Color falso

El concepto de color verdadero puede ayudar a comprender el color falso. Una imagen se denomina de color verdadero cuando ofrece una reproducción cromática natural o se aproxima a ella. Esto significa que los colores de un objeto en una imagen aparecen para un observador humano de la misma manera que si este mismo observador viera directamente el objeto: un árbol verde aparece verde en la imagen, una manzana roja roja, un cielo azul azul, y así sucesivamente. ^{[ 1 ]}

Dos imágenes satelitales Landsat que muestran la misma región: Tierra alrededor de la bahía de Chesapeake ^{[ 2 ]}

Esta imagen a color real muestra la zona con sus colores originales; por ejemplo, la vegetación aparece en verde. Abarca todo el espectro visible utilizando las bandas espectrales roja, verde y azul/verde del satélite, mapeadas al espacio de color RGB de la imagen.

La misma zona que una imagen de falso color utilizando las bandas espectrales del infrarrojo cercano , rojo y verde mapeadas a RGB: esta imagen muestra la vegetación en un tono rojo, ya que la vegetación refleja la mayor parte de la luz en el infrarrojo cercano.

La reproducción absoluta del color verdadero es imposible. ^{[ 3 ]} Existen tres fuentes principales de error de color ( fallo metamérico ):

• Diferentes sensibilidades espectrales del ojo humano y de un dispositivo de captura de imágenes (por ejemplo, una cámara ).
• Diferentes emisiones/reflexiones espectrales del objeto y del proceso de renderizado de la imagen (por ejemplo, una impresora o un monitor ).
• Diferencias en la irradiancia espectral en el caso de imágenes reflectantes (por ejemplo, impresiones fotográficas) u objetos reflectantes: consulte el índice de reproducción cromática (IRC) para obtener más detalles.

El resultado de un fallo metamérico sería, por ejemplo, una imagen de un árbol verde que muestra un tono de verde diferente al del árbol en sí, un tono de rojo distinto para una manzana roja, un tono de azul distinto para el cielo azul, y así sucesivamente. La gestión del color (por ejemplo, con perfiles ICC ) puede utilizarse para mitigar este problema dentro de las limitaciones físicas.

Las imágenes aproximadas en color real obtenidas por naves espaciales son un ejemplo donde las imágenes tienen cierto grado de fallo metamérico, ya que las bandas espectrales de la cámara de una nave espacial se eligen para recopilar información sobre las propiedades físicas del objeto bajo investigación, y no se eligen para capturar imágenes en color real. ^{[ 3 ]}

Esta panorámica aproximada en color real muestra el cráter de impacto Endurance en Marte . Fue tomada por la cámara panorámica del rover Opportunity y es una composición de un total de 258 imágenes tomadas en las bandas espectrales de 480, 530 y 750 nanómetros (azul/verde, verde e infrarrojo cercano).

A diferencia de una imagen en color real, una imagen en falso color sacrifica la reproducción cromática natural para facilitar la detección de características que de otro modo no serían fácilmente discernibles; por ejemplo, el uso del infrarrojo cercano para la detección de vegetación en imágenes satelitales. ^{[ 1 ]} Si bien una imagen en falso color puede crearse utilizando únicamente el espectro visible (por ejemplo, para acentuar las diferencias de color), normalmente parte o la totalidad de los datos utilizados provienen de radiación electromagnética (EM) fuera del espectro visible (por ejemplo, infrarrojo , ultravioleta o rayos X ). La elección de las bandas espectrales está determinada por las propiedades físicas del objeto bajo investigación.

Como el ojo humano utiliza tres bandas espectrales (véase tricromía para más detalles), estas se combinan comúnmente en una imagen de falso color. Se necesitan al menos dos bandas espectrales para la codificación de falso color, ^{[ 4 ]} y es posible combinar más bandas en las tres bandas visuales RGB, siendo la capacidad del ojo para discernir tres canales el factor limitante. ^{[ 5 ]} En cambio, una imagen en color creada a partir de una sola banda espectral, o una imagen creada a partir de datos que no son de EM (por ejemplo, elevación, temperatura, tipo de tejido), es una imagen de pseudocolor (véase más adelante).

Para obtener color verdadero, los canales RGB (rojo "R", verde "G" y azul "B") de la cámara se asignan a los canales RGB correspondientes de la imagen, lo que da como resultado una asignación "RGB→RGB". Para obtener color falso, esta relación se modifica. La codificación de color falso más sencilla consiste en tomar una imagen RGB en el espectro visible, pero asignarla de forma diferente, por ejemplo, "GBR→RGB". Para las imágenes satelitales tradicionales de color falso de la Tierra , se utiliza una asignación "NRG→RGB", donde "N" es la banda espectral del infrarrojo cercano (y la banda espectral azul no se utiliza); esto produce las típicas imágenes de color falso de "vegetación en rojo". ^{[ 1 ] [ 6 ]}

El falso color se utiliza (entre otros) para imágenes satelitales y espaciales: ejemplos son los satélites de teledetección (p. ej. Landsat , véase el ejemplo anterior), los telescopios espaciales (p. ej. el Telescopio Espacial Hubble ) o las sondas espaciales (p. ej. Cassini-Huygens ). Algunas naves espaciales, siendo los rovers (p. ej. el Laboratorio Científico de Marte Curiosity ) los ejemplos más destacados, también tienen la capacidad de capturar imágenes de color aproximadamente reales. ^{[ 3 ]} Los satélites meteorológicos producen, a diferencia de las naves espaciales mencionadas anteriormente, imágenes en escala de grises del espectro visible o infrarrojo.

Ejemplos de aplicación de colores falsos:

Estas tres imágenes en falso color demuestran la aplicación de la teledetección en la agricultura de precisión : la imagen de la izquierda muestra la densidad de la vegetación y la del medio la presencia de agua (verde/azul para suelo húmedo y rojo para suelo seco). La imagen de la derecha muestra dónde los cultivos están bajo estrés , como es el caso, en particular, de los campos 120 y 119 (indicados por píxeles rojos y amarillos). Estos campos debían ser irrigados al día siguiente.

Esta imagen compuesta en falso color de la galaxia espiral Messier 66 combina cuatro bandas espectrales infrarrojas, desde 3,6 hasta 8,0 micrómetros . La contribución de la luz estelar (medida a 3,6 micrómetros) se ha restado de las bandas de 5,8 y 8 micrómetros para mejorar la visibilidad de las emisiones de hidrocarburos aromáticos policíclicos .

Esta icónica imagen de la Nebulosa del Águila es una reproducción en falso color, como se deduce de las estrellas rosadas. El Telescopio Espacial Hubble tomó tres imágenes : la primera captó luz en la frecuencia de los iones de azufre (asignados arbitrariamente al color rojo), la segunda, la de los iones de hidrógeno (verde) y la tercera, la de los iones de oxígeno (azul). Se desconoce el color real de la nebulosa, pero si se observara a una distancia que permitiera ver los "pilares" de un año luz de longitud, probablemente se vería como un gris parduzco casi uniforme para el ojo humano.

El falso color tiene diversas aplicaciones científicas. Las naves espaciales suelen emplear métodos de falso color para comprender mejor la composición de estructuras en el universo, como nebulosas y galaxias. ^{[ 7 ]} A la frecuencia de la luz emitida por diferentes iones en el espacio se le asignan colores contrastantes, lo que permite separar y visualizar mejor la composición química de estructuras complejas. La imagen de la Nebulosa del Águila que se muestra arriba es un ejemplo típico; a los iones de hidrógeno y oxígeno se les ha asignado el color verde y azul, respectivamente. La gran cantidad de verde y azul en la imagen indica que hay una gran cantidad de hidrógeno y oxígeno en la nebulosa.

El 26 de octubre de 2004, la nave espacial Cassini-Huygens de la NASA/ESA capturó una imagen en falso color de Titán, la luna más grande de Saturno. ^{[ 8 ]} La imagen se capturó en longitudes de onda ultravioleta e infrarroja, ambas invisibles para el ojo humano. ^{[ 9 ]} Para proporcionar una representación visual, se utilizaron técnicas de falso color. Los datos infrarrojos se asignaron a los colores rojo y verde, y los ultravioletas al azul. ^{[ 10 ]}

Una imagen en pseudocolor (a veces llamada pseudocolor o pseudo color ) se obtiene a partir de una imagen en escala de grises asignando cada valor de intensidad a un color según una tabla o función. ^{[ 11 ]} El pseudocolor se utiliza normalmente cuando se dispone de un único canal de datos (por ejemplo, temperatura, elevación, composición del suelo, tipo de tejido, etc.), a diferencia del falso color, que se utiliza comúnmente para mostrar tres canales de datos. ^{[ 4 ]}

La pseudocoloración puede hacer que algunos detalles sean más visibles, ya que la diferencia percibida en el espacio de color es mayor que la que existe entre los sucesivos niveles de gris. Por otro lado, la función de mapeo de color debe elegirse para asegurar que la luminosidad del color siga siendo monótona, ya que un cambio desigual dificultaría la interpretación de los niveles, tanto para personas con visión normal como para daltónicas. Un ejemplo de esto es la paleta "arcoíris", de uso común, con un cambio de luminosidad de ida y vuelta. (Véase también Mapa coroplético §  Progresión de color ). ^{[ 12 ]}

Un ejemplo típico del uso del pseudocolor es la termografía (imagen térmica), donde las cámaras infrarrojas presentan una sola banda espectral y muestran sus imágenes en escala de grises en pseudocolor.

Ejemplos de codificación de temperatura con pseudocolor:

Termograma de una casa pasiva en primer plano y un edificio tradicional al fondo. A la derecha se muestra una leyenda que relaciona el color con la temperatura.

Imagen térmica de una locomotora de vapor mediante codificación de pseudocolor: el amarillo/blanco indica calor y el rojo/violeta indica frío.

Esta imagen en pseudocolor muestra los resultados de una simulación por computadora de las temperaturas durante la reentrada del transbordador espacial . Las áreas que alcanzan los 3000 °F (1650 °C) se pueden ver en amarillo.

Otro ejemplo conocido de pseudocolor es la codificación de la elevación mediante tintes hipsométricos en los mapas de relieve físico , donde los valores negativos (por debajo del nivel del mar ) suelen representarse con tonos de azul y los valores positivos con verdes y marrones.

Ejemplos de codificación de elevación con pseudocolor:

Un mapa de elevación del Océano Pacífico , que muestra el fondo marino en tonos azules y la tierra en verdes y marrones.

Este mapa de relieve con código de colores muestra el resultado de las inundaciones en Marte . En la parte inferior hay una leyenda que relaciona los colores con la elevación.

La Luna con tonalidades hipsométricas de rojo para los puntos más altos y púrpura para los más bajos.

Dependiendo de la tabla o función utilizada y de la elección de las fuentes de datos, el pseudocoloreado puede aumentar el contenido informativo de la imagen original, por ejemplo, añadiendo información geográfica, combinando información obtenida de luz infrarroja o ultravioleta, u otras fuentes como exploraciones por resonancia magnética . ^{[ 13 ]}

Ejemplos de superposición de información adicional con pseudocolor:

Esta imagen muestra variaciones compositivas de la Luna superpuestas como si fueran colores ficticios.

Una resonancia magnética en escala de grises de una rodilla: los diferentes niveles de gris indican diferentes tipos de tejido, lo que requiere un ojo experto.

Una resonancia magnética de rodilla en pseudocolor creada a partir de tres escaneos en escala de grises diferentes: los tipos de tejido son más fáciles de discernir mediante el pseudocolor.

Otra aplicación del pseudocoloreado es almacenar los resultados de la elaboración de imágenes; es decir, cambiar los colores para facilitar la comprensión de una imagen. ^{[ 14 ]}

El segmentado de densidad , una variación del pseudocolor, divide una imagen en varias bandas de color y se utiliza (entre otros) en el análisis de imágenes de teledetección . ^{[ 15 ]} Para el segmentado de densidad, el rango de niveles de escala de grises se divide en intervalos, y cada intervalo se asigna a uno de unos pocos colores discretos; esto contrasta con el pseudocolor, que utiliza una escala de color continua. ^{[ 16 ]} Por ejemplo, en una imagen térmica en escala de grises, los valores de temperatura en la imagen se pueden dividir en bandas de 2  °C, y cada banda se representa con un color; como resultado, el usuario puede adquirir más fácilmente la temperatura de un punto en el termógrafo, porque las diferencias discernibles entre los colores discretos son mayores que las de las imágenes con escala de grises continua o pseudocolor continuo.

Un mapa coroplético es una imagen o mapa en el que las áreas se colorean o presentan patrones proporcionales a la categoría o el valor de una o más variables representadas. Las variables se asignan a unos pocos colores; cada área aporta un dato y recibe un color de entre los colores seleccionados. Básicamente, se trata de un seccionamiento de densidad aplicado a una superposición de pseudocolor. Por lo tanto, un mapa coroplético de un área geográfica es una forma extrema de falso color.