Le fotografie a infrarossi contengono davvero colori a infrarossi?

A scuola, abbiamo imparato tutti che dalla luce bianca possiamo solo percepire lo spettro visibile ma non possiamo vedere le porzioni UV o IR .

In tal caso, come mai possiamo fare la fotografia a infrarossi ? OK, l'obiettivo può farlo, ma come possiamo vedere i colori IR nell'immagine finale? Come sappiamo davvero che è la luce IR e non solo i colori drammatici?

Il "colore" è essenzialmente una proprietà della distribuzione delle lunghezze d'onda della luce visibile (come percepita dall'uomo).

Le fotocamere digitali rilevano solo la quantità di luce per ogni pixel, non possono misurare la lunghezza d'onda e quindi non possono registrare direttamente i colori. Le immagini a colori vengono prodotte posizionando i filtri rosso / verde / blu alternati davanti a ciascun pixel. Posizionando un filtro rosso (uno che blocca la luce verde e blu) davanti a un pixel, è quindi possibile misurare la quantità di luce rossa in quella posizione.

La fotografia a infrarossi con fotocamere digitali standard comporta il filtraggio della luce visibile (e, facoltativamente, la rimozione del filtro IR incorporato), quindi viene registrata solo la luce a infrarossi. I filtri alternati rosso / verde / blu rimangono in posizione.

Esistono diverse lunghezze d'onda della luce infrarossa, tuttavia queste lunghezze d'onda non corrispondono al "colore" perché sono invisibili all'occhio umano. Il vero infrarosso, nell'intervallo 850nm e più lungo, passa più o meno equamente attraverso ciascuno dei filtri rosso / verde / blu in modo da finire con un'immagine di sola intensità (scala di grigi), come questa:

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

Le lunghezze d'onda che sono più vicine allo spettro visibile, quindi una chiamata vicino a IR nella gamma di 665nm passeranno attraverso i filtri RGB in quantità diverse in modo da produrre un'immagine con valori RGB diversi e quindi quando visualizzata sul computer si ottiene un'immagine a colori.

Ma i colori non sono "reali", nel senso che il colore è una proprietà della visione umana e queste lunghezze d'onda sono al di fuori della nostra visione, quindi il cervello non ha definito un modo di presentarcelo. I diversi colori che vedi in un'immagine digitale a infrarossi (riprodotta nel raggio visibile dal monitor del tuo computer) derivano da una carenza nei filtri blu e verde.

I filtri blu sono progettati per filtrare la luce rossa e verde a bassa frequenza, ma attorno alla gamma dello spettro visibile (poiché il filtro IR della fotocamera normalmente elimina tutto il resto). Quando la luce visibile viene bloccata e le frequenze diventano molto basse (come quelle riflesse dal fogliame attraverso l' effetto legno ), ricominciano a passare attraverso i filtri blu e verde!

Quindi il fondo dello spettro visibile / molto vicino all'IR (che è abbondante nel cielo) eccita principalmente i pixel rossi mentre i filtri blu e verde stanno ancora facendo il loro lavoro, vicino all'IR (riflesso dalle foglie) inizia ad eccitare il blu e il verde pixel poiché i filtri funzionano al di fuori del loro intervallo normale.

Il risultato è un cielo dall'aspetto rosso e alberi dall'aspetto blu / turchese, in questo modo:

_{(fonte: wearejuno.com )}

Ma poiché questi colori non sono reali, i fotografi scambiano spesso i canali rosso / blu, il che dà un cielo blu dall'aspetto più normale e alberi verde / gialli:

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

L'immagine che possiamo vedere da una telecamera a infrarossi è quella che è conosciuta come immagine a falsi colori . Ciò significa che una gamma di lunghezze d'onda nello spettro infrarosso viene renderizzata con una corrispondente lunghezza d'onda di luce visibile. Proprio come con la luce visibile, una particolare lunghezza d'onda della luce infrarossa può variare in intensità da appena sopra il nero (ombre) a quasi saturazione (luci).

Il modo in cui ogni lunghezza d'onda e intensità della luce infrarossa viene tradotta nella luce visibile che possiamo vedere dipende molto dallo scopo e dall'uso previsto dell'immagine a infrarossi. Dipende anche dal fatto che l'immagine sia stata catturata con una fotocamera progettata da zero per registrare la luce nello spettro infrarosso o con una fotocamera progettata per catturare la luce visibile che è stata convertita per catturare la luce a infrarossi rimuovendo il filtro a infrarossi presente sulla maggior parte delle fotocamere e aggiungendo un filtro per rimuovere la luce visibile.

Le immagini di strumenti astronomici che fotografano il cielo notturno nell'infrarosso tendono ad essere elaborate in modo da sembrare il cielo notturno visibile anche se ciò che è visibile nei cieli e ciò che non lo sarà sarà diverso in un'immagine a infrarossi rispetto a ciò che è visibile in un visibile immagine chiara. Tipicamente, le lunghezze d'onda più corte della luce infrarossa saranno rese come lunghezze d'onda più corte della luce visibile (blu), le lunghezze d'onda medie della luce infrarossa saranno rese come lunghezze d'onda medie della luce visibile (verde) e le lunghezze d'onda più lunghe nello spettro infrarosso saranno rese più lunghe lunghezze d'onda nello spettro della luce visibile (rosso).

D'altra parte, le immagini utilizzate per vedere gli umani al buio (immagini di "visione notturna") mostreranno spesso intensità diverse della stessa lunghezza d'onda (10 µm - la lunghezza d'onda alla quale gli umani irradiano il maggior calore) usando colori diversi. In tal caso il bianco potrebbe indicare la massima intensità a 10 µm, il rosso potrebbe indicare un'intensità leggermente inferiore a 10 µm, il verde un'intensità ancora più bassa e così via. Le altre lunghezze d'onda della luce infrarossa potrebbero non essere rese affatto.

Esempi di ciascuno degli scenari sopra riportati sono visibili nella parte superiore dell'articolo di Wikipedia su Infrarossi .

Sì, la fotografia a infrarossi registra le lunghezze d'onda a infrarossi. Di solito, viene utilizzato un filtro per assicurarsi che nessuna luce visibile venga registrata. I sensori e i film non si basano sull'occhio umano, quindi i loro limiti sono diversi. Possiamo vedere la luce a infrarossi sulle fotografie risultanti perché è visualizzata in alcuni colori diversi da quelli a infrarossi.

Nella fotografia, i colori nella fotografia risultante raramente corrispondono esattamente alla vista originale; infatti, ci vuole un grande sforzo per evitare che i colori cambino durante il flusso di lavoro. Esistono diverse tecniche che sfruttano più o meno i colori mutanti, come l'elaborazione incrociata, l'HDR, il bianco e nero, ecc; e la fotografia IR è solo una di queste. L'imaging a raggi X è un altro esempio di trasformazione di lunghezze d'onda invisibili in visibili.

La fotocamera è una griglia di sensori che contano i fotoni da un determinato intervallo. Contano questi fotoni e producono una tabella che mostra la frequenza dei fotoni (quanti fotoni per unità di tempo, non la loro frequenza EM) per ogni sensore sulla griglia.

In pratica, le telecamere hanno sensori ottimizzati per la cattura di fotoni rossi, blu e verdi, ma in tal modo catturano anche gli infrarossi. Utilizzando i filtri, è possibile consentire solo IR sui sensori. Verrà quindi visualizzata una tabella di numeri che mostra la frequenza dei fotoni nell'intervallo IR.

Ora sei libero di fare quello che vuoi con questa tabella. Puoi tracciarlo come una funzione 3D con la frequenza come altezza. È possibile mappare numeri bassi a numeri neri e numeri alti a bianco, per produrre un'immagine in scala di grigi. Puoi associare numeri bassi a neri, numeri medi a giallo-arancio e numeri alti per imitare il modo in cui il metallo incandescente si illumina.

Il motivo per cui puoi vedere i colori IR è perché la fotocamera non produce un'immagine con esattamente gli stessi colori (IR) che ha visto. Produce un'immagine trasformata, in cui ogni lunghezza d'onda IR è mappata su una lunghezza d'onda visibile. Questo non viene fatto dal software, ma accade da solo: i sensori normalmente catturano sia visibile che IR, ma il software presume che sia tutto visibile perché esiste un filtro IR che blocca i fotoni con lunghezze d'onda IR. Ma alcune persone rimuovono i filtri.

È tutto possibile realizzare speciali termocamere, dove i sensori sono effettivamente ottimizzati per catturare IR. Questi probabilmente avrebbero un software che converte esplicitamente IR in luce visibile.