ภาพถ่ายอินฟราเรดมีสีอินฟราเรดจริง ๆ หรือไม่?

21

ในโรงเรียนเราทุกคนเรียนรู้ว่าจากแสงสีขาวเราสามารถรับรู้สเปกตรัมที่มองเห็นได้เท่านั้น แต่เราไม่สามารถมองเห็นรังสี UVหรือIRได้

ถ้าเป็นเช่นนั้นเราจะถ่ายภาพอินฟราเรดได้ทำไม? ตกลงดีเลนส์สามารถทำได้ แต่เราจะเห็นสี IR ในภาพสุดท้ายได้อย่างไร? เราจะรู้ได้อย่างไรว่ามันเป็นแสง IR และไม่ใช่แค่สีสันที่น่าทึ่ง?

light human-vision-system infrared

— Amrit
แหล่งที่มา

ว้าว !! ฉันไม่ได้คาดหวังการตอบสนองดังกล่าว แต่แท้จริงแล้วมันได้ชี้แจงสิ่งที่ฉันกำลังมองหา แม้ว่าจะมีคำตอบที่ถูกต้องหลายข้อดังนั้นฉันจะยอมรับอีกเหตุผลหนึ่งที่ทำให้ฉันรู้สึกดีขึ้น ขอบคุณทุกคน!

— Amrit

en.wikipedia.org/wiki/Channel_(digital_image)#RGB_color_sampleคุณสามารถเห็นช่องสีแดงเขียวและน้ำเงินที่นั่น แต่คุณเห็นเป็นภาพระดับสีเทาดังนั้นดวงตาของคุณไม่จำเป็นต้องอ่อนไหวต่อสีแดงสีเขียวหรือสีน้ำเงินเพื่อดูสิ่งเหล่านั้นเพียงเพื่อแสง / ความมืด ตอนนี้จะเกิดอะไรขึ้นถ้าช่องสัญญาณนั้นมี IR ไกลใกล้ IR หรือ UV? อาจยังปรากฏเป็นสีเทาและยังปรากฏให้เห็นในตาของคุณ

— Tim S.

27

"สี" เป็นสมบัติของการกระจายของความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็น (ตามที่มนุษย์รับรู้)

กล้องดิจิตอลตรวจจับปริมาณแสงในแต่ละพิกเซลเท่านั้นพวกเขาไม่สามารถวัดความยาวคลื่นได้ดังนั้นจึงไม่สามารถบันทึกสีได้โดยตรง ภาพสีเกิดขึ้นได้จากการวางฟิลเตอร์สีแดง / เขียว / น้ำเงินสลับกันที่ด้านหน้าของแต่ละพิกเซล ด้วยการวางฟิลเตอร์สีแดง (อันที่กั้นแสงสีเขียวและสีน้ำเงิน) ที่ด้านหน้าของพิกเซลคุณสามารถวัดปริมาณแสงสีแดงที่ตำแหน่งนั้นได้

การถ่ายภาพอินฟาเรดด้วยกล้องดิจิตอลมาตรฐานเกี่ยวข้องกับการกรองแสงที่มองเห็นได้ (และเลือกลบฟิลเตอร์ IR ในตัว) ดังนั้นจะบันทึกเฉพาะแสงอินฟาเรด ตัวกรองสีแดง / เขียว / น้ำเงินที่สลับกันยังคงอยู่ในตำแหน่งเดิม

มีความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสงอินฟาเรดอย่างไรก็ตามความยาวคลื่นเหล่านี้ไม่ตรงกับ "สี" เพราะมองไม่เห็นด้วยตามนุษย์ True อินฟราเรดในระยะ 850nm และระยะยาวจะส่งผ่านตัวกรองสีแดง / เขียว / น้ำเงินเท่ากันเพื่อให้คุณได้ภาพที่มีความเข้มสูง (สีเทา) เช่นนี้:

http://www.mattgrum.com/photo_se/IR_1.jpg

ความยาวคลื่นที่อยู่ใกล้กับสเปกตรัมที่มองเห็นดังนั้นการเรียกใกล้ IR ในช่วง 665nm จะผ่านตัวกรอง RGB ในจำนวนที่แตกต่างกันดังนั้นภาพที่มีค่า RGB ที่แตกต่างกันจะถูกสร้างขึ้นและเมื่อแสดงบนคอมพิวเตอร์คุณจะได้ภาพสี

แต่สีไม่ใช่ "ของจริง" ในแง่ที่ว่าสีเป็นสมบัติของการมองเห็นของมนุษย์และความยาวคลื่นเหล่านี้อยู่นอกการมองเห็นของเราดังนั้นสมองไม่ได้กำหนดวิธีการนำเสนอให้กับเรา สีที่แตกต่างที่คุณเห็นในภาพอินฟราเรดดิจิตอล (เกิดขึ้นในช่วงที่มองเห็นได้จากจอคอมพิวเตอร์ของคุณ) เกิดขึ้นเนื่องจากข้อผิดพลาดในตัวกรองสีน้ำเงินและสีเขียว

ฟิลเตอร์สีน้ำเงินถูกออกแบบมาเพื่อกรองแสงสีแดงและสีเขียวความถี่ต่ำลง แต่อยู่ในช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้ (โดยปกติแล้วฟิลเตอร์ IR ของกล้องจะแยกสิ่งอื่นออก) เมื่อแสงที่ถูกมองเห็นถูกปิดกั้นและความถี่ลดต่ำลง (เช่นที่สะท้อนจากใบไม้ผ่านเอฟเฟกต์ไม้ ) พวกเขาจะเริ่มผ่านฟิลเตอร์สีน้ำเงินและสีเขียวอีกครั้ง!

ดังนั้นด้านล่างสุดของสเปกตรัมที่มองเห็น / อยู่ใกล้กับ IR (ซึ่งอุดมสมบูรณ์บนท้องฟ้า) ส่วนใหญ่จะกระตุ้นพิกเซลสีแดงเนื่องจากตัวกรองสีน้ำเงินและสีเขียวยังคงทำงานอยู่ใกล้ IR (สะท้อนจากใบไม้) จึงเริ่มกระตุ้นสีน้ำเงินและสีเขียว พิกเซลขณะที่ตัวกรองทำงานอยู่นอกช่วงปกติ

ผลที่ได้คือท้องฟ้าสีแดงและต้นไม้สีฟ้า / สีเขียวขุ่นมองเช่นนี้:

_{(ที่มา: wearejuno.com )}

แต่เนื่องจากสีเหล่านี้ไม่ได้เกิดขึ้นจริงนักถ่ายภาพมักจะเปลี่ยนช่องสีแดง / น้ำเงินรอบ ๆ ซึ่งทำให้ท้องฟ้าดูเป็นปกติมากกว่าและมีต้นไม้สีเขียว / สีเหลือง:

http://www.mattgrum.com/photo_se/IR_2.jpg

— Matt Grum
แหล่งที่มา

1

ฉันคิดว่าสีเป็นคุณสมบัติในการรับรู้อย่างหมดจด มันมีการแมปกับสเปกตรัมแต่ไม่ใช่สิ่งที่ดีมากเพราะดวงตาถูกหลอกโดย metamers หรือตาบอดสี

— Nick T

1

จริงๆแล้วสีน้ำเงินและสีเขียวก็มีความอ่อนไหวต่อ NIR เช่นกัน พวกเขาเปิดถึง 850nm และมองข้ามความไวสีแดงที่นั่น สีแดงตกลงไปอย่างสม่ำเสมอเพื่อข้ามคนอื่น ๆ ที่ 850nm และพวกเขารวมตัวกันได้ถึง 1100nm ตัดออกที่นั่น ไม่มีสิ่งใดที่ไวต่อ IR เว้นแต่คุณจะใช้กล้อง InGaAs

— Michael Nielsen

@MichaelNielsen พยายามทำให้มันง่ายขึ้นฉันได้อัปเดตดังนั้นฉันคิดว่ามันถูกต้องแล้ว

— Matt Grum

1

เป็นความจริงในทางทฤษฎี แต่ไม่ใช่ในทางปฏิบัติ: "กรองแสงที่มองเห็นออกไป ... ดังนั้นจึงบันทึกเฉพาะแสงอินฟาเรด" ในทางปฏิบัติ (นอกเหนือจากวิธีการทางวิทยาศาสตร์) การถ่ายภาพ IR นั้นเกี่ยวข้องกับการกรองแสงที่มองเห็นได้ส่วนใหญ่ดังนั้นแสงIR และ near-IR ส่วนใหญ่จะถูกบันทึกไว้ ความแตกต่างที่ชุดย่อย "ที่สุด" ของแสงที่มองเห็นจะถูกกรองจะให้ภาพยนตร์ / กล้อง / เลนส์ IR ที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ฟิล์ม / กล้อง / เลนส์ที่แตกต่างกันจะแตกต่างกันไปตามความไวต่อความยาวคลื่น IR ที่ต่างกันดังนั้นการบันทึก "สี" IR จึงไม่สอดคล้องกัน การใช้ประโยชน์จากความแตกต่างเหล่านี้เป็นศิลปะของการถ่ายภาพ IR

— Jonathan Van Matre

ดี เอฟเฟกต์ไม้ยังสามารถมองผ่านการเพิ่มความเข้มของภาพ (ขอบเขตแสงดาว) ซึ่งมีความไวมากที่สุดในบริเวณใกล้กับ IR ใบไม้ดูค่อนข้างสดใส

— doug

17

ภาพที่เราสามารถดูจากกล้องอินฟราเรดคือสิ่งที่เป็นที่รู้จักกันเป็นภาพสีเท็จ สิ่งนี้หมายความว่าช่วงของความยาวคลื่นในสเปกตรัมอินฟราเรดจะแสดงผลด้วยความยาวคลื่นที่สอดคล้องกันของแสงที่มองเห็น เช่นเดียวกับแสงที่มองเห็นความยาวคลื่นแสงอินฟราเรดโดยเฉพาะสามารถแตกต่างกันไปในความเข้มจากเหนือสีดำ (เงา) เพื่อใกล้ความอิ่มตัว (ไฮไลท์)

การแปลความยาวคลื่นและความเข้มของแสงอินฟราเรดแต่ละชนิดเป็นแสงที่มองเห็นได้นั้นขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์และการใช้งานภาพอินฟราเรด นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับว่าภาพนั้นถ่ายด้วยกล้องที่ออกแบบมาจากพื้นดินเพื่อบันทึกแสงในสเปกตรัมอินฟราเรดหรือด้วยกล้องที่ออกแบบมาเพื่อจับภาพแสงที่มองเห็นซึ่งได้รับการดัดแปลงให้จับแสงอินฟราเรดโดยการลบฟิลเตอร์อินฟราเรดที่พบในกล้องส่วนใหญ่ และเพิ่มตัวกรองเพื่อลบแสงที่มองเห็น

ภาพถ่ายจากเครื่องมือทางดาราศาสตร์ที่ถ่ายภาพท้องฟ้ายามค่ำคืนในอินฟราเรดมีแนวโน้มที่จะถูกประมวลผลเพื่อให้ดูเหมือนกับท้องฟ้ายามค่ำคืนที่มองเห็นแม้ว่าสิ่งที่มองเห็นได้ในสวรรค์และสิ่งที่ไม่แตกต่างจากภาพอินฟราเรดมากกว่าสิ่งที่มองเห็นได้ ภาพแสง โดยปกติแล้วความยาวคลื่นที่สั้นกว่าของแสงอินฟราเรดจะถูกแสดงผลเป็นความยาวคลื่นที่สั้นกว่าของแสงที่มองเห็น (สีน้ำเงิน), ความยาวคลื่นกลางของแสงอินฟราเรดจะถูกแสดงเป็นความยาวคลื่นกลางของแสงที่มองเห็น (สีเขียว) และความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นในสเปกตรัมอินฟราเรด ความยาวคลื่นในสเปกตรัมแสงที่มองเห็น (สีแดง)

ในทางกลับกันภาพที่เคยเห็นมนุษย์ในภาพมืด ("คืนวิสัยทัศน์") มักแสดงความเข้มต่างกันของความยาวคลื่นเดียวกัน (10µm - ความยาวคลื่นที่มนุษย์แผ่ความร้อนมากที่สุด) โดยใช้สีที่ต่างกัน ในกรณีนี้สีขาวอาจแสดงถึงความเข้มสูงสุดที่ 10µm สีแดงอาจแสดงความเข้มต่ำกว่าเล็กน้อยที่ 10µm สีเขียวมีความเข้มต่ำลงและอื่น ๆ ความยาวคลื่นอื่น ๆ ของแสงอินฟราเรดอาจไม่สามารถแสดงผลได้ทั้งหมด

ตัวอย่างของแต่ละสถานการณ์ดังกล่าวข้างต้นจะมองเห็นได้ใกล้ด้านบนของบทความวิกิพีเดียในอินฟาเรด

— ไมเคิลซี
แหล่งที่มา

1

ภาพถ่าย IR สีที่แท้จริงจะน่าเบื่ออย่างยิ่ง ... เขตข้อมูลสีดำ

— Nick T

อุปกรณ์ "การมองเห็นตอนกลางคืน" ส่วนใหญ่ไม่เห็นรังสีอินฟราเรดจากมนุษย์ แต่ขยายการมองเห็นในปริมาณเล็กน้อยโดยเฉพาะอย่างยิ่งใกล้กับแสงอินฟราเรดที่พบได้ทั่วไปในเวลากลางคืน หากต้องการเห็น IR จากมนุษย์หรือแหล่งข้อมูลใด ๆ จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ IR ที่แท้จริงเช่น FLIR หรือกล้องถ่ายภาพความร้อน en.wikipedia.org/wiki/Thermographic_camera สิ่งเหล่านี้ค่อนข้างมีประโยชน์สำหรับการค้นหาสิ่งต่าง ๆ เช่นการรั่วไหลของน้ำและฉนวนที่ไม่ดีในผนังและเพดานและใช้เลนส์พิเศษเนื่องจากกระจกทึบแสงที่ความยาวคลื่น IR ความร้อน (5 ถึง 15um)

— doug

@doug หากภาพเหล่านั้นไม่เป็นภาพอินฟราเรดแสดงว่าไม่ใช่อุปกรณ์อินฟราเรด (และคำตอบนั้นไม่สามารถบอกตำแหน่งอุปกรณ์ดังกล่าวได้เลย) มีอุปกรณ์ "night vision" อินฟราเรดที่ตรวจจับความเข้มที่ 10µm

— Michael C

อุปกรณ์มองเห็นตอนกลางคืนทำภาพ IR เนื่องจากมีความไวต่อ IR มากกว่าแสงที่มองเห็นได้หลายคนมี LED LEDs ติดตั้งอยู่เพื่อให้การมองเห็นในที่มืดสนิทหรือที่แสงดาวรอบข้างไม่เพียงพอ อุปกรณ์มองเห็นกลางคืนซึ่งเรียกกันทั่วไปว่าไม่ใช่ตัวสร้างภาพความร้อน "ไม่เป็นไรเลนส์สามารถทำได้" คำถามไม่ได้หมายถึงตัวสร้างภาพความร้อนซึ่งใช้ประโยชน์จากรูปทรงเรขาคณิตและไม่ใช้เลนส์แก้ว ดู: en.wikipedia.org/wiki/Night-vision_device

— ดั๊ก

6

ใช่การถ่ายภาพอินฟราเรดจะบันทึกความยาวคลื่นอินฟราเรด โดยปกติจะใช้ตัวกรองเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีแสงที่มองเห็นได้ถูกบันทึกไว้ เซนเซอร์และภาพยนตร์ไม่ได้อิงตามสายตามนุษย์ดังนั้นข้อ จำกัด ต่าง ๆ เราสามารถเห็นแสงอินฟราเรดจากภาพถ่ายที่เกิดขึ้นเพราะมันจะแสดงในสีอื่น ๆ กว่าอินฟราเรด

ในการถ่ายภาพสีในภาพถ่ายที่ได้นั้นไม่ค่อยตรงกับมุมมองดั้งเดิม ในความเป็นจริงมันต้องใช้ความพยายามอย่างมากในการป้องกันไม่ให้สีเปลี่ยนตลอดกระบวนการทำงาน มีเทคนิคหลายอย่างที่ใช้ประโยชน์จากการกลายพันธุ์สีไม่มากก็น้อยเช่นการประมวลผลข้าม, HDR, ขาวดำ ฯลฯ และการถ่ายภาพ IR เป็นเพียงหนึ่งในนั้น การถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของการเปลี่ยนความยาวคลื่นที่มองไม่เห็นให้กลายเป็นสิ่งที่มองเห็นได้

— Imre
แหล่งที่มา

3

กล้องเป็นตารางของเซ็นเซอร์ซึ่งนับโฟตอนจากช่วงที่กำหนด พวกเขานับโฟตอนเหล่านี้และสร้างตารางแสดงความถี่ของโฟตอน (จำนวนโฟตอนต่อหน่วยต่อหน่วยไม่ใช่ความถี่ EM) สำหรับเซ็นเซอร์ทุกตัวในตาราง

ในทางปฏิบัติกล้องมีเซ็นเซอร์ที่ปรับให้เหมาะกับการจับโฟตอนสีแดงสีน้ำเงินและเขียว แต่มันก็เกิดขึ้นกับอินฟราเรด เมื่อใช้ตัวกรองคุณสามารถอนุญาตให้ใช้ IR กับเซ็นเซอร์เท่านั้น จากนั้นคุณจะได้รับตารางตัวเลขแสดงความถี่ของโฟตอนในช่วง IR

ตอนนี้คุณมีอิสระที่จะทำอะไรก็ได้ที่คุณชอบด้วยตารางนี้ คุณสามารถพล็อตมันเป็นฟังก์ชั่น 3 มิติที่มีความถี่สูง คุณสามารถแมปตัวเลขที่ต่ำเป็นสีดำและตัวเลขที่สูงเป็นสีขาวเพื่อสร้างภาพระดับสีเทา คุณสามารถแมปตัวเลขที่ต่ำเป็นสีดำตัวเลขปานกลางถึงตัวเลขสีส้มสีเหลืองและตัวเลขที่สูงเพื่อเลียนแบบวิธีการที่โลหะสีแดงร้อนจัด

เหตุผลที่คุณสามารถดูสี IR ได้เนื่องจากกล้องไม่ได้สร้างภาพที่มีสี (IR) เหมือนกันทุกประการที่เห็น มันสร้างภาพที่ถูกแปลงซึ่งทุกความยาวคลื่น IR ถูกแมปกับความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ สิ่งนี้ไม่ได้เกิดจากซอฟต์แวร์ แต่เกิดขึ้นด้วยตัวเอง: โดยปกติเซ็นเซอร์จับทั้งมองเห็นได้และ IR แต่ซอฟต์แวร์สันนิษฐานว่ามันมองเห็นได้ทั้งหมดเพราะมีตัวกรอง IR ปิดกั้นโฟตอนที่มีความยาวคลื่น IR แต่บางคนก็เอาตัวกรองออก

เป็นไปได้ที่จะสร้างกล้องความร้อนพิเศษที่เซ็นเซอร์ได้รับการปรับให้เหมาะกับการจับ IR สิ่งเหล่านี้อาจมีซอฟต์แวร์แปลง IR เป็นแสงที่มองเห็นได้อย่างชัดเจน

— Superbest
แหล่งที่มา