — https://hla.stsci.edu/ А для обработки будем использовать бесплатный графический редактор GIMP — https://www.gimp.org/
Найдём что-нибудь хорошо известное. Например, «Столпы творения», которые расположены в туманности M16, и которые я уже показал чуть выше. Далее небольшая инструкция в скриншотах:
Среди результатов поиска я выделил три изображения, которые были сняты с фильтрами, пропускающими длины волн 502, 657 и 673 нанометра (излучение дважды ионизированного кислорода, H-альфа линия излучения водорода и излучение ионизированной серы соответственно). Мы не будем (пока) скачивать файлы оригиналов в формате FITS, а сохраним изображение из окна просмотра, которое появляется после нажатия ссылки Interactive Display под заголовком нужного изображения:
Сохраняем таким образом три файла. Назовём их по длине волны света. Теперь запускаем GIMP. Открываем сохранённые изображения как отдельные слои. Затем идём в меню Цвет -> Составляющие -> Собрать.
Укажем, какой слой за какой цвет у нас будет отвечать (для красного укажем изображение с наибольшей длиной волны, и далее по нисходящей).
Теперь просто жмём OK. Готово! Перед нами цветное изображение, которое выглядит точно как на фото из интернета.
Значит нас никто не обманывает и специально фотки не раскрашивает? Да, но есть один нюанс: водород и кислород излучают в красной и зелёной областях спектра соответственно, а мы их запихали в зелёный и синий каналы. Мы ничего руками не раскрашивали, но и цвет получили нереальный, искусственный. На самом деле большинство фото туманностей с космического телескопа мы видим в таких вот нереальных цветах. Но это не из-за того, что кто-то хочет нас обмануть. Просто учёные собирают данные в нужных им длинах волн, в первую очередь заботятся о научной ценности. Потом уже энтузиасты и популяризаторы собирают цветные изображения из этих данных. (Кстати, многие любители фотографируют небо через свои телескопы, используя такой же набор фильтров (для серы, водорода и кислорода), и получают похожие по цвету фото. Даже название есть у такой расцветки — «палитра Хаббла»).
Напоследок попробуем получить из того, что у нас есть, что-то похожее на естественный цвет туманности. Также открываем три слоя и начинаем собирать цветное изображение. Только в красный канал добавим водород, в зелёный — кислород, а синий просто оставим пустым, так как у нас нет данных о синем цвете.
Затем открываем Микшер каналов и в синем канале смешиваем зелёный и красный в равной пропорции.
У нас получилось что-то красно-зелёное. Подравняем цвет с помощью уровней, стараясь сделать тёмные области Столпов нейтрально серыми.
В итоге имеем такое вот красное изображение. Что ж, это близко к правде. Сравните с изображением в естественных цветах.
Вот так и получаются цветные фото с космического телескопа. И самое интересное, что эти фото может попробовать собрать любой желающий (кстати, пара изображений в начале статьи — авторская обработка данных телескопа). Если решитесь на обработку, буду рад увидеть в комментариях ваши результаты.
Не забывайте отметить статью лайком, если понравилось. И подписывайтесь на канал, если ещё этого не сделали.
