Наверное, каждый, кто сейчас прочитает эти строки, хотя бы раз в жизни видел заголовки, которые начинаются словами «NASA показало…» Обычно в статье идет речь о красивой фотографии или панораме поверхности какой-либо планеты, опубликованных на сайте одного из мировых космических агентств. Сегодня мы расскажем вам о том, где в интернете можно самостоятельно найти оригинальные «сырые» снимки космических аппаратов и как они становятся цветными. Попробуем разобраться с несколькими мифами о них и научимся делать красивые фотографии других планет в домашних условиях.
Стоит начать с того, что камеры космических аппаратов не делают фотографии так, как это делаете вы и ваш смартфон (или ваша классная большая зеркалка). Некоторые из них проектировались и создавались во времена, когда смартфонов не было в принципе. А отдельным из них цифровая фотография напрямую обязана своим появлением в быту. Они должны быть крайне чувствительными частично за пределами видимой вашим глазом области спектра, работать в условиях недостаточной освещенности и экстремальных температур и фотографировать объект, пролетая мимо него с относительной скоростью в десятки тысяч километров в час. Непростая задача, да?
Оператор, управляющий такой камерой, не смотрит в видоискатель, нажимая кнопку «Пуск» в нужный момент. И режима «Авто» у камеры тоже нет. К каждому сеансу получения новых данных (и фотографий в том числе) команда наземной поддержки аппарата готовится заранее. Положение корабля в пространстве, количество солнечного света, скорость относительно объекта съемки, расстояние до него и многое другое должны быть заранее просчитаны. А программа съемки отправляется нашему космическому разведчику в виде набора команд. Крайне сложная задача, когда удалить и переснять кадр может быть непозволительной роскошью, которую придется ждать десятки лет (например, очередного пролета рядом с Плутоном).
Если речь заходит о достоверности снимков в массовой печати, очень часто можно услышать мнение: «Это всё „фотошоп“!» И это абсолютная правда! Графические редакторы действительно очень активно используются для работы с изображениями, полученными c космических аппаратов, как любителями, так и профессионалами. Для того их и создавали! Но, конечно, не так, как вы, скорее всего, себе это представили. Фотографии не подкрашиваются вручную инструментом «Кисточка», и совершенно точно никто не рисует дополнительные кольца, например, на снимках Сатурна, сделанных межпланетной станцией «Кассини».
«Фотошоп» (или другой редактор изображений, например GIMP. А вот Paint не подойдет) — это хороший инструмент для склейки в один кадр снимков, сделанных через различные фильтры камеры, а также для работы с уровнями яркости или для удаления шумов, которые могут появиться в результате воздействия космических лучей на сенсор камеры. Снимки космических аппаратов, которые вы видите в печати, действительно готовятся к публикации очень тщательно, но никаких криминальных манипуляций с ними никто не производит.
В принципе, те же действия вы применяете и к своим семейными фото перед публикацией их в социальных сетях. Вы изменяете контрастность или делаете цвета менее насыщенными, чтобы сделать снимок более достоверным и исключить, например, слишком сильное влияние какого-то источника света рядом. Меньше информации о происходящем после этих действий фото не передают, а чаще становятся более реалистичными и соответствующими тому, что вы видите собственными глазами. Примерно то же самое происходит и с космическими снимками, но у их авторов всегда есть точки опоры в виде информации о длине волны, с которой работает каждый фильтр камеры или калибровочные панели на корпусе марсоходов. И уж точно с космическими фото производится намного меньше манипуляций, чем в процессе ретуши фотографии модели для публикации на обложке глянцевого журнала.
Зачем вообще что-то делать с этими фото перед сдачей в печать? Как раз для достоверности: вам вряд ли понравится «сырое» монохромное фото, полученное только что с сенсора камеры космического аппарата, находящегося в миллионах километров от вас. Хотя как раз в таком виде они публикуются на сайтах космических миссий сразу после получения. Но вы, скорее всего, хотите увидеть максимально возможный «реальный» цвет колец Сатурна или гигантских штормов на поверхности Юпитера, а команда наземной поддержки аппарата очень хочет вам его показать. И никто, кроме людей, которые до последнего винтика знают свою космическую камеру, ее реальные возможности и условия съемки, не сможет сделать этого лучше.
В подписях к опубликованным фотографиям космических тел вы иногда можете увидеть словосочетания true color или false color. С true color все понятно: это снимки, которые максимально возможно передают реальный цвет фотографируемого объекта. Их готовили к публикации люди, которые знают об условиях съемки конкретного фото больше любителей. Изображения были получены в процессе работы с откалиброванными снимками с правильно откорректированной контрастностью каждого цветового канала, в них были учтены условия освещенности тех участков пространства, которые не попали в кадр, и многое другое.
А вот формулировка false color совсем необязательно означает, что цвета на фотографии «фальшивые». Чаще всего она применяется к изображениям, которые создаются энтузиастами из неоткалиброванных снимков, опубликованных на сайтах миссий сразу после получения с аппарата. Суть такой подписи сводится к тому, что вы, как автор фото, не эксперт в этом деле и использовали сырые автоматически сжатые в .jpeg снимки с потерей качества. Некоторые из них после такого сжатия будут слишком контрастными или яркими, добавляя в фото большое количество одного из RGB-цветов. Еще вы можете встретить формулировку enhanced color. Такие фото с усиленными цветами при правильной подготовке могут использоваться в научной деятельности. Например, для выделения цветом различных областей поверхности и изучения геологии объекта съемки.
В вопросе о цвете на снимках правило очень простое: всегда смотрите на подписи и источник фотографий. True color авторства самогó космического агентства или института оператора камеры всегда будут максимально достоверными. False color авторства любого энтузиаста (например наши) будут красивыми, но достоверность передачи цвета и деталей остается под вопросом. Если вам просто нравятся красивые фотографии планет и вы не собираетесь заниматься исследовательской деятельностью, не стоит сильно переживать на этот счет. Цветопередача — дело индивидуальное и зависит от многих факторов: вашего личного восприятия, монитора и т. д. Даже ваша зеркалка по-разному и с разным оттенком снимает один и тот же объект в зависимости от выставленных настроек баланса белого. Вы можете откорректировать ваше фото, сделав его более похожим на такой же снимок специалиста, но не вводите в заблуждение тех, кому вы его покажете, и не стесняйтесь подчеркивать, что он был создан непрофессионалом. Это правильно и, в конце концов, честно по отношению к тем, кто этот снимок впоследствии увидит.
Аппарат «Кассини-Гюйгенс» был запущен с мыса Канаверал 15 октября 1997-го и в этом году мог бы отпраздновать 20-летие миссии, но незадолго до юбилейного дня рождения закончит свой полет, сгорев в атмосфере газового гиганта. Глаза зонда — Imaging Science Subsystem — это две камеры: широкоугольная (захватывает большие области съемки) и камера с узким углом обзора для съемки отдельных областей в деталях. Оба «глаза» монохромные и снимают через набор фильтров в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах на CCD-сенсоры размером 1024 на 1024 пикселя. У визуальной системы аппарата очень скромные для 2017 года характеристики, но не забывайте, что в полет она отправилась в 1997-м, а создаваться весь проект начал еще в 1980-х. Для того времени это были настоящие космические технологии.
Снимки «Кассини», после того как будут отправлены на Землю, почти сразу появляются в галерее на сайте миссии и доступны всем желающим. Иногда их называют «сырыми», что в целом правда, но, так как перед публикацией они автоматически конвертируются в формат .jpeg, часть данных в процессе сжатия теряется, а некоторые пиксели на снимке становятся более контрастными, чем они есть, — светлые пиксели становятся просто белыми, а темные — черными, что влияет и на цвет окончательной фотографии. Учеными такие снимки, конечно, не используются. Для исследовательской деятельности очень важна аккуратность и работа с данными без потерь, а фотографии космических аппаратов это в первую очередь данные о количестве света, который остается на каждом пикселе сенсора в процессе съемки.
При большом желании вы можете дождаться появления правильно откалиброванных снимков в базе данных Planetary Data System или Planetary Rings института SETI (немного более дружелюбный для нового пользователя интерфейс) либо самостоятельно сконвертировать «сырой» формат PDS во что-то более понятное вашему графическому редактору. В любом случае ваша работа все равно будет false color, а для наших художественных и образовательных целей сегодня JPEG вполне достаточно.
Цветное изображение из набора черно-белых снимков получается таким же образом, каким цвет формируется на экране вашего устройства или в картридже вашего цветного принтера — смешением базового набора цветов. Как уже говорилось выше, ISS фотографирует через набор фильтров. Все, что вам нужно, — найти последовательность кадров, сделанных через RED (красный), GRN (зеленый) и BL1\BL2 (синий) фильтры, и сложить их в соответствующем порядке в Photoshop или GIMP через вкладку «Каналы». Смешение каналов в правильной последовательности даст вам ваше первое цветное изображение.
Мы предварительно сохранили для вас набор кадров, которые были использованы выше, и изменили название файлов, добавив описание фильтра. Скачайте его и попробуйте собрать в цветное изображение. Или попытайтесь найти их самостоятельно в галерее «сырых» фото «Кассини» по дате съемки (25 февраля 2011 года). Поздравляем, теперь вы официально космический художник!
Иногда перед склейкой в цвет вам будет необходимо выровнять кадры относительно друг друга. «Кассини» — не зеркальная камера на прочном штативе, а научная платформа, которая перемещается в пространстве со скоростью десятки тысяч км/ч относительно объекта съемки. Так как аппарат постоянно находится в движении, разные цветовые слои, снятые с небольшим интервалом, могут не подходить друг другу при склейке. Исправить это довольно просто, предварительно выровняв кадры относительно друг друга в графическом редакторе.
Еще один классный и доступный любителям фокус, связанный с фотографиями «Кассини», — это анимации из серии кадров аппарата. Кроме съемок крупных спутников и самого Сатурна, «Кассини» часто направляет свои камеры на его кольца и многочисленные небольшие луны газового гиганта. Благодаря этим снимкам за 20 лет полета станции мы узнали о нескольких новых спутниках планеты, нашли так называемые «спицы» в кольцах, природа которых до сих пор остается загадкой, и сделали другие замечательные открытия.
Складывайте кадры из галереи в анимацию — возможно, вы именно тот, кто заметит на фото что-то новое, что поможет больше узнать об этой прекрасной планете! Сделать это можно в том же «фотошопе», включив панель Timeline, расставив покадрово снимки и задав небольшие интервалы между ними. Сохраняйте в .gif. Поздравляем, теперь вы сняли свое первое космическое немое кино! А при наличии достаточных режиссерских способностей вы даже сможете смонтировать небольшой, но очень классный космический клип.
Opportunity — второй из марсоходов NASA, отправленных на Красную планету в рамках программы Mars Exploration Rover в 2003 году. В отличие от своего брата-близнеца Spirit, который 30 марта 2010 года перестал подавать признаки жизни, Opportunity до сих пор в строю, превысив свой запланированный срок службы более чем в 50 раз. Самый трудолюбивый марсоход! Прямо сейчас он любуется склонами кратера Индевор и готовится к спуску туда через долину Настойчивости.
Среди букета точных инструментов с умными названиями, которые установлены на ровере, нас снова интересуют камеры. У Opportunity их шесть:
— панорамная камера для получения информации о ландшафте и его цвете;
— навигационная камера с большим углом обзора для навигации и планирования движения ровера;
— две Hazcams с углом обзора 120 градусов для более точного обнаружения угроз и оценки состояния ровера;
— микрокамера для получения увеличенных изображений отдельных объектов в почве планеты и их изучения. Другими словами — микроскоп.
Все визуальные инструменты аппарата монохромные, но Pancam, как и камера «Кассини», делает снимки через набор световых фильтров, что позволяет получить цветное изображение. Этим мы и займемся.
После передачи на Землю снимки, как и в случае с Cassini, автоматически сохраняются в .jpeg и публикуются в галерее на сайте марсохода. К сожалению, команда Opportunity не сделала удобный для новичка сайт, который может рассказать вам о том, какой фильтр использовал ровер, делая тот или иной снимок. Но подсказка всегда есть в имени файла. Вообще, имя файла каждого снимка Opportunity несет очень много информации: от времени съемки до фильтра и камеры, которые использовал аппарат в процессе.
Принцип получения цветного фото из кадров Pancam марсохода такой же, как и из кадров «Кассини»: вам нужно последовательно и через соответствующие каналы наложить друг на друга файлы, в названии которых есть информация о фильтрах, — 2 (красный), 5 (зеленый) и 7 (синий). Но не забывайте, что вы снова используете «сырые» фото, только что полученные из памяти ровера. Они были оперативно сжаты в формат .jpeg с искаженной информацией о цвете. Более того, у Opportunity цветопередача усилена намеренно для лучшего контраста поверхности на снимках. По этой причине цвет неба Марса на многих фотографиях, подготовленных любителями, может быть не красного оттенка, а, например, белого или даже слегка голубого. В свое время непонимание этого породило несколько противоположных конспирологических теорий, среди любителей заговоров. И много свежих шуток о любителях заговоров среди астрономического сообщества. Согласитесь, если бы иллюминаты-заговорщики из NASA хотели от вас что-то скрыть, скорее всего, они бы подготовились получше и складывали в архив миссии кадры, которые уже прошли процесс калибровки. Правильно откалиброванные фото Opprotunity со временем также появляются в Planetary Data System. Но так как сегодня мы говорим не о них, просто помните о нюансах потери информации о цвете после использования файла для публикации в интернете.
Цветные фото Марса — это здорово, но лично автору статьи в фотографиях марсоходов нравится другая классная фишка — панорамы. Человеческий мозг очень зависим от перспективы, и оценить красоту и глубину ландшафта по фото отдельной его части бывает довольно сложно. Панорамы — совсем другое дело. Во время каждой остановки Opportunity делает серию снимков, которые позже можно сложить в общую мозаику. Делается это для ознакомления с окрестностями и для планирования дальнейшего пути. Каких-то определенных правил и подсказок в создании таких марсианских мозаик нет. Opportunity делает их довольно часто, и почти каждая серия снимков навигационных камер в рамках одного сола может в такую панораму сложиться.
Склеить снимки руками новичку будет непросто: скорее всего, в итоге ваша панорама будет похожа на очень пьяный взгляд Opportunity на Марс после нескольких крепких шотов в местном баре. Здесь на помощь вам опять может прийти Photoshop и его классный инструмент — Photomerge. Или другое ПО для склейки кадров в мозаику, например бесплатная программа Huggin.
Иногда бывает недостаточно знать, какие преобразования проходит фото по пути к вашим гаджетам и глазам, чтобы понять, как из «сырого» снимка космического аппарата получить что-то более понятное человеческому глазу. Например, как в случае с автоматической межпланетной станцией «Юнона», принцип съемки изображения которой зависит от того, каким образом космический аппарат перемещается в пространстве. «Юнона» была запущена 5 августа 2011 года и сейчас совершает крайне опасные и близкие пролеты у Юпитера, ныряя в его в сверхмощные радиационные пояса. Изначально, учитывая специфику пролетов, NASA вообще не планировало установку визуальных инструментов на эту миссию. Но дух XXI века победил, и теперь у нас есть возможность любоваться завораживающими вихрями штормов Юпитера с рекордно близкого расстояния. Если конечно вы умеете понимать «сырые» фото, которые аппарат передает на Землю. А это та еще задачка.
Для стабилизации аппарата в полете и равномерной работы инструментов, закрепленных на гексагональном корпусе, «Юнона» постоянно вращается вокруг одной из своих осей. Поэтому Junocam, намертво зафиксированная в конструкции аппарата, очень зависима от его положения в пространстве. При каждом витке вращения она делает несколько кадров, каждый раз снимая три области объекта сразу через три световых фильтра — красный, синий и зеленый. В следующем кадре область, которую захватывает Junocam, слегка смещается. При последующем обороте Junocam начинает процесс снова, захватывая области, пропущенные в прошлом. Таким образом, через 82 кадра, используя вращение, камера зонда целиком «сканирует» объект, последовательно записывая черно-белыми полосами в один снимок информацию о яркости каждого цвета. Для того чтобы из этого набора черно-белых полос получить цветное изображение, нужно немного поколдовать:
— разделить сырое фото на отдельные кадры из трех областей (это один снимок камеры);
— добавить между областями по 27 пикселей (аппарат не сохраняет пустые области для уменьшения размера передаваемых данных. Оптоволоконный интернет к Сатурну «Белтелеком» все же пока не провел);
— в соответствии с используемым для каждой области фильтром добавить каждую из них в нужный цветовой канал в графическом редакторе.
Теперь снимки можно последовательно накладывать друг на друга. В результате смешения информации из различных цветовых каналов вы получите цветное изображение, с которым можно работать дальше. И не забывайте, что аппарат вращается со скоростью всего два оборота в минуту, двигаясь при этом относительно Юпитера. А Юпитер вращается вокруг своей оси. При склейке кадров это приводит к тому, что каждый снимок нужно немного сместить в сторону относительно предыдущего. Скриншоты выше — это часть лекции по процессингу фотографий Юноны. Целиком вы можете найти ее здесь — надеюсь, она будет вам полезна.
Так как в результате чудовищного воздействия радиации Юпитера Junocam, вероятнее всего, скоро погибнет, для NASA это инструмент скорее маркетинговый и образовательный, нежели научный. А миссия Juno, возможно, самая доброжелательная для любительской обработки фотографий космических аппаратов. Для фотографий любителей на сайте миссии выделен целый раздел, собственные работы можно загрузить туда самостоятельно.
Перед близкими пролетами около Юпитера NASA проводит опрос среди посетителей сайта о том, на какую область планеты направить камеру в этот раз. А еще агенство периодически публикует лучшие из любительских снимков в своих социальных сетях и на сайте. Конечно, всегда подчеркивая, что это результат работы энтузиаста и это фото не стоит воспринимать как данные для серьезной исследовательской деятельности. Попробуйте загрузить на сайте Junocam свое фото — возможно, вы станете известным на весь мир космическим художником!
Камеры Cassini, Opportunity и Juno — малая часть научных инструментов, которые люди уже успели отправить в космос. А фотографии — малая часть той информации, которую наши научные инструменты передают на Землю. Если вы хотите поэкспериментировать со снимками других миссий, попробуйте самостоятельно найти их, например, в базе данных Planetary Data System, где собраны снимки всех миссий NASA начиная с 70-х годов. Не бойтесь брать их за основу и творить самостоятельно. В этом нет ничего криминального: все фотографии миссий NASA находятся в свободном доступе. Но помните: все, что вы публикуете, например, в социальных сетях, лучше подписывать и указывать источник, чтобы не вводить в заблуждение тех, кто увидит ваши снимки.
А также не забывайте, что это не научная деятельность. Научную деятельность и серьезный анализ данных лучше оставить для тех, кто долго учился проводить их в соответствии с требованиями к такой деятельности. Самостоятельные эксперименты с фотографиями космических аппаратов — это просто прекрасный образовательный опыт. Возможно, самостоятельно найти на фотографиях различных миссий те открытия, о которых каждый из нас когда-то читал в печати, — лучший способ узнать о космосе что-то новое и впечатляющее.
Телескопы, через которые видны спутники Юпитера, в каталоге Onliner.by
Читайте также:
Перепечатка текста и фотографий Onliner.by запрещена без разрешения редакции. sk@onliner.by