لون زائف

يُساعد مفهوم اللون الحقيقي في فهم اللون الزائف. تُسمى الصورة صورةً ذات لون حقيقي عندما تُقدم تمثيلاً للألوان الطبيعية ، أو عندما تقترب منها. وهذا يعني أن ألوان الجسم في الصورة تظهر للمشاهد البشري بنفس الطريقة التي يظهر بها لو كان هذا المشاهد نفسه ينظر إلى الجسم مباشرةً: فالشجرة الخضراء تظهر خضراء في الصورة، والتفاحة الحمراء حمراء، والسماء الزرقاء زرقاء، وهكذا. ^{[ 1 ]}

صورتان من صور الأقمار الصناعية لاندسات تُظهران نفس المنطقة: الأرض المحيطة بخليج تشيسابيك ^{[ 2 ]}

تُظهر هذه الصورة ذات الألوان الحقيقية المنطقة بألوانها الفعلية، حيث يظهر الغطاء النباتي باللون الأخضر مثلاً. وهي تغطي الطيف المرئي بالكامل باستخدام نطاقات الطيف الأحمر والأخضر والأزرق/الأخضر للقمر الصناعي، والتي تم ربطها بنظام ألوان RGB الخاص بالصورة.

نفس المنطقة كصورة ذات ألوان زائفة باستخدام نطاقات الطيف القريبة من الأشعة تحت الحمراء والحمراء والخضراء التي تم تعيينها إلى RGB - تُظهر هذه الصورة الغطاء النباتي باللون الأحمر، حيث يعكس الغطاء النباتي معظم الضوء في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة.

يستحيل الحصول على عرض ألوان حقيقي تمامًا. ^{[ 3 ]} هناك ثلاثة مصادر رئيسية لخطأ اللون ( فشل التماثل اللوني ):

• الحساسيات الطيفية المختلفة للعين البشرية وجهاز التقاط الصور (مثل الكاميرا ).
• انبعاثات طيفية مختلفة / انعكاسات من الجسم وعملية عرض الصورة (مثل الطابعة أو الشاشة ).
• الاختلافات في الإشعاع الطيفي في حالة الصور العاكسة (مثل الصور المطبوعة) أو الأجسام العاكسة - انظر مؤشر تجسيد اللون (CRI) لمزيد من التفاصيل.

نتيجةً لخلل التماثل اللوني، على سبيل المثال، ستظهر صورة شجرة خضراء بدرجة لون أخضر مختلفة عن لون الشجرة نفسها، وتفاحة حمراء بدرجة لون أحمر مختلفة، وسماء زرقاء بدرجة لون أزرق مختلفة، وهكذا. يمكن استخدام إدارة الألوان (مثل ملفات تعريف ICC ) للتخفيف من هذه المشكلة ضمن القيود الفيزيائية.

تُعد الصور التقريبية ذات الألوان الحقيقية التي تلتقطها المركبات الفضائية مثالاً على الصور التي تعاني من قدر معين من الفشل اللوني، حيث يتم اختيار النطاقات الطيفية لكاميرا المركبة الفضائية لجمع معلومات حول الخصائص الفيزيائية للجسم قيد الدراسة، وليس لالتقاط صور ذات ألوان حقيقية. ^{[ 3 ]}

تُظهر هذه الصورة البانورامية ذات الألوان الحقيقية التقريبية فوهة الاصطدام إندورانس على سطح المريخ . وقد التقطتها الكاميرا البانورامية الموجودة على متن المركبة الجوالة أوبورتيونيتي ، وهي عبارة عن صورة مركبة من 258 صورة تم التقاطها في نطاقات طيفية 480 و530 و750 نانومتر (الأزرق/الأخضر، والأخضر، والأشعة تحت الحمراء القريبة).

على عكس الصورة ذات الألوان الحقيقية، تُضحي الصورة ذات الألوان الزائفة بتجسيد الألوان الطبيعية لتسهيل اكتشاف السمات التي يصعب تمييزها بطرق أخرى، مثل استخدام الأشعة تحت الحمراء القريبة للكشف عن الغطاء النباتي في صور الأقمار الصناعية. ^{[ 1 ]} وبينما يمكن إنشاء صورة ذات ألوان زائفة باستخدام الطيف المرئي فقط (مثلاً لإبراز اختلافات الألوان)، فإن بعض البيانات أو كلها المستخدمة عادةً ما تكون من الإشعاع الكهرومغناطيسي خارج الطيف المرئي (مثل الأشعة تحت الحمراء أو فوق البنفسجية أو الأشعة السينية ). ويخضع اختيار النطاقات الطيفية للخصائص الفيزيائية للجسم قيد الدراسة.

بما أن العين البشرية تستخدم ثلاثة نطاقات طيفية (انظر قسم الألوان الثلاثية لمزيد من التفاصيل)، فإنه يتم عادةً دمج ثلاثة نطاقات طيفية في صورة ذات ألوان زائفة. يلزم نطاقان طيفيان على الأقل لترميز الألوان الزائفة، ^{[ 4 ]} ومن الممكن دمج المزيد من النطاقات في نطاقات RGB المرئية الثلاثة - مع كون قدرة العين على تمييز القنوات الثلاث هي العامل المحدد. ^{[ 5 ]} في المقابل، فإن الصورة "الملونة" المصنوعة من نطاق طيفي واحد، أو الصورة المصنوعة من بيانات تتكون من بيانات غير كهرومغناطيسية (مثل الارتفاع، ودرجة الحرارة، ونوع النسيج) هي صورة ذات ألوان زائفة (انظر أدناه).

للحصول على ألوان حقيقية، تُحوّل قنوات RGB (الأحمر "R" والأخضر "G" والأزرق "B") من الكاميرا إلى قنوات RGB المقابلة في الصورة، ما ينتج عنه تحويل "RGB→RGB". أما في حالة الألوان الزائفة، فيُعكس هذا التحويل. أبسط طريقة لترميز الألوان الزائفة هي أخذ صورة RGB في الطيف المرئي، ولكن تحويلها بشكل مختلف، مثل "GBR→RGB". بالنسبة لصور الأقمار الصناعية التقليدية للأرض بالألوان الزائفة، يُستخدم تحويل "NRG→RGB"، حيث يُمثل "N" نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة (مع إهمال نطاق الطيف الأزرق) - وهذا ما يُنتج صور "النباتات باللون الأحمر" النموذجية بالألوان الزائفة. ^{[ 1 ] [ 6 ]}

تُستخدم الألوان الزائفة (من بين أمور أخرى) في صور الأقمار الصناعية والفضاء، ومن أمثلتها أقمار الاستشعار عن بُعد (مثل لاندسات ، انظر المثال أعلاه)، والتلسكوبات الفضائية (مثل تلسكوب هابل الفضائي )، والمجسات الفضائية (مثل كاسيني-هويجنز ). بعض المركبات الفضائية، ومن أبرزها المركبات الجوالة (مثل مختبر علوم المريخ كيوريوسيتي )، قادرة على التقاط صور بألوان تقريبية حقيقية. ^{[ 3 ]} أما أقمار الأرصاد الجوية ، على عكس المركبات الفضائية المذكورة سابقًا، فتُنتج صورًا رمادية من الطيف المرئي أو الأشعة تحت الحمراء.

أمثلة على استخدام الألوان الزائفة:

تُظهر هذه الصور الثلاث ذات الألوان الزائفة تطبيق الاستشعار عن بُعد في الزراعة الدقيقة : تُظهر الصورة اليسرى كثافة الغطاء النباتي، بينما تُظهر الصورة الوسطى وجود الماء (الأخضر/الأزرق للتربة الرطبة والأحمر للتربة الجافة). أما الصورة اليمنى فتُظهر المناطق التي تعاني فيها المحاصيل من الإجهاد ، كما هو الحال تحديدًا في الحقلين 120 و119 (المُشار إليهما بالبكسلات الحمراء والصفراء). وكان من المُقرر ري هذين الحقلين في اليوم التالي.

تجمع هذه الصورة المركبة ذات الألوان الزائفة للمجرة الحلزونية مسييه 66 أربعة نطاقات طيفية بالأشعة تحت الحمراء تتراوح أطوالها الموجية بين 3.6 و8.0 ميكرومتر . وقد تم طرح مساهمة ضوء النجوم (المقاس عند 3.6 ميكرومتر) من نطاقي 5.8 و8 ميكرومتر لتحسين وضوح انبعاثات الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات .

هذه الصورة الشهيرة لسديم النسر مُلوّنة بشكل زائف، كما يتضح من النجوم الوردية. التقط تلسكوب هابل الفضائي ثلاث صور ، الأولى التقطت الضوء بتردد أيونات الكبريت (المُخصصة بشكل اعتباطي للون الأحمر)، والثانية للهيدروجين (الأخضر)، والثالثة لأيونات الأكسجين (الأزرق). اللون الحقيقي للسديم غير معروف، ولكن إذا رُصد من مسافة تجعل "الأعمدة" التي يبلغ طولها سنة ضوئية واحدة مرئية بنفس القدر، فمن المحتمل أن يظهر بلون رمادي بني موحد تقريبًا للعين البشرية.

تُستخدم الألوان الزائفة في العديد من التطبيقات العلمية. فكثيراً ما تستخدم المركبات الفضائية هذه التقنية لفهم تركيب البنى الكونية، كالسدم والمجرات. ^{[ 7 ]} تُخصص ألوان متباينة لترددات الضوء المنبعثة من أيونات مختلفة في الفضاء، مما يسمح بفصل التركيب الكيميائي للبنى المعقدة وتصويرها بشكل أفضل. تُعد صورة سديم النسر أعلاه مثالاً نموذجياً على ذلك؛ حيث مُنحت أيونات الهيدروجين والأكسجين اللونين الأخضر والأزرق على التوالي. وتُشير الكميات الكبيرة من اللونين الأخضر والأزرق في الصورة إلى وجود كميات كبيرة من الهيدروجين والأكسجين في السديم.

في 26 أكتوبر 2004، التقطت المركبة الفضائية كاسيني-هويجنز التابعة لوكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية صورةً مُلوّنةً زائفاً لتيتان، أكبر أقمار زحل. ^{[ 8 ]} التُقطت الصورة بأطوال موجية فوق بنفسجية وتحت حمراء، وكلاهما غير مرئي للعين البشرية. ^{[ 9 ]} ولتقديم تمثيل مرئي، استُخدمت تقنيات الألوان الزائفة. رُسمت بيانات الأشعة تحت الحمراء باللونين الأحمر والأخضر، ورُسمت بيانات الأشعة فوق البنفسجية باللون الأزرق. ^{[ 10 ]}

تُستخلص الصورة ذات الألوان الزائفة (أو ما يُسمى أحيانًا بالألوان الزائفة أو الألوان الزائفة) من صورة رمادية عن طريق ربط كل قيمة شدة بلونٍ ما وفقًا لجدول أو دالة. ^{[ 11 ]} يُستخدم اللون الزائف عادةً عند توفر قناة بيانات واحدة (مثل درجة الحرارة، والارتفاع، وتكوين التربة، ونوع الأنسجة، وما إلى ذلك)، على عكس اللون الزائف الذي يُستخدم عادةً لعرض ثلاث قنوات بيانات. ^{[ 4 ]}

يمكن أن تُبرز الألوان الزائفة بعض التفاصيل، إذ يكون الفرق الملحوظ في فضاء اللون أكبر من الفرق بين مستويات الرمادي المتتالية. من جهة أخرى، ينبغي اختيار دالة تعيين الألوان لضمان ثبات تدرج سطوع اللون، وإلا سيصعب على المشاهدين، سواءً كانوا يتمتعون ببصر ألوان طبيعي أو مصابين بعمى الألوان، تفسير المستويات. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك لوحة ألوان "قوس قزح" التي تتسم بتغير متذبذب في السطوع. (انظر أيضًا: خريطة التوزيع اللوني §  تدرج الألوان ). ^{[ 12 ]}

ومن الأمثلة النموذجية لاستخدام الألوان الزائفة التصوير الحراري، حيث تتميز كاميرات الأشعة تحت الحمراء بنطاق طيفي واحد فقط وتعرض صورها الرمادية بألوان زائفة.

أمثلة على ترميز درجة الحرارة باستخدام الألوان الزائفة:

صورة حرارية لمنزل سلبي الطاقة في المقدمة ومبنى تقليدي في الخلفية. يوجد مفتاح ألوان لدرجات الحرارة على اليمين.

صورة حرارية لقاطرة بخارية باستخدام ترميز الألوان الزائفة - يشير اللون الأصفر/الأبيض إلى الساخن ويشير اللون الأحمر/البنفسجي إلى البارد.

تُظهر هذه الصورة ذات الألوان الزائفة نتائج محاكاة حاسوبية لدرجات الحرارة أثناء عودة مكوك الفضاء إلى الغلاف الجوي . ويمكن رؤية المناطق التي تصل فيها درجة الحرارة إلى 1650 درجة مئوية (3000 درجة فهرنهايت) باللون الأصفر.

ومن الأمثلة المألوفة الأخرى للألوان الزائفة ترميز الارتفاع باستخدام التدرجات اللونية الهيبسومترية في خرائط التضاريس الطبيعية ، حيث يتم تمثيل القيم السالبة (تحت مستوى سطح البحر ) عادةً بدرجات اللون الأزرق، والقيم الموجبة باللونين الأخضر والبني.

أمثلة على ترميز الارتفاع باستخدام الألوان الزائفة:

خريطة ارتفاعات للمحيط الهادئ ، تُظهر قاع المحيط بدرجات اللون الأزرق واليابسة باللونين الأخضر والبني.

تُظهر خريطة التضاريس المرمزة بالألوان هذه آثار الفيضانات على سطح المريخ . يوجد مفتاح الألوان للدلالة على الارتفاع في الأسفل.

القمر بألوان هيبسومترية حمراء لأعلى النقاط وأرجوانية لأدنى النقاط .

اعتمادًا على الجدول أو الوظيفة المستخدمة واختيار مصادر البيانات، قد يؤدي التلوين الزائف إلى زيادة محتوى المعلومات في الصورة الأصلية، على سبيل المثال إضافة معلومات جغرافية، أو دمج المعلومات التي تم الحصول عليها من الأشعة تحت الحمراء أو فوق البنفسجية، أو مصادر أخرى مثل صور الرنين المغناطيسي . ^{[ 13 ]}

أمثلة على إضافة معلومات إضافية باستخدام الألوان الزائفة:

تُظهر هذه الصورة اختلافات في تكوين القمر مُضافًا إليها لون زائف.

صورة رنين مغناطيسي رمادية للركبة - تشير مستويات الرمادي المختلفة إلى أنواع مختلفة من الأنسجة، مما يتطلب عينًا مدربة.

صورة رنين مغناطيسي للركبة بألوان زائفة تم إنشاؤها باستخدام ثلاث عمليات مسح مختلفة بتدرج الرمادي - يسهل تمييز أنواع الأنسجة من خلال الألوان الزائفة.

ومن التطبيقات الأخرى للتلوين الزائف تخزين نتائج معالجة الصور؛ أي تغيير الألوان لتسهيل فهم الصورة. ^{[ 14 ]}

تُقسّم تقنية تقسيم الكثافة ، وهي نوع من أنواع الألوان الزائفة، الصورة إلى نطاقات ملونة متعددة، وتُستخدم (من بين أمور أخرى) في تحليل صور الاستشعار عن بُعد . ^{[ 15 ]} في هذه التقنية، يُقسّم نطاق مستويات التدرج الرمادي إلى فواصل، ويُخصّص لكل فاصل لونٌ من بين ألوان منفصلة قليلة - وهذا يختلف عن الألوان الزائفة التي تستخدم مقياس ألوان متصل. ^{[ 16 ]} على سبيل المثال، في صورة حرارية ذات تدرج رمادي، يمكن تقسيم قيم درجة الحرارة إلى نطاقات بفارق 2  درجة مئوية، ويُمثّل كل نطاق بلون واحد - ونتيجةً لذلك، يُمكن للمستخدم قياس درجة حرارة نقطة معينة في الصورة الحرارية بسهولة أكبر، لأن الفروق الملحوظة بين الألوان المنفصلة تكون أكبر من تلك الموجودة في الصور ذات التدرج الرمادي المتصل أو الألوان الزائفة المتصلة.

الخريطة الكوربليثية هي صورة أو خريطة تُلوّن فيها المناطق أو تُنمذج بشكل يتناسب مع فئة أو قيمة متغير واحد أو أكثر من المتغيرات المُمثلة. تُربط المتغيرات ببضعة ألوان؛ حيث تُساهم كل منطقة بنقطة بيانات واحدة وتتلقى لونًا واحدًا من هذه الألوان المُختارة. ببساطة، هي عبارة عن تقسيم الكثافة مُطبق على طبقة ألوان زائفة. وبالتالي، تُعد خريطة كوربليثية لمنطقة جغرافية شكلاً متطرفًا من أشكال الألوان الزائفة.