54. Как работает "марсианская" фотокамера? Где на марсоходе "цветовая мишень" для калибровки цвета?

7,4k full reads
11k story viewsUnique page visitors
7,4k read the story to the endThat's 64% of the total page views
8 minutes — average reading time

На протяжении вот уже сорока с лишним лет не удается получить ответ на простой, казалось бы, вопрос - какого цвета небо и каков действительный цвет Марса?

Как это начиналось.

Самый первый в истории человечества цветной снимок, сделанный на поверхности Марса, был получен летом 1976 года от спускаемого аппарата Viking Lander 1. И уже на нем люди увидели голубое небо и цвета ландшафта, похожие на земные (фото слева). Но буквально через несколько часов NASA выпустило «обновленную» версию того же самого снимка (фото справа), который поразил мир своими оранжевыми небесами и красным грунтом.
Два варианта первого цветного снимка НАСА с поверхности Марса (Viking Lander 1)
Два варианта первого цветного снимка НАСА с поверхности Марса (Viking Lander 1)

Вы не поверите - на сайте НАСА на данный момент размещено примерно 800 тысяч (!) снимков с Марса, сделанных разными марсоходами: Оппортунити, Кьюриосити, Спирит и, конечно же, Персеверанс. Но, говорят, что по этим снимкам нельзя определить реальный цвет Марса, потому что все снимки на самом деле чёрно-белые, а цветные - сделаны в условных цветах. Попробуем разобраться, так ли это на самом деле.

На марсоходе "Персеверанс" много разных камер (для разных целей). На мачте марсохода по краям расположены навигационные камеры, они круглые, а вот ближе к центру, с прямоугольным каше - две фотокамеры Mastcam-Z, левая (L) и правая (R). Именно эти фотокамеры делают большинство фотографий, которые потом расходятся по интернету.

Две фотокамеры Mastcam-Z на мачте марсохода.
Две фотокамеры Mastcam-Z на мачте марсохода.

Они расположены высоко на мачте.

Размер марсохода по сравнению с ростом человека. Фотокамеры расположены вверху на мачте.
Размер марсохода по сравнению с ростом человека. Фотокамеры расположены вверху на мачте.

Несмотря на оригинальную конструкцию и непривычный вид - это самый обычный фотоаппарат, точно такой же, который есть у многих жителей Земли.

Фотокамера Mastcam-Z "Персеверанса". Хорошо виден диск с цветными фильтрами.
Фотокамера Mastcam-Z "Персеверанса". Хорошо виден диск с цветными фильтрами.

В нём точно такая же светочувствительная матрица и фильтр Байера, как в обычном цифровом фотоаппарате. И примерно такой же объектив с переменным фокусным расстоянием, который мы называем "зумом".

Единственное отличие - за объективом находится колесо с дополнительными фильтрами. Но это тоже не принципиальная разница, поскольку многие фотографы покупают дополнительные фильтры и так же снимают через них.

Фотокамера Mastcam марсохода "Кьюриосити". Фотокамера "Персеверанса" точно такая же, отличается лишь набором фильтров.
Фотокамера Mastcam марсохода "Кьюриосити". Фотокамера "Персеверанса" точно такая же, отличается лишь набором фильтров.

В этом диске со светофильтрами есть одно пустое окно (на рисунке на него указывает красная стрелка). И когда это окно устанавливается за объективом, то никакого дополнительного фильтра при съёмке нет, и фотокамера "видит" точно так же, как и любой цифровой фотоаппарат. А цифровой фотоаппарат "видит" примерно так же, как глаз: голубое небо - голубым, зелёную траву - зелёной, оранжевый песок - оранжевым.

Диск со светофильтрами.
Диск со светофильтрами.

Поскольку на марсоходе две камеры (левая и правая), то и дисков со светофильтрами тоже два. И в каждом диске есть прозрачное стекло ("clear") - левый нулевой фильтр (LO) и правый нулевой (RO).

И в левом диске, и в правом есть окошко с прозрачным стеклом.
И в левом диске, и в правом есть окошко с прозрачным стеклом.

И оказывается, что большую часть снимков марсоход делает без дополнительных фильтров, через эти прозрачные окна.

Вот что написано на сайте производителя фотокамеры.

Take a good look at the two images above. The top one is a simple RGB image from the R0, or right-eye clear filter. This is a close approximation to how your own eye sees color, and it’s the kind of color imaging that Mastcam-Z will do most of the time on Mars.

Перевод (автоматизированный):

Внимательно посмотрите на два изображения выше. Верхний-это простое RGB-изображение с помощью R0, или прозрачного фильтра для правого глаза. Это близкое приближение к тому, как ваш собственный глаз видит цвет, и это вид цветового изображения, которое Mastcam-Z будет делать большую часть времени на Марсе.

Другими словами говоря, бóльшая часть "марсианских" снимков сделана "стандартным" цифровым фотоаппаратом.

Для объективной оценки цветопередачи применяют серые и цветные шкалы, так называемые калибровочные мишени, на марсоходе их две.

Калибровочные шкалы на марсоходе.
Калибровочные шкалы на марсоходе.

Какими должны быть эти шкалы в идеале, показано на нижеследующем рисунке. Фотография слева, под буквой "а", отнормирована в фоторедакторе в Институте Нильса Бора (Дания, Копенгаген), рисунки "b" и "c" - в NASA/JPL-Caltech/ASU.

"Инспекционная" фотография калибровочных мишеней.
"Инспекционная" фотография калибровочных мишеней.

Измерения в Фотошопе показывают, что внешний круглый серый ободок на первичной мишени в рисунке "а" избыточно голубой, а по-настоящему нейтрально серым является маленький кружок около головы динозавра. А вот на рисунке "с" все серые поля уведены в серо-жёлтую тональность.

Серые поля применяют при репродуцировании, потому что на них сразу обнаруживается даже лёгкий избыточный цветовой тон.

Я когда-то работал на кинокопировальной фабрике цветоустановщиком. Так вот, во всех фильмокопиях помимо контрольных серых полей находятся ещё и цветные шкалы и даже "девочка" - для оценки цвета лица. Когда идёт печать фильмов для кинотеатров, то полнометражный фильм (а это примерно 3 километра кинопленки) разбивается на части по 600 метров (одна часть, 600 метров, идет примерно 19-20 минут).  И чтобы во всех частях фильма была одинаковая цветовая тональность, в начало каждой части впечатывается специальная шкала с большим серым полем. Эти кадрики с серыми и цветными шкалами находятся на ракорде после заправочного конца, где-то секунды за 4 до начала изображения, поэтому "эталонную девочку" и шкалы зрители просто не видят во время просмотра. На большом сером поле есть кружок для промера плотности. Плотность замеряется на денситометре.

Контрольные шкалы в каждой части фильма и кружок для измерения плотности. Голубая дорожка слева - это аналоговый стерео-звук. Мелкие квадратики между перфорациями, типа QR-кода - это звук в цифровом формате Долби Диджитал (5+1).
Контрольные шкалы в каждой части фильма и кружок для измерения плотности. Голубая дорожка слева - это аналоговый стерео-звук. Мелкие квадратики между перфорациями, типа QR-кода - это звук в цифровом формате Долби Диджитал (5+1).

Отдел технического контроля следит за тем, чтобы значения плотности во всех фильмокопиях были строго одинаковы и соответствовали оригиналу, привезенному из-за рубежа (если для кинопроката печатается иностранный фильм). У Кодака такой метод контроля называется LAD-метод (Laboratory Aim Density). Эти три буквы, LAD, вы видите справа от лица девочки. Для тех, кто работал на денситометре, могу назвать значение плотности, которое нужно выдержать на сером поле - это
примерно 1,10. Если в фильмокопии происходит нарушение цветопередачи, то сначала смотрят, какова плотность эталонного серого поля, и не появилась ли на этом поле какая-либо цветность. Если "девочка" и большое серое поле напечатаны правильно, то и весь дальнейший фильм по цвету будет таким, как задумали авторы. Эта методика контроля существует уже полвека и хорошо зарекомендовала себя.

В Советском Союзе в фильмокопиях использовалась серая горошковая шкала, разработанная в НИКФИ (научно-исследовательский кинофотоинститут) - на светло-сером фоне находились круглые (в виде гороха) поля: белое, чёрное и серые. В СССР, когда ещё не было персональных компьютеров и видеомагнитофоны были редкостью, для кинолюбителей выпускались фильмокопии на 8-мм киноплёнке. Для контроля цветопередачи при массовой печати в негатив вклеивалась серая горошковая шкала, которая в позитиве должна быть нейтрально серой. Вот, например, копия мультфильма "Ну, погоди!", выпущенная более 30 лет назад, в конце 80-х годов.

Копия мультфильма "Ну, погоди!" на 8-мм киноплёнке.
Копия мультфильма "Ну, погоди!" на 8-мм киноплёнке.

После опознавательной части, где указано название фильма, скорость показа (18 к/с), тип плёнки (8-супер) и др., шла горошковая шкала. Видно, что вместо серых полей на плёнке находятся буро-коричневые кружочки - плёнка выцвела, разрушился голубой краситель.

Опознавательная часть фильма и серая горошковая шкала.
Опознавательная часть фильма и серая горошковая шкала.

По этому виду контрольной серой шкалы можно сразу определить, что в фильмокопии будет сдвиг цвета в коричневую тональность, практически не будет голубого цвета, а зелёный цвет, состоящий из голубого и жёлтого красителя, будет выглядеть грязно-жёлтым.

Слева - позитивное изображение на выцветшей 8-мм фильмокопии, справа - изображение, оцифрованное с негатива и откорректированное по серому полю.
Слева - позитивное изображение на выцветшей 8-мм фильмокопии, справа - изображение, оцифрованное с негатива и откорректированное по серому полю.

Для печати с ЦИФРОВЫХ носителей на киноплёнку фирма "Кодак" использует другую "эталонную девочку", но тоже с серой шкалой. На сером поле можно увидеть три числа "445".

Контрольное изображения для печати с цифровых носителей. Слева - негатив на киноплёнке Интермедиат, справа - цифровой позитив.
Контрольное изображения для печати с цифровых носителей. Слева - негатив на киноплёнке Интермедиат, справа - цифровой позитив.

В позитиве с глубиной цвета 10 бит (где количество градаций 2 в 10 степени = 1024) серое поле должно находиться примерно на середине этого участка и иметь яркость "445" (три одинаковых значения по R, G, B). В 8-битном изображении средне-серое поле может иметь значения яркости от 105 до 118. При изменении контраста (в изображении) белые поля могут выбеливаться, самые тёмные поля могут сливаться с чернотой, и только средне-серое всегда остаётся одной и той же яркости (светлоты). Контроль точности цветокоррекции осуществляется только по средне-серому полю. При этом контролируется не только отсутствие цветности на сером поле, но ещё и фиксируется степень светлоты этого серого поля.

На фотографиях, присланных с "Персеверанса" калибровочная шкала имеет явный избыточный оттенок. Мы увеличили снимок в Фотошопе и внимательно рассмотрели шкалу. Большой серый ободок на первичной радиометрической калибровочной мишени (круглая шкала) имеет преобладающий жёлто-зелёный цвет, что говорит о неправильной цветокоррекции.

Фотография, сделанная "Персеверансом" в начале мая 2021 г. Калибровочные шкалы на марсоходе обведены красным цветом.
Фотография, сделанная "Персеверансом" в начале мая 2021 г. Калибровочные шкалы на марсоходе обведены красным цветом.

На этой фотографии в Фотошопе замерил "пипеткой" значения RGB серого поля на первичной (круглой) и на вторичной (прямоугольной) шкале и постарался привести эти значения к тем, что получились при промере "инспекционных" эталонных шкал. Использовал не "Автоматическую цветовую коррекцию", а ручное изменение "Цветового баланса" по RGB. После этих коррекций "марсианский" пейзаж стал очень похожим на земной.

Фотография после цветокороекции по калибровочной мишени.
Фотография после цветокороекции по калибровочной мишени.

В кадре мы видим сильное виньетирование (затемнение углов) из-за широкого угла охвата объектива. В левом верхнем углу даже виден край оправы объектива или светозащитной бленды. Это виньетирование сильно притемняет небо.

Когда показывают марсоход в мультипликационных роликах, то часто половину кадра занимает небо.

Марсоход в мультипликационном демонстрационном ролике.
Марсоход в мультипликационном демонстрационном ролике.

А когда демонстрируют как бы реальные снимки с Марса, то стараются показывать небо как можно меньше, в виде узкой полоски на горизонте.

Практически на всех цветных снимках мы видим избыточный желто-зелёный тон. Даже камни в тенях - зелёные. После цветокоррекции неестественный зелёный цвет исчезает, и мы видим привычное для нас "земное" голубое небо у горизонта.

Слева - снимок "марсианской поверхности, сделанный "Персеверансом" 9 мая, справа - тот же кадр после цветокоррекции.
Слева - снимок "марсианской поверхности, сделанный "Персеверансом" 9 мая, справа - тот же кадр после цветокоррекции.

Если посмотреть на марсоход в земных условиях, то можно заметить, что белые поверхности марсохода мало отличаются от белых халатов работников НАСА.

Белые халаты и белые поверхности марсохода очень похожи.
Белые халаты и белые поверхности марсохода очень похожи.

А серые поверхности практически идеально серые, без какого-либо оттенка.

Модель марсохода "Персеверанс".
Модель марсохода "Персеверанс".
Рука-манипулятор с ультрафиолетовым спектрометром. Детали нейтрально серого цвета.
Рука-манипулятор с ультрафиолетовым спектрометром. Детали нейтрально серого цвета.

А на "марсианских" снимках корпус ультрафиолетового спектрометра на руке-манипуляторе выглядит не серым, а тёмно-зелёным. Там же, внизу, размещён и спектрометр рентгеновских лучей. Его корпус должен быть так же нейтрально-серым. Но вместо этого мы видим умышленное искажение цвета с уходом в желто-зелёную тональность.

Рука-манипулятор со спектрометрами, снято "Персеверансом".
Рука-манипулятор со спектрометрами, снято "Персеверансом".

После цветокррекции по серым деталям мы обнаруживаем на "марсианском" снимке совершенно земной пейзаж.

Тот же кадр после после коррекции по серым деталям.
Тот же кадр после после коррекции по серым деталям.

Итак, что же мы наблюдаем? Большинство цветных снимков, сделанных марсоходом, умышленно уводят в жёлто-зелёную тональность.

Последовательный ряд фотоснимков от "Персеверанса".На многих кадрах - избыток жёлто-зелёного цвета.
Последовательный ряд фотоснимков от "Персеверанса".На многих кадрах - избыток жёлто-зелёного цвета.

И это несмотря на то, в кадре находится цветовая мишень с серыми полями, по которой можно точно настроить цветопередачу. По-видимому, это искусственное цветоискажение делается для того, чтобы закамуфлировать очевидный факт, что марсианские пейзажи снимаются на Земле.

Конечно, мне сейчас напишут в комментариях, что небо Марса из-за постоянных песчаных бурь должно быть само по себе оранжевым или жёлтым. А я в ответ размещу фотографию - как сильно засыпало марсоход песком за 5 недель пребывания на Красной Планете.

54. Как работает "марсианская" фотокамера? Где на марсоходе "цветовая мишень" для калибровки цвета?

Что-то не видно ни пылинки! Где же эффект песчаных бурь? А ведь кроме того, если судить по кадрам "прямого эфира" посадки, весь марсоход должен быть просто засыпан песком! И это не дым из сопел двигателей "небесного крана", а именно песок засыпает марсоход, ведь как нам объяснили адвокаты НАСА - струи горящих газов совершенно не видимы.

Марсоход при посадке утопает в клубах песка.
Марсоход при посадке утопает в клубах песка.

Поскольку тема песка и песчаных бурь на Марсе весьма интересна, то, наверное, придётся написать статью и на эту тему, отыскав в интернете самое интересное по данному вопросу.

Также предвижу вопросы по фотографиям с Марса в условных цветах. Конечно, такие фотографии существуют. Я уже пишу об этом статью.

*

С вами был кинооператор Л.Коновалов. До новых встреч!

Вы знаете, раньше, когда я не вникал в вопрос, как сделаны марсианские снимки, я полагал, что уж с Марсом у американцев всё в порядке, не так как с Луной. Но чем больше смотрю материалы "по Марсу", тем больше возмущаюсь бесцеремонным обманом.

Съёмка при свете узкополосной натриевой лампы низкого давления.
Съёмка при свете узкополосной натриевой лампы низкого давления.

*