Fausse couleur

Vraie couleur

Le concept derrière la vraie couleur peut aider à comprendre les fausses couleurs. Une image est appelée image en couleurs vraies lorsqu'elle offre un rendu naturel des couleurs ou lorsqu'elle s'en rapproche. Cela signifie que les couleurs d'un objet dans une image apparaissent à un observateur humain de la même manière que si cet observateur voyait directement l'objet: un arbre vert apparaît en vert dans l'image, un rouge pomme rouge, un bleu ciel bleu et bientôt. ^[1] Lorsqu'elle est appliquée à des images en noir et blanc, la vraie couleur signifie que la luminosité perçue d'un sujet est préservée dans sa représentation.

Deux images satellites Landsat montrant la même région:
la baie de Chesapeake et la ville de Baltimore ^[2]

Cette image en couleurs vraies montre la zone en couleurs réelles, par exemple, la végétation apparaît en vert. Il couvre tout le spectre visible en utilisant les bandes spectrales rouge, verte et bleue / verte du satellite mappées sur l' espace colorimétrique RVB de l'image.

La même zone qu'une image en fausses couleurs utilisant les bandes spectrales proche infrarouge , rouge et verte mappées en RVB - cette image montre la végétation dans un ton rouge, car la végétation réfléchit la plupart de la lumière dans le proche infrarouge.

Burns Cliff à l'intérieur du cratère Endurance sur Mars . La couleur est approximativement la vraie couleur car, au lieu de la bande spectrale rouge, l'infrarouge a été utilisé. Le résultat est un échec métamérique dans la couleur du ciel, qui est légèrement verte sur l'image - si un observateur humain avait été présent, cette personne aurait alors perçu la couleur réelle du ciel comme étant un peu plus orange. Le rover Opportunity qui a capturé cette image possède un filtre rouge, mais il n'est souvent pas utilisé, en raison de la valeur scientifique plus élevée des images capturées à l'aide de la bande infrarouge et des contraintes de transmission des données.

Le rendu absolu des vraies couleurs est impossible. ^[3] Il existe trois principales sources d'erreur de couleur ( échec métamérique ):

• Différentes sensibilités spectrales de l'œil humain et d'un dispositif de capture d'image (par exemple une caméra ).
• Différentes émissions / réflexions spectrales de l'objet et du processus de rendu d'image (par exemple une imprimante ou un moniteur ).
• Différences d'irradiance spectrale dans le cas d'images réfléchissantes (par exemple, tirages photo) ou d'objets réfléchissants - voir l' indice de rendu des couleurs (IRC) pour plus de détails.

Le résultat d'un échec métamérique serait par exemple une image d'un arbre vert qui montre une nuance de vert différente de celle de l'arbre lui-même, une nuance de rouge différente pour une pomme rouge, une nuance de bleu différente pour le ciel bleu, etc. au. La gestion des couleurs (par exemple avec les profils ICC ) peut être utilisée pour atténuer ce problème dans le cadre des contraintes physiques.

Les images approximatives en couleurs vraies recueillies par un vaisseau spatial sont un exemple où les images présentent un certain degré d'échec métamérique, car les bandes spectrales de la caméra d'un vaisseau spatial sont choisies pour recueillir des informations sur les propriétés physiques de l'objet à l'étude, et ne sont pas choisies pour capturer. des images en vraies couleurs. ^[3]

Ce panorama approximatif en couleurs vraies montre l' endurance du cratère d'impact sur Mars . Elle a été prise par la caméra panoramique du rover Opportunity et est un composite d'un total de 258 images prises dans les bandes spectrales de 480, 530 et 750 nanomètres (bleu / vert, vert et proche infrarouge).

Fausse couleur

Une image satellite traditionnelle en fausses couleurs de Las Vegas. Les terres couvertes d'herbe (par exemple un terrain de golf) apparaissent en rouge.

Contrairement à une image en vraies couleurs, une image en fausses couleurs sacrifie le rendu naturel des couleurs afin de faciliter la détection de caractéristiques qui ne seraient pas facilement discernables autrement - par exemple l'utilisation du proche infrarouge pour la détection de la végétation dans les images satellites. ^[1] Alors qu'une image en fausses couleurs peut être créée en utilisant uniquement le spectre visuel (par exemple pour accentuer les différences de couleur), généralement certaines ou toutes les données utilisées proviennent du rayonnement électromagnétique (EM) en dehors du spectre visuel (par exemple infrarouge , ultraviolet ou X- ray ). Le choix des bandes spectrales est régi par les propriétés physiques de l'objet étudié.

Comme l'œil humain utilise trois bandes spectrales (voir la trichromie pour plus de détails), trois bandes spectrales sont généralement combinées en une image en fausses couleurs. Au moins deux bandes spectrales sont nécessaires pour un codage en fausses couleurs, ^[4] et il est possible de combiner plus de bandes dans les trois bandes RVB visuelles - la capacité de l'œil à discerner trois canaux étant le facteur limitant. ^[5] En revanche, une image "couleur" faite à partir d'une bande spectrale, ou une image faite à partir de données constituées de données non EM (par exemple élévation, température, type de tissu) est une image pseudo-couleur (voir ci-dessous).

Pour des couleurs vraies, les canaux RVB (rouge «R», vert «G» et bleu «B») de la caméra sont mappés aux canaux RVB correspondants de l'image, ce qui donne un mappage «RVB → RVB». Pour les fausses couleurs, cette relation est modifiée. Le codage en fausses couleurs le plus simple consiste à prendre une image RVB dans le spectre visible, mais à la mapper différemment, par exemple "GBR → RVB". Pour les images satellites traditionnelles de la Terre en fausses couleurs, une cartographie «NRG → RVB» est utilisée, «N» étant la bande spectrale proche infrarouge (et la bande spectrale bleue étant inutilisée) - cela donne la «végétation en rouge» typique. Faux -images couleur. ^{[1] [6]}

La fausse couleur est utilisée (entre autres) pour les images satellitaires et spatiales: les exemples sont les satellites de télédétection (par exemple Landsat , voir exemple ci-dessus), les télescopes spatiaux (par exemple le télescope spatial Hubble ) ou les sondes spatiales (par exemple Cassini-Huygens ). Certains vaisseaux spatiaux, dont les rovers (par exemple le Mars Science Laboratory Curiosity ) sont les exemples les plus marquants, ont également la capacité de capturer des images approximatives en vraies couleurs. ^[3] Les satellites météorologiques produisent, contrairement aux engins spatiaux mentionnés précédemment, des images en niveaux de gris du spectre visible ou infrarouge.

Exemples d'application de fausses couleurs:

Ces trois images en fausses couleurs démontrent l'application de la télédétection dans l'agriculture de précision : l'image de gauche montre la densité de la végétation et l'image du milieu la présence d'eau (verts / bleus pour les sols humides et rouges pour les sols secs). L'image de droite montre où les cultures sont sollicitées, comme c'est particulièrement le cas dans les champs 120 et 119 (indiqués par des pixels rouges et jaunes). Ces champs devaient être irrigués le lendemain.

Cette image composite en fausses couleurs de la galaxie spirale Messier 66 combine quatre bandes spectrales infrarouges de 3,6 à 8,0 micromètres . La contribution de la lumière des étoiles (mesurée à 3,6 micromètres) a été soustraite de la bande de 5,8 et 8 micromètres pour améliorer la visibilité des émissions d' hydrocarbures aromatiques polycycliques .

Cette image emblématique de la nébuleuse de l' Aigle est de fausses couleurs, comme on peut le déduire des étoiles roses. Trois photos ont été prises par le télescope spatial Hubble , la première captant la lumière dans la fréquence des ions soufre (assignée arbitrairement à la couleur rouge), la deuxième hydrogène (vert), les troisièmes ions oxygène (bleu). La couleur réelle de la nébuleuse est inconnue, mais si on la regarde à distance rendant les "piliers" d'une année-lumière de la même manière visibles, il s'agit probablement d'un gris brunâtre presque uniforme pour les yeux humains.

Pseudocolor

Une pseudo - image (parfois dénommé pseudo - ou pseudo couleur ) est dérivé à partir d' une image de niveaux de gris en faisant correspondre chaque valeur d'intensité d'une couleur selon une table ou une fonction. ^{[7] La} pseudo couleur est généralement utilisée lorsqu'un seul canal de données est disponible (par exemple, la température, l'élévation, la composition du sol, le type de tissu, etc.), contrairement à la fausse couleur qui est couramment utilisée pour afficher trois canaux de données. ^[4]

La pseudocoloration peut rendre certains détails plus visibles, car la différence perçue dans l' espace colorimétrique est plus grande qu'entre les niveaux de gris successifs seuls. D'autre part, la fonction de mappage des couleurs doit être choisie pour s'assurer que la clarté de la couleur est toujours monotone, sinon le changement inégal rendrait difficile l'interprétation des niveaux, pour les spectateurs normaux et daltoniens. Un contrevenant est la palette "arc-en-ciel" couramment utilisée, avec un va-et-vient de la légèreté. (Voir aussi Choroplèthes § Progression des couleurs .) ^[8]

Un exemple typique d'utilisation de la pseudo couleur est la thermographie (imagerie thermique), où les caméras infrarouges ne comportent qu'une seule bande spectrale et montrent leurs images en niveaux de gris en pseudo couleur.

Exemples de température de codage avec pseudo couleur:

Thermogramme d'une maison passive au premier plan et d'un bâtiment traditionnel en arrière-plan. Notez la touche de couleur à température sur la droite.

Image thermique d'une locomotive à vapeur utilisant un codage pseudo-couleur - jaune / blanc indique chaud et rouge / violet indique froid.

Cette image pseudo-colorée montre les résultats d'une simulation informatique des températures lors de la rentrée de la navette spatiale . Les zones atteignant 3 000 ° F (1 650 ° C) sont visibles en jaune.

Un autre exemple familier de pseudo couleur est le codage de l' élévation à l' aide de teintes hypsométriques dans les cartes de relief physiques , où les valeurs négatives (sous le niveau de la mer ) sont généralement représentées par des nuances de bleu et les valeurs positives par les verts et les bruns.

Exemples de codage d'élévation avec pseudo couleur:

Une carte d'élévation de l' océan Pacifique , montrant le fond de l'océan dans les tons de bleu et la terre dans les verts et les bruns.

Cette carte de relief en élévation à code couleur indique le résultat des inondations sur Mars . Veuillez noter la couleur de la clé d'élévation en bas.

La Lune avec des teintes hypsométriques de rouge pour les points les plus hauts et de violet pour les plus bas.

En fonction de la table ou de la fonction utilisée et du choix des sources de données, la pseudo-coloration peut augmenter le contenu d'informations de l'image d'origine, par exemple en ajoutant des informations géographiques, en combinant des informations obtenues à partir de la lumière infrarouge ou ultraviolette, ou d'autres sources comme les IRM . ^[9]

Exemples de superposition d'informations supplémentaires avec une pseudo couleur:

Cette image montre les variations de composition de la Lune superposées sous forme de pseudo couleur.

Une IRM en niveaux de gris d'un genou - différents niveaux de gris indiquent différents types de tissus, nécessitant un œil averti.

Une IRM pseudo-colorée d'un genou créée à l'aide de trois échelles de gris différentes - les types de tissus sont plus faciles à discerner grâce à la pseudo couleur.

Une autre application de la pseudo-coloration est de stocker les résultats de l'élaboration de l'image; c'est-à-dire changer les couleurs afin de faciliter la compréhension d'une image. ^[dix]

Tranchage de densité

Une image de la Tasmanie et des eaux environnantes utilisant le découpage par densité pour montrer la concentration de phytoplancton . La couleur de l'océan capturée par l'image satellite est mappée en sept couleurs: le jaune, l'orange et le rouge indiquent plus de phytoplancton, tandis que le vert clair, le vert foncé, le bleu clair et le bleu foncé indiquent moins de phytoplancton; la terre et les nuages ​​sont représentés de différentes couleurs.

Le découpage en densité , une variation de pseudo couleur, divise une image en quelques bandes colorées et est (entre autres) utilisé dans l'analyse d' images de télédétection . ^[11] Pour le découpage de densité, la gamme des niveaux de gris est divisée en intervalles, chaque intervalle étant assigné à l'une des quelques couleurs discrètes - ceci contraste avec la pseudo couleur, qui utilise une échelle de couleur continue. ^[12] Par exemple, dans une image thermique en niveaux de gris, les valeurs de température de l'image peuvent être divisées en bandes de 2 ° C, et chaque bande représentée par une couleur - en conséquence, la température d'un point dans le thermographe peut être plus facilement acquise par l'utilisateur, car les différences perceptibles entre les couleurs discrètes sont plus importantes que celles des images avec des niveaux de gris continus ou des pseudo couleurs continues.

Choroplèthe

L' élection présidentielle américaine de 2004 , visualisée à l'aide d'une carte choroplèthe. Le Parti républicain et le Parti démocrate se voient traditionnellement attribuer des couleurs plus rouges et plus bleues, respectivement.

Un choroplèth est une image ou une carte dans laquelle les zones sont colorées ou modelées proportionnellement à la catégorie ou à la valeur d'une ou plusieurs variables représentées. Les variables sont mappées à quelques couleurs; chaque zone fournit un point de données et reçoit une couleur de ces couleurs sélectionnées. Fondamentalement, il s'agit d'un découpage par densité appliqué à une superposition de pseudo-couleur. Une carte choroplèthe d'une zone géographique est donc une forme extrême de fausse couleur.

Alors que l'interprétation artistique prête à l'expression subjective de la couleur, Andy Warhol (1928–1987) est devenu une figure culturellement significative du mouvement de l' art moderne en créant des peintures en fausses couleurs avec des techniques de sérigraphie . Certaines des impressions les plus reconnaissables de Warhol incluent une réplique de Marilyn Monroe , son image basée sur une image de film du film Niagara . Le sujet était un sex-symbol et une starlette du film noir dont la mort en 1962 a influencé l'artiste. Une série d'estampes a été réalisée avec tendresse, mais expose sa personnalité comme une illusion à travers son style de production artistique à la chaîne de montage qui est non érotique et légèrement grotesque. ^[13] En utilisant diverses palettes de couleurs d'encre, Warhol s'est plongé dans un processus de répétition qui sert à comparer des personnages et des objets quotidiens aux qualités de la production de masse et du consumérisme . ^[14] Les couleurs de l'encre ont été sélectionnées par l'expérimentation de l' esthétique et ne sont pas corrélées au faux rendu des couleurs du spectre électromagnétique utilisé dans le traitement d'image par télédétection . Pendant des années, l'artiste a continué à sérigraphier des images en fausses couleurs de Marilyn Monroe, son œuvre peut-être la plus référencée étant Turquoise Marilyn ^[15] qui a été achetée en mai 2007 par un collectionneur privé pour 80 millions de dollars américains. ^[16]

• NASA World Wind utilise plusieurs couches d'images satellite en fausses couleurs
• Liste des palettes logicielles § Palettes de fausses couleurs
• Couleurs imaginaires , points dans un espace colorimétrique qui correspondent à une perception des couleurs qui ne peut être produite par aucun spectre lumineux physique (non négatif).
• L'imagerie hyperspectrale recueille et traite les informations de tout le spectre électromagnétique.

• NASA: Landsat
• UCSC
• NASA (archives Web)
• NASA: Chandra