Красим Марс своими руками

в 2:41, , рубрики: opportunity, spirit, интриги, марс, марсоходы, Научно-популярное, обработка изображений, расследования, своими руками, скандалы, цвет, Чулан, метки: , , , , , , , , ,

В недавнем топике по следам печальной истории «Фобос-Грунта» была затронута версия о заговоре руководства НАСА, якобы заставляющего сотрудников перекрашивать марсианские снимки с голубым, почти земным небом и кучей зеленой растительности в сплошные чужие красно-рыжие тона. Тема вызвала приличный отклик, и, я думаю, многим хабрапользователям было бы интересно самим поучаствовать в сеансе разоблачения жуликов космического масштаба. Либо «утки» такого же масштаба — смотря что покажет нехитрый эксперимент.

Нам понадобится:

  1. Совсем чуть-чуть простейшей теории о том, что и как снимают камеры марсоходов.
  2. Несколько исходных снимков этих камер.
  3. Любой графический редактор, позволяющий работать с цветовыми каналами (хотя бы GIMP).


Теоретическая часть топика основана на кратком вольном пересказе подборки написанных по горячим следам (в 2004 г.) грамотных постов с какого-то, судя по всему, (анти)конспирологического форума, ныне доступной в веб-архиве.

1. Теория

Сразу уточним, что будем работать с материалами марсоходов-близнецов «Спирита» и «Оппортьюнити», второй из которых до сих пор функционирует (вот уже 9-й год!).

Нас интересуют снимки панорамных камер (внешняя пара «глаз», похожих на стереоглаза Джонни-Пятого и Валл-И из соотв. фильмов:) — именно из них собираются «цветные» панорамы марсианских ландшафтов, вызывающие у многих недоверие.

Эти камеры — не цветные. В отличие от обычных цифровых фотоаппаратов, где каждый пиксель снимается одновременно на три чувствительных элемента через три светофильтра, камеры марсходов делают снимки на одну черно-белую матрицу последовательно, механически меняя фильтр. У правой и левой камер слегка разные наборы фильтров, вот такие:

Левая камера Правая камера
Фильтр Длина волны, нм Ширина полосы, нм Фильтр Длина волны, нм Ширина полосы, нм
L1 Без фильтра (свободная «дырка») R1 430 Узкая
L2 750 20 R2 750 20
L3 670 20 R3 800 20
L4 600 20 R4 860 25
L5 530 20 R5 900 25
L6 480 25 R6 930 30
L7 430 Узкая R7 980 Широкая
L8 440 (затемненный, для съемки Солнца) R8 880 (затемненный, для съемки Солнца)

Как видим, для двух УФ- и одного ИК-фильтра спецификация камер не уточняет значения полосы, и для двух «солнечных» вообще ее не раскрывает. Но нас интересует видимая часть спектра, для которой всё хорошо документировано. Фильтры очень избирательные (интерференционные) и охватывают лишь выборочные участки спектра, так что о точной цветопередаче можно забыть уже начиная отсюда. НАСА объясняет это тем, что задача «фотографировать Марс на открытки» перед марсхододами и не стояла, а успешно решалась другая задача — опознавать марсианские минералы. Нас же интересует, что можно получить хотя бы из этих данных.

Снимки марсоходов выложены здесь. У файлов «неприличные» имена типа «2P126644567ESF0200P2095L2M1.JPG», где жирным я выделил использованный фильтр (другие значимые части: первая цифра — марсоход (1 — «Оппортьюнити», 2 — «Спирит»), P — камера, наша панорамная, 9 цифр за ней — метка времени, число секунд с полудня 1.01.2000, 02 и 00 — номера остановки марсохода и его положения на ней соотв-но, остальное — технические детали).

Чтобы сделать цветной снимок, нужно взять три черно-белых, снятых через красный, зеленый и синий фильтры соответственно, и подставить в качестве исходников соответствующих каналов.

2. Практика

Я выбрал для экспериментов снимки панорамной камеры «Спирита», сделанные на 1846-й марсианский день его приключений. В этот день он снимал преимущественно ту самую калибровочную мишень («солнечные часы» с четырьмя цветными метками, схемой орбит двух планет и чуть пафосной надписью «Два мира, одно солнце» рядом), из-за которой до сих пор возникают споры. И как раз через все (почти) нужные нам фильтры.

С синим и зеленым каналами вопросов не возникает — фильтры L6 и L5 отлично подходят (обратите внимание на яркость соотв. меток):
Через cиний фильтр L6Через зеленый фильтр L5
А вот для красного возможны варианты. Как объясняет НАСА, часть панорам использовала в качестве исходника красного канала снимок через L4 (красный почти на границе с оранжевым), а часть — через L2 (ближний ИК). Сравним оба варианта:
Через красный фильтр L4Через ИК-фильтр L2

И в скомпонованном виде (слева — с оранжево-красным фильтром, справа — с ИК):
слева — красный канал через L4, справа — через L2

3. Результаты и обсуждение

Как видим, рыжая марсианская пыль, за пять лет плотно облепившая «ручку» в центре мишени, стала контрастнее, но своего оттенка не изменила! Общий тон картинки слегка «сполз» в красноту (опять же подчеркнув «ржавые» пятна наверху), но несильно. А вот с цветными метками при выборе красно-инфракрасного фильтра и впрямь происходит полный массаракш — как на тех панорамах, которые уже 9-й год беспокоят конспирологов.

Но присмотримся к исходному снимку с L2. Почему на нем синяя метка, которая даже через синий фильтр L6 была лишь светло-серой, вдруг засияла ослепительной белизной? Разгадка — несовершенство самой краски, которой метка нанесена. Вот как выглядит спектр отражения всех четырех меток:
image
Т.е. оранжевый и оранжево-красный синяя метка поглощает почти полностью, а вот красно-инфракрасный резко начинает снова отражать, и уже в ближайшем ИК-диапазоне сияет вдвое ярче, чем в своем родном синем. Что мы и видим на всех снимках через ИК-фильтр!

Другие метки, как видно, тоже страдают избыточным отражением в ИК-диапазоне, но с синей этот эффект особенно разителен. Кроме того, видно, что в обоих вариантах «не повезло» желтой метке — вместо четкого цвета (как на страничке этой калибровочной мишени на сайте НАСЫ) получился какой-то невнятный песочный цвет. Как показывает график, максимум отражения этой желтой краски в видимом свете «пролетел» между полосами фильтров L5 и L4. Имеющиеся фильтры просто не позволяют показать желтую метку во всей ее красе. Интересно, на самом Марсе ничего с похожим спектром не завалялось?..

4. Выводы и направления для дальнейших поисков

Итак, наш эксперимент показал, что для ответа на главный вопрос обывателя «так какого же всё-таки цвета небо на Марсе?» данных нам не хватает. Мы выяснили, что публикуемые «цветные» снимки Марса могут давать лишь приблизительное представление о реальных цветах, и однозначно сказать, которое из «приближений» лучше, мы не можем, с учетом особенностей спектра эталонных меток даже передача их цвета — далеко не лучший критерий. И поймать НАСУ (которая всегда честно предупреждала о «приблизительности» цветов на своих снимках, хоть и мелким шрифтом на отдельной странице:) на очевидном вранье нам не удалось.

Но может быть, уважаемое читатели подскажет, как из этих снимков можно получить больше данных — именно тех, что интересуют «простого налогоплательщика», т.е. о реальном цвете марсианского неба и марсианской травы поверхности? Должны же быть какие-то алгоритмы интерполяции недостающих данных? Любые конструктивные идеи в комментариях приветствуются!

Автор: SelenIT2


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js