Czy zdjęcia w podczerwieni naprawdę zawierają kolory w podczerwieni?

W szkole wszyscy nauczyliśmy się, że z białego światła możemy postrzegać tylko widmo widzialne, ale nie widzimy części UV ani IR .

Jeśli tak jest, to dlaczego możemy robić zdjęcia w podczerwieni ? OK, dobrze, obiektyw może to zrobić, ale jak możemy zobaczyć kolory IR na ostatecznym zdjęciu? Skąd naprawdę wiemy, że to światło podczerwone, a nie tylko dramatyczne kolory?

„Kolor” jest zasadniczo właściwością rozkładu długości fal światła widzialnego (postrzeganego przez ludzi).

Cyfrowe aparaty fotograficzne wykrywają tylko ilość światła na każdym pikselu, nie mogą mierzyć długości fali, a zatem nie mogą bezpośrednio rejestrować kolorów. Obrazy kolorowe są tworzone przez umieszczenie naprzemiennych filtrów czerwony / zielony / niebieski przed każdym pikselem. Umieszczając czerwony filtr (taki, który blokuje zielone i niebieskie światło) przed pikselem, możesz w ten sposób zmierzyć ilość czerwonego światła w tym miejscu.

Fotografowanie w podczerwieni standardowymi aparatami cyfrowymi polega na odfiltrowaniu światła widzialnego (i opcjonalnym usunięciu wbudowanego filtrowania podczerwieni), dzięki czemu rejestrowane jest tylko światło podczerwone. Naprzemienne filtry czerwony / zielony / niebieski pozostają na miejscu.

Istnieją różne długości fal światła podczerwonego, jednak te długości fal nie odpowiadają „kolorowi”, ponieważ są niewidoczne dla ludzkiego oka. Prawdziwa podczerwień, w zakresie 850 nm i dłuższym, przepuszcza mniej więcej jednakowo przez każdy z filtrów czerwony / zielony / niebieski, dzięki czemu uzyskuje się tylko obraz o intensywności (skali szarości), taki jak ten:

http://www.mattgrum.com/photo_se/IR_1.jpg

Długości fal, które są bliższe spektrum widzialnemu, więc wywołanie w pobliżu podczerwieni w zakresie 665 nm przejdzie przez filtry RGB w różnych ilościach, dzięki czemu powstanie obraz o różnych wartościach RGB, a zatem po wyświetleniu na komputerze otrzymasz kolorowy obraz.

Ale kolory nie są „rzeczywiste”, w tym sensie, że kolor jest własnością ludzkiej wizji, a te długości fal znajdują się poza naszą wizją, więc mózg nie zdefiniował sposobu ich nam przedstawienia. Różne kolory widoczne na cyfrowym obrazie w podczerwieni (reprodukowane w zakresie widzialnym przez monitor komputera) powstają z powodu niedoboru filtrów niebieskiego i zielonego.

Niebieskie filtry są zaprojektowane do odfiltrowywania czerwonego i zielonego światła o niższej częstotliwości, ale wokół zakresu widma widzialnego (ponieważ filtr podczerwieni kamery zwykle usuwa wszystko inne). Kiedy światło widzialne jest zablokowane, a częstotliwości stają się naprawdę niskie (jak te odbijane przez liście przez Efekt Drewna ), zaczynają ponownie przechodzić przez niebieski i zielony filtr!

Tak więc dolna część widma widzialnego / bardzo blisko podczerwieni (która jest obfita na niebie) głównie wzbudza czerwone piksele, ponieważ filtry niebieski i zielony nadal wykonują swoją pracę, w pobliżu podczerwieni (odbite od liści) zaczyna wzbudzać niebieskie i zielone piksele, ponieważ filtry działają poza swoim normalnym zakresem.

Rezultatem jest czerwone niebo i niebieskie / turkusowe drzewa, takie jak to:

_{(źródło: wearejuno.com )}

Ale ponieważ te kolory nie są naprawdę prawdziwe, fotografowie często zamieniają się czerwonymi / niebieskimi kanałami, co daje bardziej normalnie wyglądające błękitne niebo i zielono / żółte drzewa:

http://www.mattgrum.com/photo_se/IR_2.jpg

Obraz, który widzimy z kamery na podczerwień, jest nazywany obrazem w fałszywych kolorach . Oznacza to, że zakres długości fal w widmie w podczerwieni jest renderowany z odpowiednią długością fali światła widzialnego. Podobnie jak w przypadku światła widzialnego, konkretna długość fali światła podczerwonego może różnić się intensywnością, od nieco powyżej czerni (cienie) do bliskiego nasycenia (światła).

To, w jaki sposób każda długość fali i intensywność światła podczerwonego jest tłumaczone na światło widzialne, które widzimy, zależy w dużej mierze od celu i przeznaczenia obrazu w podczerwieni. Zależy to również od tego, czy obraz został przechwycony kamerą zaprojektowaną od podstaw do rejestrowania światła w widmie podczerwieni, czy kamerą zaprojektowaną do przechwytywania światła widzialnego, które zostało przekonwertowane na przechwytywanie światła podczerwonego przez usunięcie filtra podczerwieni znajdującego się w większości kamer i dodanie filtra do usuwania światła widzialnego.

Obrazy z instrumentów astronomicznych, które fotografują nocne niebo w podczerwieni, są zwykle przetwarzane, aby wyglądały jak widzialne nocne niebo, nawet jeśli to, co jest widoczne w niebie, a co nie będzie inne na obrazie w podczerwieni niż to, co jest widoczne w widzialnym jasny obraz. Zazwyczaj krótsze długości fali światła podczerwonego będą renderowane jako krótsze długości fali światła widzialnego (niebieskie), średnie długości fali światła podczerwonego będą renderowane jako średnie długości fali światła widzialnego (zielone), a dłuższe długości fali w widmie podczerwieni będą renderowane jako dłuższe długości fal w widmie światła widzialnego (czerwony).

Z drugiej strony obrazy używane do oglądania ludzi w ciemności (obrazy „noktowizyjne”) często wyświetlają różne natężenia tej samej długości fali (10 µm - długość fali, przy której ludzie promieniują najwięcej ciepła) przy użyciu różnych kolorów. W takim przypadku biały może oznaczać najwyższą intensywność przy 10 µm, czerwony może oznaczać nieco niższą intensywność przy 10 µm, zielony jeszcze niższą intensywność i tak dalej. Inne długości fali światła podczerwonego mogą w ogóle nie być renderowane.

Przykłady każdego z powyższych scenariuszy są widoczne u góry artykułu w Wikipedii na temat podczerwieni .

Tak, fotografia w podczerwieni rejestruje długości fal podczerwonych. Zwykle stosuje się filtr, aby upewnić się, że żadne światło widzialne nie zostanie zarejestrowane. Czujniki i filmy nie są oparte na ludzkim oku, więc ich ograniczenia są różne. Widzimy światło podczerwone na otrzymanych zdjęciach, ponieważ jest wyświetlane w innym kolorze (kolorach) niż podczerwień.

W fotografii kolory na wynikowym zdjęciu rzadko są dokładnie zgodne z oryginalnym widokiem; w rzeczywistości wymaga wiele wysiłku, aby kolory nie zmieniały się podczas pracy. Istnieje kilka technik wykorzystujących mniej lub bardziej mutowanie kolorów, takich jak przetwarzanie krzyżowe, HDR, czarno-biały itp .; a fotografia w podczerwieni jest tylko jednym z nich. Obrazowanie rentgenowskie to kolejny przykład zamiany niewidzialnych długości fal na widzialne.

Kamera jest siatką czujników, które zliczają fotony z danego zakresu. Liczą te fotony i tworzą tabelę pokazującą częstotliwość fotonów (liczbę fotonów na jednostkę czasu, a nie ich częstotliwość EM) dla każdego czujnika w sieci.

W praktyce aparaty mają czujniki zoptymalizowane do wychwytywania fotonów czerwonych, niebieskich i zielonych, ale zdarzają się również, że przechwytują podczerwień. Korzystając z filtrów, możesz wpuszczać tylko czujniki IR. Otrzymasz tabelę liczb pokazującą częstotliwość fotonów w zakresie podczerwieni.

Możesz teraz robić, co chcesz z tym stołem. Możesz wykreślić go jako funkcję 3D z częstotliwością jako wysokością. Możesz zamapować niskie liczby na czarne i wysokie liczby na białe, aby uzyskać obraz w skali szarości. Możesz zamapować niskie liczby na czarne, średnie liczby na pomarańczowo-żółte i wysokie, aby naśladować sposób, w jaki gorący metal się świeci.

Powodem, dla którego widzisz kolory podczerwieni, jest to, że kamera nie wytwarza obrazu z dokładnie takimi samymi kolorami (IR), jakie widział. Powoduje przekształcenie obrazu, w którym każda długość fali IR jest odwzorowana na widzialną długość fali. Nie robi tego oprogramowanie, ale dzieje się to samo: czujniki zwykle wychwytują zarówno widzialne, jak i IR, ale oprogramowanie zakłada, że ​​wszystko jest widoczne, ponieważ istnieje filtr IR blokujący fotony o długości fali IR. Ale niektórzy usuwają filtry.

Wszystko jest możliwe, aby stworzyć specjalne kamery termowizyjne, w których czujniki są faktycznie zoptymalizowane do wychwytywania IR. Prawdopodobnie miałyby one oprogramowanie wyraźnie przetwarzające IR na światło widzialne.