Какого цвета лунный грунт?
Как на самом деле выглядит грунт Луны? Действительно ли реголит совершенно серый, как мы видим на большинстве фотографий лунных миссий Аполлонов, или все же грунт Луны коричневый? Черно-белая Луна или цветная? Кто-то на форумах утверждал, что грунт Луны похож на чернозём.
Чтобы разобраться в подобных вопросах, я поступил очень просто. Поскольку известен средний коэффициент отражения лунного грунта, альбедо 7-8%, то с помощью эталонной серой шкалы и профессионального яркомера, используемого кинооператорами для определения экспозиции, я подобрал такой же по яркости объект, как и лунный реголит. Использовал для этого землю под окном. Но поскольку влажная земля оказалась немного темнее нужных 7-8%, пришлось ее смешать с небольшим количеством цемента. И вот что получилось.
А чтобы точно определить именно цвет лунного реголита, а не только его яркость, воспользовался имеющимся у нас на кафедре института кинематографии спектрофотометром X-Rite dtp-41.
С его помощью я подобрал материал, наиболее близко повторяющий графики спектрального отражения, взятые из книги «Лунный грунт из Моря Изобилия».
Отчертил двумя линиями участок видимого диапазона, от 400 до 700 нм (на рисунке – это две синие линии).
В видимом диапазоне кривая спектрального отражения лунного грунта поднимается почти линейно вверх, причем в синей зоне спектра коэффициент отражения меньше, а в красной зоне – больше, что однозначно говорит о том, что грунт Луны не серый, а коричневый. Численные значения трех линий, соответствующие диффузному коэффициенту грунта Моря Изобилия (Луна-16), грунта Моря Спокойствия (А-11) и грунта Океана Бурь, перенес в программу Exel. Из крообки пластилина достал темно-коричневый кусок. Оказалось, что интегральный коэффициент отражения темно-коричневого пластилина такой же, как и у грунта лунных морей.
Вот только цвет пластилиина более насыщенный, чем цвет лунной поверхности. Поэтому путем добавления в коричневый пластилин небольшого количества голубого пластилина я снизил насыщенность цвета (повысил отражаемость в сине-зеленой зоне). А добавлением вкраплений черного пластилина снизил общий коэффициент отражения. После тщательного раскатывания пластилина до однородной массы и промера на спектрофотометре, получил почти такую же кривую спектрального отражения, как у образцов лунного грунта из Моря Спокойствия миссии Аполлон-11.
Для сравнения кубик, схожий по цвету с лунным грунтом, сфотографировал вместе с эталонной серой шкалой Кодак. Вот какой цвет имеют лунные моря - как на кубике справа. Таким должно выглядеть Море Спокойствия, куда по легенде прилунился "Аполлон-11".
Для получения адекватного представления о цвете, пластилиновые кубики разложены на серой шкале (Kodak Gray Card) с коэффициентом отражения 18%. Фотография отнормирована по серому полю. В пространстве s-RGB такое серое поле с 8-битной глубиной цвета должно иметь значения 116-118.
Поэтому могу сказать, что на ниже приведённой фотографии (снятой, по видимому, автоматическим зондом за два года до полета Аполлонов) цвет поверхности Луны передан правильно.
Под этим снимком почему-то стоит подпись: "View_from_the_Apollo_11_shows_Earth_rising_above_the_moonss_horizon", как будто это снимок сделан астронавтами миссии "Аполлон-11" в 1969 году.
Мы же видели, что астронавты привезли снимки с другим цветом лунного реголита (лунного песка):
Кадры из миссии Аполлон-11 (с официального сайта NASA):
Известен и широко распространен другой вариант этого снимка:
Очень многих обескуражил тот факт, что Луна оказалась не просто серой, а серо-голубой и серо-фиолетовой, но никак не коричневой.
На снимке ниже - Баз Олдрин на Луне (экспедиция Аполлон-11, июль 1969 г.).
И вот ещё - Чарльз Питер Конрад ("Аполлон-12") осматривает якобы привезенные им лунные камни. Они почему-то совершенно серые:
Луна в цвете, современный фотоснимок (насыщенность здесь немного завышена):
У меня есть основания полагать, что решение о том, что лунный грунт на снимках высадки астронавтов на Луну будет совершенно серым, было принято за два или три года до начала лунных экспедиций, в 1966 или 1967 году на основе снимков "Сервейера". И под такой серый грунт стали готовить павильонные съемки для имитации высадки на Луну людей.
Чуть ниже я объясню, почему грунт на снимках получился совершенно серым. Сделать мне это несложно, поскольку несколько лет я преподаю дисциплину "Цветоведение" в институте кинематографии, и вопросы цветоискажений - моя любимая тема.
АНЕКДОТИЧЕСКИЕ ГИПОТЕЗЫ
Но прежде чем я расскажу о причине, по которой на снимках теряется цвет, хочу сообщить, что некоторые любители-исследователи пытались придумать, как свести воедино тот факт, что издалека Луна кажется темно-коричневой, а вблизи (на американских фотоснимках высадки людей на поверхность нашего спутника) она оказалась светло-серой. Например, А.Гришаев придумал анекдотическую гипотезу, что вокруг Луны, радиусом в несколько сот километров существует некое зыбкое пространство, которое разрушает всё живое и уничтожает цвета, а как только мы удалимся на расстояние более 2000 км от поверхности Луны, "зыбкое пространство" перестает влиять на человека и человек видит нормальные цвета - Луна из серой превращается в коричневую.
Сообщение на форуме (участник newfiz)
Друзья, вот решил выделить в отдельную тему:
"...мы постарались дать объяснения феноменам потери цветности
и обратного рассеяния света, имеющим место в окололунном пространстве.
Возможно, кому-то удастся объяснить эти феномены лучше, чем это
удалось нам, но само наличие этих феноменов является бесспорным
научным фактом – что подтверждают даже первые отчёты NASA по лунной
программе [15].
...
См. статью "Аномальные оптические феномены, порождаемые окололунным "зыбким пространством".
Конечно, мне, как человеку, хорошо знакомому с основами цветоведения, сразу видны заблуждения автора статьи. Я вижу, что он ищет объяснение совсем не в той области.
Ответ довольно прост, и его нужно искать в спектральных характеристиках фильтров, через которые производилась съёмка. Не надо придумывать никакое "окололунное зыбкое пространство" с особой организацией лунного тяготения, обусловленного планетрной частотной воронкой, не надо высасывать из пальца "безопорное силовое воздействие на тела", вибрации "инерциального пространства" и прочую галиматью.
Это всё равно, что на вопрос: почему в солнечную погоду в черной рубашке ходить жарко, а в белой нет? - я стал бы привлекать гипотезу искривления пространственно-временного континиума у поверхности Земли из-за частотной планетарной воронки.
"Математика, подобно жернову, перемалывает то, что под него засыпают, и как, засыпав лебеду, вы не получите пшеничной муки, так, исписав целые страницы формулами, вы не получите истины из ложных предпосылок."
Гексли
Мне вспомнилась эта фраза после прочтения статьи АНОМАЛЬНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ФЕНОМЕНЫ, ПОРОЖДАЕМЫЕ ОКОЛОЛУННЫМ «ЗЫБКИМ ПРОСТРАНСТВОМ».
Автор взял совершенно неверные исходные данные (я имею в виду данные НАСА по Сервейерам) и попытался из этой лебеды получить пшеничную муку.
Вот ключевая фраза:
... «цветные фильтры на борту… [«Сервейеров»] были использованы для получения цветных фотографий лунного ландшафта… Удивительно отсутствие цвета в любой части этих изображений, особенно при сравнении с разнообразием цвета типичных земных пустынных или горных пейзажей» [14].
На самом деле отсутствие цвета в снимках Сервейеров объясняется неправильным подбором триады фильтров для выполнения съемок, а вовсе не энергетическими воронками в "зыбком окололунном пространстве".
Главная ошибка автора заключается в том, что он считает, что кривые пропускания съемочных фильтров были близки к "стандарту". Он так и пишет:
... в официальном отчёте NASA по «Сервейеру-1» [15] утверждается то же самое. Кривые пропускания трёх светофильтров были близки к стандартным – мы воспроизводим соответствующую диаграмму из [15] на Рис.1.
Вот этот рисунок:
Действительно, рисунок именно так и выглядит (L. D. Jaffe, E. M. Shoemaker, S. E. Dwornik et al. NASA Technical Report No. 32-7023. Surveyor I Mission Report, Part II. Scientific Data and Results. Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California, September 10, 1966.)
Рисунок показывает, какие фильтры были использованы при съемке на черно-белый материал.
Давайте посмотрим, какие фильтры выбраны были для фотоаппарата Сервейера. Начнем с самой грубой ошибки, с оранжевого светофильтра.
Для удобства анализа я выделил эту кривую оранжевым цветом и провел вертикальную линию, чтоб можно было увидеть, на какую длину волны приходится максимум пропускания такого оранжевого светофильтра:
Максимум попадает примерно на 580 нм. Какой это цвет?
Прежде чем ответить на этот вопрос, посмотрим на красивую фотографию ночного города (я ее скачал с интернета). Парк освещен желтым цветом натриевых ламп.
Где находится максимум излучения натриевых ламп?
Классическая натриевая лампа (низкого давления) имеет только один максимум излучения, 589 нм, и дает монохроматический желтый цвет.
В лампы уличного цвета добавляют немного ртути, из-за этого в спект ре излучения появляются дополнительные небольшие максимумы:
Измерения произведены на спектрорадиометре specbos 1201:
Итак, натриевая лампа максимум излучения дает на дине волны около 590 нм.
А наш светофильтр, установленный на Сервейере, имеет максимум пропускания около 580 нм, значит, по цвету он более желтый, чем натриевые лампы.
Итак, вы уловили первый вывод? Вместо того, чтобы снимать цветные объекты по классической схеме через синий, зеленый и красный светофильтры (то, что мы произносим как R,G,B), было предложено воспользоваться другой триадой - синий, зеленый и желтый светофильтры.
Попробуем найти в каталоге оптического стекла желто-оранжевый светофильтр, который имеет такой же крутой фронт подъема, как на приведенном выше рисунке фильтров Сервейера.
Таким требованиям удовлетворяют оранжевые стекла ОС-13 и ОС-14.
Но все оранжевые стекла прекрасно пропускают красные лучи. Более того, пропускание оранжевых стекол продолжается в инфразону до длины волны 2500 нм. А вот оранжевый светофильтр Сервейера красные лучи (после 640-650 нм) вообще не пропускает. Возьмите любой оранжевый светофильтр и посмотрите через него на красный объект - он будет ярко виден. Красные лучи обязательно проходят через оранжевые светофильтры. Значит, чтобы подобрать светофильтр, как можно точнее к фильтру Сервейера, нужно к желто-оранжевому фильтру прибавить другой, который будет отрезать (не пропускать) красные лучи.
Красные лучи у нас задерживаются голубыми (сине-зелеными) стеклами. Похожую спадающую кривую в красной зоне имеет стекло СЗС-25 и СЗС-23.
Таким образом, чтобы получить точную спектральную характеристику пропускания светофильтра, как можно ближе к "оранжевому" светофильтру Сервейера, я должен к найденному оранжевому стеклу прибавить ещё и голубое стекло.
Какой цвет получится в результате? Менее оранжевый, более жёлтый!
В связи с вышеизложенным интересно посмотреть, а где расположен максимум чувствительности в красной зоне у современных профессиональных материалов?
Возьмем негативную кинопленку Фуджи:
Максимум в красной зоне - около 645 нм. Максимум расположен не в желтой зоне спектра, а в середине красного участка!
Возьмем цветную обращаемую фотопленку Кодак Эктахром 100. Максимум в красной зоне - тоже около 650 нм!
Согласно заявленным данным, в миссиях Аполлон использовалась цветная обращаемая фотопленка Эктахром светочувствительностью 64 ASA. Максимум чувствительности "красного" слоя приходился на длину волны 660 нм.
Вызывает вопросы и синий фильтр для фотоаппарата Сервейера. Помимо одного максимума в синей зоне, он имеет и второй максимум пропускания, ближе к голубым лучам.
Итак, что же мы видим в результате? Вместо того, чтобы производить фотосъемку по классической схеме через синий, зеленый и красный светофильтры, съемка была сделана через сине-голубой, зеленый и желтый.
На снимке - классическая триада фильтров для цветоделения (R, G, B).
А вот так выглядел оранжевый фильтр Сервейера, взятый вместо красного.
О какой точной цветопередаче вообще может идти речь?
Все красные объекты имеют максимум отражения в красной зоне, а наш "оранжевый" светофильтр Сервейера красные лучи как раз и не пропускает. Все красные объекты станут очень темными, малонасыщенными, почти серыми.
Процитирую ещё один фрагмент из статьи АНОМАЛЬНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ФЕНОМЕНЫ, ПОРОЖДАЕМЫЕ ОКОЛОЛУННЫМ «ЗЫБКИМ ПРОСТРАНСТВОМ».
... автор [16H.E.Newell. Surveyor: Candid Camera on the Moon. Natl. Geograph. Mag., 130 (1966) 578.] пишет: «Сервейер имел более острый и незамутнённый взор. И, впервые, он видел в цвете. Три отдельные фотографии, снятые через оранжевый, зелёный и синий фильтры, при совмещении давали вполне натуральную передачу цвета. Как и ожидали учёные, этот цвет оказался никаким иным, кроме как серым – однородным, нейтрально-серым» (перевод наш). Одну из этих сереньких фотомозаик от «Сервейера-1» [16] мы воспроизводим...
Недостатки цветоделения автор принял за некое аномальное явление. Даже придумал специальный термин: "феномен потери цветности"...
И придумал, что на Луне цветопередача зависит от лунного тяготения и распространяется на расстояние "примерно до 10000 км от поверхности Луны".
А если Луна фотографируется издалека, например, с Земли или с околоземной орбиты, и при этом получаются великолепные цвета, то это означает, что люди наивны и не понимают истинного цвета Луны.
Он так и пишет:
Предпринимались попытки получить цветные фотографии Луны при фотографировании из-за пределов области её тяготения через светофильтры, с последующим совмещением изображений. По этой методике, действительно, получаются великолепные цветные картинки – но, с учётом вышеизложенного, наивно полагать, что цвета на них демонстрируют настоящую цветовую гамму Луны.
РЕАЛЬНЫЕ ПРИЧИНЫ УМЕНЬШЕНИЯ НАСЫЩЕННОСТИ ЦВЕТА ЛУННОГО ГРУНТА - НЕПРАВИЛЬНОЕ ЦВЕТОДЕЛЕНИЕ
Как видите, частичная потеря цветности, особенно хорошо заметная на грунте Луны (грунт стал совсем серым) вызвана неправильным подбором триады фильтров для цветоделения при съемке: вместо синего, зелёного и красного фильтров использовались сине-голубой, зеленый и желтый.
И когда в 1966 году были получены первые цветные фотографии с Сервейера, на которых грунт был совершенно серым, вот тогда и было принято решение, что в павильонах Невады будут имитировать посадку астронавтов на черно-белую Луну. И насыпной грунт, изображающий реголит, стали делать серым.
Наша "Луна-16" привезёт первые 105 граммов грунта с поверхности Луны только в сентябре 1970 года, и он будет темно-коричневым.
Кстати.
Как только скептики уличают НАСА в каком-либо несоответствии на снимках и в описаниях, НАСА не очень быстро, но реагирует: исправляет тени на фотографиях, добавляет в тексты фразы, которых раньше никто не говорил, подрисовывет одни элементы и затирает другие, и, конечно же, находит "потерянный" лунный грунт, который теперь соответствует современным представлениям о Луне.
Вот и коричневый грунт нашёлся!
В той исторической (если она, конечно, действительно имела место!) миссии "Аполлон 11" принимали участие три астронавта (на фото): командир экипажа Нил Армстронг и пилот Эдвин Олдрин, а также пилот командного модуля Майкл Коллинз. Лунный модуль корабля был посажен в юго-западном районе Моря Спокойствия.
Пока Нил Армстронг и Эдвин Олдрин оставались на поверхности Луны в течение 21 часа 36 минут и 21 секунды, пилот Майкл Коллинз ожидал их на окололунной орбите (именно это место вызывает огромное число нареканий со стороны скептиков: дескать технически в те годы это еще было невозможно, а США проигрывали космическую гонку СССР).
Астронавты установили в месте посадки флаг США, разместили комплект научных приборов и собрали 21,55 кг образцов лунного грунта, которые были доставлены на Землю. После полёта члены экипажа и образцы лунной породы прошли строгий карантин, который не выявил никаких лунных микроорганизмов.
Странно то, что месяц назад образцы лунного грунта, собранные во время миссии "Аполлон 11", были обнаружены в архиве национальной Лаборатории Бэркли, и главное, что никто не знает, как они туда попали. Им бы место по крайней мере в музее, а не в забытом всеми архиве.
ПОЧЕМУ ТАКАЯ НЕОБЫЧНАЯ "ТРИАДА" ФИЛЬТРОВ - СИНИЙ, ЗЕЛЁНЫЙ, ОРАНЖЕВЫЙ?
У вас, наверное, давно возник вопрос: а зачем это американцы на своих Сервейерах производили съемку через такую странную триаду фильтров? Почему они не стали делать снимки, как это общепринято - через синий, зеленый и красный светофильтры? Зачем они красный фильтр заменили на жёлто-оранжевый?
Для этого мне придётся рассказать об одном заблуждении, бытующем в цветоведении.
Речь идет о том, как устроено цветное зрение человека.
Как мы знаем, за черно-белое зрение отвечают палочки в сетчатке глаза, а за цветное зрение - колбочки трех типов: синие, зеленые и красные. О том, как осуществляется цветное зрение впервые постулировал Томас Юнг в 1802 году. И мы уже 200 лет подряд повторяем эти постулаты.
К середине ХХ века спектральные характеристики колбочек были определены с большой чёткостью. И оказалось, что максимум чувствительности "красных" колбочек лежит вовсе не в красной зоне, а в желто-оранжевой, на длине волны около 580 нм. В связи с этим в зарубежной литературе отказались от обозначения колбочек как R, G, B, а приняли другое обозначение S, M, L - светочувствительность к малым, средним и большим длинам волн, и "красную" кривую стали рисовать оранжевым цветом.
Однако, хочу вас уверить, что никто при конструировании цветной видеокамеры или трехслойной цветной кинопленки не будет стремиться повторить эту триаду. Цветопередача при такой триаде светофильтров в видеокамере или зон чувствительности у кинофотопленки получится неестественной - ведь "зеленая" кривая и "оранжевая" чуть ли не на 90% повторяют друг друга. Если сделать видеокамеру с такими зонами чувствительности и направить её на спектр, то 2/3 спектра, от 500 нм до 630 нм, станут оттенками желтого цвета - в спектре исчезнут зеленые и красные цвета. Поэтому современные видеокамеры никогда не будут повторять чувствительность колбочек глаза. Вот как, например, выглядит зональная чувствительность матрицы Sony.
Почему же триада R-G-B видеокамеры не повторяет триаду R-G-B колбочек глаза?
Дело в том, что за цветное зрение отвечают не только колбочки, но и палочки. Кстати, этих палочек в глазу около 120 млн, в то время как колбочек - всего 7 миллионов. А нервных волокон, по которым сигналы из глаз передаются в мозг - всего-навсего около миллиона! Информация, полученная от целых групп светочувствительных элементов кодируется специальным образом и только потом поступает в мозг.
Когда-то, в 1802 году Томас Юнг предположил, что глаз анализирует каждый цвет в отдельности и передает сигналы о нём в мозг по трём различным типам нервных волокон. Другими словами, цветовое зрение формируется в одну стадию - от рецепторов сразу в мозг. Через 60 лет постулаты Юнга поддержал Гельмгольц, сначала возражавший ему.
Рисунок взят из книги: Ч.Измайлов, Е.Соколов, А.Черноризов. Психофизиология цветового зрения. М.: Изд-во МГУ, 1989
Однако, такая теория не могла объяснить, например, существование дальтонизма. Если человек не видел красных цветов, то тогда он не должен был видеть и желтых, потому что желтый цвет складывался из сигналов зеленого и красного рецепторов. Да и серый цвет без красной составляющей должен был дальтоникам казаться цветным. Однако дальтоники, не различавшие красных цветов, прекрасно видели желтые и серые тона.
К началу ХХ века Геринг предложил другой механизм восприятия - теорию оппонентных цветов (см. рисунок). Он исходил из того, что основных ("чистых") цветов не три, а четыре. Это такие цвета, в которых невозможно заметить присутствие другого цвета: синий, зеленый, красный и желтый. Сколько бы мы ни смотрели на желтый цвет, мы не заметим в нём присутствия красного и зеленого. Геринг также обратил внимание на то, что цвета группируются оппонентными парами: синий-желтый, зеленый-красный. Синий цвет может быть немного краснее - тогда он становится фиолетовым, синий цвет может быть несмного зеленее - он становится более голубым. Но никода про синий цвет не не сможем сказать, что он немного пожелтел. Точно также и с другой парой цветов, зеленый-красный. Красный цвет может немного пожелтеть - стать оранжевым, также красный цвет может уйти в синеватый оттенок - возникают пурпурные цвета. Но никогда в красном цвете и его оттенках невозможно обнаружить присутствие зеленой составляющей. И ещё отдельно существуют черно-белые оттенки. Геринг полагал, что в глазу, должно быть каких-то 6 элементов, чтобы обеспечить механизм оппонентности. Но изучение сетчатки под микроскопом не подтвердило наличие таких элементов.
50 лет на теорию Геринга не обращали внимания, а после 1950 года она стала основополагающей в псизофизиологии цветового зрения. Ни одна современная теория цвета не обходится без понятия оппонентных цветов.
Это всё были одностадийные модели. Но постепенно выяснилось, что такие одностадийные модели зрения не могут объяснить многих зрительных феноменов и до конца не согласуются с морфологией строения сетчатки.
На смену одностадийной модели цветового зрения пришла двухстадийная модель.
В этой схеме в восприятии цвета участвуют уже и черно-белые палочки.
(Рисунок взят из книги: Ч.Пэдхем, Дж.Сондерс. Восприятие света и цвета (пер. с англ). М.: Мир, 1978)
Книгу в формате *.pdf можно найти в списке .. (ссылка появится дня через 3-4).
Интересно отметить, что системы цветного телевидения повторили вышеприведенную схему. В телекамере свет, прошедший через объектив, с помощью трех интерференционных светофильтров разбивается на "синий", "зеленый" и "красный" сигнал. Трубки камеры при сканировании изображения строчка за строчкой посылают "синие", "зеленые" и "красные" сигналы. Однако в действительности отдельные "синие", "зеленые" и "красные" сигналы телевизионными станциями не передаются, поскольку, если бы это было так, для передачи цветных изображений потребовался бы в три раза больший диапазон частот, чем при передаче черно-белого изображения. На самом деле передается сигнал яркости, который кодирует яркость каждой части изображения, и два дифференциальных цветовых сигнала. оказывается, что если сигнал яркости переносит информацию в 100 единиц, два дифференциальных цветовых сигнала должны перенести лишь по 25 единиц информации каждый, что достаточно для получения хорошего цветного изображения. Значит, вся информация, которую необходимо передать, будет составлять всего 150 единиц, в то время как для передачи "синих", "зеленых" и красных" сигналов по отдельности понадобится 300 единиц. Это дает возможность значительно уменьшить ширину полосы пропускания. Ещё одно преимущество метода - это его совместимость: черно-белый приемник (телевизор) может работать только на сигналах яркости, не принимая дифференциальных цветовых сигналов и, таким образом, давать нормальное черно-белое изображение.
Упрощенно можно считать, что вначале черно-белые рецепторы (палочки) определяют границы объектов, выделяют яркостную характеристику, подобно черно-белому зрению. А потом участки с одинаковой яркостью мозг прокрашивает в тот или иной цвет, в зависимости от сигнала колбочек.
Вот как это примерно выглядит по стадиям:
Ещё раз напомню, что в глазу 120 млн. "черно-белых" палочек и всего 7 млн "цветных" колбочек (127 "мегапикселей").
Причем следует добавить, что "синих" колобочек в глазу очень мало, в центральной ямке сетчатки, например, их совсем нет, там только "зеленые" и "красные". Соотношение К:З:С примерно 12:6:1, а по другим источникам 40:20:1, то есть красных колбочек чуть ли не в 40 раз больше, чем синих.
Но даже такая, двухстадийная, модель цветового зрения оказалась недостаточной. Сейчас она заменена на трёхстадийную:
ПОЧЕМУ МНЕ МОЖНО ВЕРИТЬ?
До того, как я начал преподавать предмет "Цветоведение", я несколько лет проводил эксперименты на фабрике светочувствительных материалов "Свема" (город Шостка).
Результатом этих экспериментов явились кинопленки с нестандартной цветопередачей.
Вот одна из таких кинопленок - "Ретро", образца 1989 года. Слева - обычная кинопленка, а справа - изображение, напечатанное с негатива "Ретро".
Эта плёнка - имитация двухцветки, когда в изображении присутствует всего два цвета - голубовато-зеленый и розово-красный. Красный цвет шарфика остается красным, а вот желтоватая стена постройки стала розовой. Синяя куртка превратилась в серую. Эта пленка придумывалась для выделения в изображении красной тональности. Если в объекте съемки не было зеленых тонов, то изображение на экране состояло только из оттенков серого и красного цвета.
Такая кинопленка была применена в фильме с элементами фантастики "Посредник" (киностудия им. Горького, 1990 г.).
На двух нижних стоп-кадрах из фильма - халат (спецодежда) у актера был обычный, темно-синий.
Примерно половина фильма была снята с использованием такой нестандартной по цвету кинопленки. Изменение цветопередачи происходило без всякого компьютерного вмешательства - такая цветопередача была заложена в рецептуре эмульсионных слоёв. И поскольку это была моя оригинальная идея и моя экспериментальная разработка, то в титрах фильма появилась такая строчка: "Разработка плёнки "Ретро" Л.КОНОВАЛОВ".
Для кинофильма "Духов день" (киностудия "Ленфильм", 1990 г.) я сделал кинопленку с маленькой насыщенностью цвета, ДС-50. Число "50" означало, что насыщенность цвета была снижена примерно на 50%.
Снижение насыщенности цвета происходило без компьютерной обработки. Это был 1989 год, когда мощность компьютеров была настолько мала, что говорить о какой-то компьютерной обработке киноизображения в Советском Союзе ещё не пришло время. Вся цветопередача закладывалась в рецептуре эмульсионных слоёв.
Действие фильма происходит в двух временных пластах - в наше время и в 1930-е годы, в воспоминаниях. Современность снималась на кинопленку "Кодак", а воспоминания - на ДС-50. В главной роли - певец Юрий Шевчук.
Поскольку аналогичной кинопленки в мире не существовало, то в титрах появилась моя фамилия, чтобы засвидетельствовать авторство.
Такой негативной кинопленки с низкой насыщенностью цвета было произведено более полумиллиона погонных метров.
Обычно разработкой рецептуры пленки занимаются небольшие коллективы, они в течение нескольких лет занимаются усовершенстованием стандартной цветопередачи.
А я предпринял попытку за несколько лет сделать несколько необычных кинопленок. Было придумано около 10 кинопленок, но до массового производства дошли только три. Пленки в той или иной степени применялись при создании 14 кинофильмов.
А вот ещё интересные разработки. Меня попросили создать для фантастического фильма кинопленку, на которой голубое небо было бы другого цвета - действие должно происходить на другой планете.
- А то как видишь в кадре голубое небо, - сказал мне кинооператор "Мосфильма", - так сразу понимаешь, что всё снято на Земле.
Я сделал одну кинопленку с бирюзовым небом, а вторую кинопленку - с красно-оранжевым небом. Причём сделал очень просто - перемещением красителей внутри эмульсионных слоёв.
Синяя джинсовая куртка и сине-голубое небо (левый снимок, стандартная кинопленка) превратились на одной кинопленке в зелено-бирюзовые оттенки, а на третьей кинопленке - в красно-оранжевые тона. Голубые глаза девушки стали на третьей кинопленке красноватыми. А как вы знаете, такой цвет глаз - у марсиан. Поэтому правую кинопленку мы назвали "Марсианка".
Необычные по цветопередаче кинопленки, которые я придумал, в той или иной мере (иногда на полфильма, иногда лишь в виде отдельных эпизода) использовались при производстве 14 кинофильмов (там были игровые фильмы и документальные).
Существуют фотоматериалы с нестандартной цветопередачей, например, спектро-зональные пленки для аэро-космической съемки земной поверхности. Иногда такие материалы применяются в кинофильмах ("Аленький цветочек", "Через тернии к звёздам"). Но эти материалы создавались не для кино, а для других целей.
Не могу утверждать точно, но, по-видимому, я единственный в мире человек, который занимался рецептурой киноплёнок с нестандартной цветопередачей специально для кинофильмов (а не для каких-либо других целей), и чья фамилия, как разработчика, стоит в титрах фильма.
ЧТО ПРОИСХОДИТ С КОРИЧНЕВЫМИ ЦВЕТАМИ ПРИ ЗАМЕНЕ КРАСНОГО СЪЁМОЧНОГО СВЕТОФИЛЬТРА НА ОРАНЖЕВЫЙ?
Решение о том, что лунный грунт на фотографиях миссий Аполлон (1969-1972) должен быть практически серым, было принято, на мой взгляд, в 1966 году, когда были получены снимки с космического аппарата Сервейер-1. После мягкой посадки на поверхность Луны в июне 1966 года, аппарат Сервейер произвел более 11 000 фотоснимков с помощью черно-белой телекамеры. Большинство из этих снимков послужили (как фрагменты паззла) для составления панорамы окружающего лунного ландшафта. Но определенная часть снимков производилась через цветные светофильтры, чтобы впоследствии на Земле из трех цветоделенных изображений синтезировать одно полноцветное. Но цветоделение, на мой взгляд, было проведено неправильно. Вместо триады фильтров – синий, зеленый и красный – при съемке использовался желто-оранжевый фильтр вместо красного. Это и привело к цветоискажениям, изменившим цвет лунного реголита.
Мы знаем, что согласно легенде, у астронавтов миссии Аполлон-11 для съемок в цвете была цветная обращаемая фотопленка Эктахром-64 и фотаппарат Хассельблад. Чем будет отличаться цветной снимок лунного реголита, сделанный на обращаемой фотопленке Эктахром от снимка, полученного с помощью синтеза трех цветоделенных черно-белых изображений с аппарата Сервейер?
Три светочувствительных слоя фотопленка Эктахром и телекамера Сервейер, через три цветных фильтра, увидят лунных грунт в разных участках спектра.
Нам известна спектральная характеристика отражения реголита из Моря Спокойствия, куда по легенде прилунился Аполлон-11.
см. Рисунок выше
Нам известна спектральная чувствительность трёх слоев цветной обращаемой фотопленки Эктахром-64. Поскольку вертикальная шкала на графике спектральной светочувствительности логарифмическая, то за границы максимума светочувствительности принимаются участки, где светочувствительность уменьшается вдвое. Разница в одну логарифмическую единицу означает изменение чувствительности в 10 раз, изменение в 2 раза – это 0,3 по вертикальной шкале логарифмов. Выделяем зоны максимальной светочувствительности для каждого из трех слоев фотопленки (от точки максимума - на 0,3 единицы вниз влево и вправо). Это будут участки 410-450 нм, 540-480 нм и 640-660 нм.
Фотопленка Эктахром будет воспринимать лунный грунт, как если бы он отражал 7,1% в синей зоне, 9,1% в зеленой зоне и 10,3% в красной зоне. Так происходит цветоделение на стадии экспонирования. Иногда эта стадия называется АНАЛИЗОМ. А далее, после проявки фотопленки, в каждом слое пропорционально полученной экспозиции образуется свой краситель. Из трех отдельных красок складывается полноцветное изображение. Эта стадия называется СИНТЕЗ.
В обращаемой фотопленке анализ и синтез изображения происходит внутри эмульсионных слоев пленки. В случае аппарата Сервейер АНАЛИЗ лунного изображения (разложение на три черно-белых цветоделенных изображения) происходит на самой Луне, а СИНТЕЗ изображений происходит на Земле, после поступления и записи телевизионных сигналов с Луны.
Перед объективом телекамеры на Сервейере находится турель со светофильтрами, и аппарат производит последовательную съемку сначала через один светофильтр, потом через другой и через третий.
Поскольку зоны пропускания светофильтров Сервейер не совпадают с зонами чувствительности фотопленки, телекамера аппарата Сервейер увидит лунный грунт иначе, в других участках спектра: 430-470нм, 520-570 нм и 570-605 нм. После такой фотосъемки будет создаваться ощущение, что лунный грунт отражает в синей зоне 7,5% света, в зеленой зоне - 8,7% и 9,2% в красной зоне.
Поскольку дальнейшие результаты будут представлены в цифровом виде – в виде картинки в формате *.jpg , нам необходимо понять, как выглядят на цифровом снимке объекты с теми или иными коэффициентами отражения.
Для этого я изготовил тест – 8 серых полей, которые были отпечатаны на черно-белом лазерном принтере на листе бумаги формата А4. И с помощью денситометра определил их реально получившиеся коэффициенты отражения.
Так если денситометр показывает значение около единицы, то это означает, что данное поле уменьшает количество отраженного света в 10 раз. Денситометр показывает результаты в виде логарифмических единиц. Одна логарифмическая единица означает ослабление света в 10 раз. Таким образом перед нами поле с коэффициентом отражения 10% по трем зонам. Денситометр производит замеры в трех зонах спектра – красной, зеленой и синей. Рядом с буквами R,G,B имеется маленькая буква «r» (reflection)- замер производится в отраженном свете.
Самое темное поле на тестовой шкале имело плотность на отражение 1,11 что в переводе на коэффициент отражения означает 7,7%.
Одно из полей по коэффициенту отражения оказалось близким к 18% -17,8%.
Как мы знаем, в откалиброванном изображении с глубиной цвета 8 бит такое серое поле в пространстве s-RGB должно иметь значение яркости 116-118 единиц.
По желанию я могу в графическом редакторе немного высветлить или затемнить снимок, но если я веду речь об адекватном воспроизведении объектов, то серое поле с коэффициентом отражения 18% должно иметь указанные выше значения. (На всякий случай - черная футболка отражает 2,5% света.)
И вот ТОЛЬКО ТЕПЕРЬ мы можем сказать, как будут выглядеть на 8-битном фотоснимке объекты с тем или иным коэффициентом отражения.
11,2% - 92,
10% - 82,
8,7% - 70,
7,7% - 60
Мне особенно хочется подчеркнуть важность этого соотношения, поскольку мне приходилось видеть статьи, где авторы полагали, что лунный реголит близок по коэффициенту отражения к чернозему, и поэтому «лунные» снимки миссий Аполлон должны выглядеть очень тёмными. При этом авторы приводили «откорректированные» в соответствии со своими представлениями снимки, в которых реголит становился совсем чёрным. Это неправильный подход. Чернозём отражает около 2-3% света, реголит же немного светлее, это 8-10%. В ключевом освещении (реголит на солнце) и при правильной экспозиции он должен на оцифрованных снимках в 8-битном режиме иметь значения яркости от 60 до 80.
Теперь, когда нам известно, как на оцифрованном снимке отображаются объекты с теми или иными коэффициентами отражения, попробуем сымитировать в графическом редакторе цветность лунного грунта – то, как его увидит цветная обращаемая фотопленка и то, как его увидела телекамера Сервейера.
Переведем полученные нами выше ЗОНАЛЬНЫЕ коэффициенты отражения лунного грунта в значения цифровой яркости. Телекамера Сервейера через цветные фильтры отобразила лунный грунт как объект, имеющий коэффициенты отражения 7,5% в синей зоне, 8,7% в зеленой и 9,2% в красной. Поскольку у нас есть таблица соответствий между коэффициентом отражения объекта и его цифровой яркостью на снимке, переведём методом интерполирования полученные проценты отражения в значения, удобные для графического редактора. Для точности интерполирования можно воспользоваться вспомогательным графиком пересчета.
7,5% отражения соответствуют 58 единицам яркости в 8-битном цифровом изображении, 8,7% - это 69 единиц, а 9,2% - это 74.
Для фотопленки Эктахром мы получили зональные значения коэффициента отражения лунного грунта как 7,1% в синей зоне, 9,1% в зеленой и 10,3% в красной. Это будет соответствовать цифровым значениям яркости: B=55, G=73 и R=85.
Два квадратика показывают, на сколько изменился цвет лунной поверхности, когда вместо цветной обращаемой фотопленки мы стали снимать реголит методом Сервейера.
Итак, мы видим, что замена красного съемочного фильтра на желто-оранжевый привела к тому, что снимаемый объект (реголит) потерял свою насыщенность, стал почти серым.
В августе 1969 года советский "Зонд-7" облетает Луну и возвращается, доставив на Землю цветные фотоснимки Луны, выполненные на фотопленке.
Я взял скан страницы из журнала "Наука и жизнь" (№ 11 за 1969 год), где на цветной вкладке приведены эти снимки поверхности Луны (нижний снимок - с расстояния 10.000 км), и наложил на это изображения два квадратика, которые показывают результат теоретического расчета цветности реголита для случая цветной обращаемой фотопленки и для случая съемки реголита по методу цветоделения, как на Сервейере.
В декабре 2013 года на Луну был доставлен китайский луноход. И мир получил новые фотографии Луны вблизи.
Первые снимки китайского Лунохода представили лунную поверхность в ярко-коричневом цвете. (На мой взгляд здесь завышена насыщенность.)
А потом цвет лунной поверхности в месте прилунения был подкорректирован. И знаете, на что он стал теперь похож?
Посмотрите на два квадратика справа...
Но вполне возможно, что более правильный цвет должен был выглядеть вот так:
ЧТО НА САМОМ ДЕЛЕ ПРИСЛАЛ СЕРВЕЙЕР? КАК ВЫГЛЯДЕЛИ ЭТИ ЦВЕТНЫЕ СНИМКИ?
Аппарат Сервейер совершил мягкую посадку на Луну в июне 1966 года и произвел около 11 000 фотоснимков лунной поверхности. Вес прилунившейся части - около 300 кг.
"Сервейер" на Земле.
До этого момента американские ракеты "Пионер-1", "Пионер-3", "Пионер-4" так и не смогли сесть на Луну. "Рейнджеры 1, 2 и 3" тоже не достигли Луны, а "Рейнджер-4", "Рейнджер-5" и "Рейнджер-6" просто разбились о Луну.
И вот Сервейер присылает на Землю фотоснимки, сделанные черно-белой телекамерой через цветные фильтры. Для правильной отстройки цвета, в кадре находится прикрепленная к ноге аппарата калибровочная шкала, которая содержит круг серых тонов и несколько цветных секторов.
Пример таких цветоделенных черно-белых изображений можно найти в Техническом отчете №32-7023 по Сервейеру за сентябрь 1966 года (L. D. Jaffe, E. M. Shoemaker, S. E. Dwornik et al. NASA Technical Report No. 32-7023. Surveyor I Mission Report, Part II. Scientific Data and Results. Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California, September 10, 1966).
Снимок произведен через оранжевый светофильтр:
Второй снимок - через зеленый фильтр:
Третий снимок - через синий фильтр:
А затем общепринятым способом (как это делается в типографии, например) каждое изображение прокрашивается в свой цвет - соответственно голубой, пурпурной и желтый. Это - стандартная триада красок для субтрактивного синтеза. Степень яркости картинок подбирается таким образом, чтобы плотность серых полей была бы одинаковой во всех трех кадрах.
Мы попытались свести три изображения воедино, но поскольку качество репродукций в брошюре оставляло желать лучшего (три картинки очень контрастные, с провальными тенями и к тому же немного отличаются по масштабу) - результат получился не очень хорошим.
А вот как аналогичный снимок выглядит на сайте НАСА (снято Сервейером-3):
По-видимому, это один из первых цветных снимков лунного грунта вблизи.
Реголит кажется почти что серым.
КИТАЙСКИЙ ЛУНОХОД, декабрь 2013 г.
В интернете появился график спектрального отражения лунного грунта Моря Дождей, полученный китайским луноходом:
Попробуем сравнить этот график с кривыми отражения лунного грунта Луны-16 и Аполлона-11.
Грунт Моря Дождей оказывается заметно темнее:
К сожалению, китайский график начинается от 450 нм, но это не мешает сделать вывод, что грунт не является серым - линия отражения постепенно поднимается по мере смещения к длинноволновой части спектра. Грунт визуально должен быть темно-коричневым. На что он похож?
Я сравнил кривую спектрального отражения лунного грунта с некоторыми объектами, а именно
- с коричневым портфелем,
- с тёмно-коричневой шляпой,
- с коркой ржаного хлеба,
- с хлебом бурже,
- с листом черной упаковочной бумаги.
На фотографии - темно-коричневая шляпа, коричневый портфель и (в самом низу) лист чёрной бумаги.
Черная бумага отражает примерно 3,5% света. Она заметно светлее чёрного бархата:
На следующей фотографии - ржаной хлеб.
Вот что получилось в результате сравнения:
Наиболее близкий цвет оказался у шляпы. Другими словами, лунный грунт в Море Дождей визуально похож на цвет темно-коричневой кожаной шляпы и немного светлее верхней корки ржаного хлеба.
