Как раскрашивают черно-белые картинки Космоса⁠⁠

В посте про неполадки телескопа Хаббла прочитал про фотошоп космических снимков, и что вообще всё это обман. И вспомнил, что у меня есть быстрый пример. :-)

Ничего нового любители астрофотографии, просто фотографии, да и люди, которые с физикой на ты, не откроют. Просто покажу что снял, и как сильно это обработал.

Ниже моя фотография Туманности Киля (NGC 3372), сделанная на монохромную (черно-белую) камеру:

Туманность Эты Киля — эмиссионная туманность (область ионизированного водорода) в созвездии Киль. Приблизительные угловые размеры — 2,0°×2,0°, то есть примерно в 4 раза больше, чем угловой диаметр Солнца и полной Луны. Туманность Киля была открыта Николя Луи де Лакайлем, французским астрономом, в 1751-52 годах с мыса Доброй Надежды. Находится на расстоянии от 6500 до 10 000 световых лет от Земли.

Для начала быстрый ответ на вопрос - зачем снимать на черно-белую камеру? Тут всё просто.Потому что у монохромной камеры гораздо выше чувствительность и проницаемость, и меньше "шумность", мы можем получить гораздо больше сигнала, чем снимая на цветную камеру и ещё по ряду причин профессиональные астрономы (и продвинутые любители) используют именно их.

Чтобы снимать цветные фотографии черно-белой камерой, используются фильтры, которые по очереди блокируют все спектры, кроме, например одного. Для упрощения, возмём популярную палитру RGB. Каждый из фильтров будет пропускать только свой спектр, и блокировать остальные.

Например, для начала мы просто снимем этот объект с фильтром UV/IR cut, который отсеет весь невидимый спектр (ИК и УФ) и равномерно пропустит видимый:

И у нас получится насыщенная, но черно-белая фотография:

Здесь нет никакой информации о цвете, но мы знаем что все видимые цвета здесь пропущены равномерно, и мы назовём этот канал яркостным (L), то есть мы тупо набрали побольше сигнала, на который в последствии наложим цвет.

После этого, мы снимаем на эту же монохромную камеру в диапазоне, например G. То есть пропускаем только зеленый цвет. Фотография будет по прежнему черно-белой, но мы её сохраним под названием, например, "зеленый цвет" и запомним, что фильтр пропустил только зеленый спектр, вот так:

И вот что у меня получилось:

Мда, зеленного тут не много. Зато много будет красного, ведь туманность водородная!

Красным в космосе светится водород - самый популярный элемент во Вселенной, но не сам по себе светится, а после ионизации его атомов ультрафиолетом от очень горячих звёзд. В общем не вдаваясь в подробности, если на фотографии космического объекта вы наблюдаете красный цвет, как, например, на моей первой фотографии, значит это ионизированный водород.

В общем-то на фотографии ниже как раз очень хорошо и проявились области водорода. Это был красный фильтр:

И отснимем последний, голубой спектр:

Фото с зеленым и голубым фильтром кажутся похожими, просто потому что в именно в этой туманности очень мало и того и другого (преобладает водород), но на самом деле они проявили разные области, потому что пропустили разный спектр. Если смотреть не на яркие области, где всегда много сигнала, а на перефирию, это хорошо видно.

Теперь мы собрали все три канала, и всё что нам осталось - свести их в одно изображение. Процесс похож на тот, который использовали раньше в фотопечати, и даже можно повторить таким же образом. Но гораздо легче сделать это в любом графическом редакторе, наложив фотографии друг на друга и задав каждой из них соответствующий канал:

На этом всё! Астрофотограф не пририсовал ни одной звёздочки, и не взорвал ради кадра ни одну сверхновую (это они сами). Вот, что у нас вышло. И я бы сказал, что фотография до сих пор ни капли не обработана:

Далее обычно начинается процесс постобработки, когда уменьшается шум фотографии, крутятся ползунки яркости, насыщаются определенные цвета, или просто исправляется баланс, если нужно. Да и мне бы не помешало это сделать (видно, что баланс нарушен по тому, что звезды ушли в зеленый оттенок, если взглянуть на первую фотографию), но я сразу этого не сделал, а потом уже забил.

Дальнейшая постобработка это уже довольно художественная работа, поэтому работы разных авторов могут выглядеть по разному. Но именно по цветовым оттенкам, а не по запечатленным объектам.

Для примера, вот моя фотография галактики Андромеды:

И вот куча Андромед, снятые другими авторами и с другим оборудованием, с разной выдержкой: https://deepskyhosting.com/search/M31/ - видны отличия в постобработке.

Хаббл, как и многие продвинутые астрофотографы снимают схожей методикой сменных фильтров, но так скажем другим набором фильтров, который позволяет, например, запечатлеть расширенные спектры цветов. Такие фильтры называются "узкополосные". И есть целое направление в астрофотографии и постобработке, называемое "Палитра Хаббла", когда финальное изображение формируется из трёх снимков, снятых в разных длинах волны.

- Красный канал — две линии серы SII (672 и 673 нм, багрово-красный).

- Зелёный канал — линия водорода Hα (657 нм, красный), а также две расположенные рядом и более тёмные линии азота NII.

- Синий канал — две линии кислорода OIII (501 и 496 нм, изумрудный).

То есть изображение этого же объекта, с первой фотографии, но в Палитре Хаббла будет выглядеть иначе. И это очень круто, потому что поможет выявить и подчеркнуть те детали, которые "светятся" только в небольшом диапазоне спектра, который мы не видим или который нам трудно увидеть.

И хоть такие изображения будут отличаться от той картины, которую мы бы запечатлели просто на цветную камеру, или на фильтры RGB, именно "узкополосники" помогают понять, какой "реальный цвет" у этого светящегося газа, являющегося дважды ионизированным кислородом, с точностью до нанометра.

Как-то так :-)