称霸社交网络的PS,同样也没放过你的浩瀚宇宙

12000年前,西班牙北部旧石器时代的古人类在洞穴中画下了精美的岩画。

这些画作记录了他们的狩猎场景,三位猎人身姿矫健,或弓步或跳跃,甚至三箭齐射。

今天我们知道三箭齐射这样玄妙的操作只存在于小说和表演当中。

人们早就已经不满足于只在现实中装扮自己。

自图像记录技术诞生以来,无论是绘画还是摄影,人们都追求超越现实的美好,不免得让人怀疑当中的真假虚实。

光绪年间,年过七旬的慈禧太后赶着封建王朝的尾巴,靠着高超的修图技术做了一个少女梦。

她脸上原本的皱纹、眼袋被悉数磨去,连鼻翼都没能幸免。

摄影技术从记录真实一度成为了展现美好的手段,无论是明星演员的各种美照,甚至是华南虎、UFO等所谓的大发现。

真假早已不是表面上看起来那么简单。

幸好,我们还有科学这一片净土,不是吗?

  ____________

  1946年,美国用从德国掳来的终极黑科技V2火箭进行了一次前卫的太空实验。

V2火箭在新墨西哥州的白沙导弹试验场发射升空,到达了104千米的极限高度,摸到了太空的边缘。

在那里,火箭所搭载的35mm相机拍下人类第一张太空照片,一张还难以辨出弧度的地球照片。

自那以后,V2火箭多次承担起了太空摄像师的艰巨任务。

所拍的照片经过拼接后,成为了作为地圆说最有力的证据,人们觉得这种实事求是的态度就是科学。

随着技术的进步以及大众科学素养的提高,科学以照片或视频这样的影像形式走进了千家万户。

我们早已习惯相信那些刊登在报纸杂志甚至学术期刊上的科学照片,因为我们认为“科学即真实”。

20世纪90年代,NASA斥巨资制造了世界第一台空间望远镜,由“发现者”号航天飞机送入太空。

5年之后,这架还用着磁带储存信息的哈勃望远镜传回了令人惊叹的照片。

这是位于天鹰星云内部的柱状气体尘埃。

它看起来是那么震撼,那么美丽,就像是紫霞仙子心中盖世英雄踩着的七色云彩一般。

这幅经典的照片当然成为了哈勃望远镜最经典的作品之一,也成为了无数人对宇宙对星河最原始的认知。

哈勃望远镜

  科学的进步甚至改变了宗教的修行方式。

有人在描述自己冥想时的体验时说道:“我想象自己脱离了引力飞向太空,在星际间穿梭,宇宙绚烂的景象与我的色彩感官相接,唤起了我对浩瀚星辰最原始的渴望。”

但很可惜,人类对用PS创造的宇宙是不会产生任何原始渴望的。

没错,即便是出自NASA这个最权威最前沿机构的科学照片也同样披着重重的PS装甲。

95年拍摄的这张“创生之柱”原始照片实际上看起来相当暗淡。

经过拼接、叠加、上色、美化之后才诞生了一张无与伦比的绚烂星云照片,流程颇有时尚杂志封面制作的感觉。

创生之柱原始图像

  无独有偶,浩瀚的宇宙远没有我们从照片中看来得绚丽,微观世界同样充满单调与枯燥。

在2015年安徽省的语文高考作文题中,想象力丰富的语文题组老师给出了这样一段材料:

活动期间,科研人员特地设计了一个有趣的实验,让同学们亲手操作扫描式电子显微镜,观察蝴蝶的翅膀。

通过这台可以看清纳米尺度物体三维结构的显微镜,同学们惊奇地发现:原本色彩斑斓的蝴蝶翅膀竟然失去了色彩,显现出奇妙的凹凸不平的结构。

原来,蝴蝶的翅膀本是无色的,只是因为具有特殊的微观结构,才会在光线的照射下呈现出缤纷的色彩….。

看起来是一个富有寓意的短科普,但实际上这段小材料却是个十足的笑话。

电子显微镜由于成像原理的关系,并非可见光成像,而是电子束成像,只能记录黑白的灰度信息。

就算是把颜料放在电子显微镜下也一样没有任何的色彩。

我们常常看见的那些色彩分明的超小尺度显微照片实际上与NASA的宇宙图片一样,都经过了不同程度的处理。

为什么这些与用做科研的资料照片不直接采用原始图片?这难道不会与实事求是的科学精神相冲突吗?

原因很简单,这些色彩丰富的照片不仅仅提升了大众的观感,也提升了科研人员的观感。

我们常常以为我们双眼看见的世界就是真实的世界,俗话也有“眼见为实”的说法。

可实际上,人类的眼睛是为了我们生活和生存而进化的,它在身体的发育过程中花费大量的能量。

因此我们不可能将眼睛打造为一个完美的全覆盖式感受器,它所能感受到的信息一定是与生存息息相关的。

今天我们知道,人类的眼睛选择了3种基础颜色视细胞,他们齐心合力便能辨别出千上万种的颜色。

实际上说得直白点,我们看到的不过是不同波长的电磁波,颜色只是在人脑中区分他们的标签而已。

我们进化出了对波长高度敏感的能力,也牺牲了对灰度等级的辨别能力。

相比于上万种的可辨色彩,只有二十几种的可辨灰度就显得十分孱弱了。

因此,我们在夜间光线不足无法辨别颜色的条件下视力会变得很差。

同理,我们对黑白照片的辨别能力也远没有对彩色照片来得强。

灰度图像难以辨清细节

  对于像是电子显微镜这样只能记录灰度信息的设备,即便它能记录上千个灰度等级,我们的眼睛还是无法辨别。

这就需要特殊的方法来处理,伪彩色处理便是一个最典型的方法。

简单来说,伪彩色处理就是将颜色按照一定的规则映射到原本的灰度上。

如此变化后,我们的分辨力从二十几种瞬间提升到了近万种。

采用伪彩色处理后的图像显然更加直观

  然而我们引以为傲的颜色辨别能力放在地球自然光谱中,就显得非常可怜。

即便是相机的底片都比我们的眼睛能记录更多更广的光线信息。

1895年,伦琴就是通过一个荧光屏的异常闪光才发现了与可见光同为电磁波的X射线。

为了照顾人眼可怜的能力,即便是发明出了能力超强的电子感光原件,我们也不得不将它的视野“禁锢”在可见光的范围之内。

一般的做法是用三色滤光片分离出人眼可见的所谓的“三原光”——红绿蓝。

经过滤光片后,感光元件便能记录这一种颜色的强度,用灰度信息记录。

三种颜色的光分别由单独的像点记录,每四个像点构成一组,由红色、蓝色像点各一个,绿色像点两个。

一组像点所记录的灰度信息按照颜色复原,最终再合成为一个包含红绿蓝三种颜色的彩色像素点。

正是因为这样的原理,让我们误以为相机拍下的照片只要不经过人为修改都是接近人眼看到的,是真实的。

相机的这种“人眼视觉”在地球上都不足以应付各种科研工作,更何况环境更复杂的宇宙。

哈勃望远镜的诞生为的也正式脱离大气层,接受最纯粹的宇宙射线、电磁波。

2015年,即将退休的哈勃望远镜重访天鹰星云的创生之柱,不仅拍下了比20年前更加清晰的照片,也展示了宇宙照片的制作过程。

科学家先用哈勃望远镜上的四片式CCD拍下连续三张灰度照片,对其进行多帧合成处理,去除随机噪点、增加对比度。

之后再才用滤光片分别记录氧、氢、硫所对应的光谱信息,将三组信息作为红蓝绿三色分别渲染。

三色叠加后再进行常规意义上的处理,加阴影、加饱和度等一系列修图手段。

一张绚烂多姿,符合人眼审美的“创生之柱”就完成了。

但实际上照片对应的颜色并不是真实的色彩,就算真的能飞跃星际也看不到这样的景象。

对于更加纯粹的科研照片,哈勃甚至会完全采用非可见光段成像,因为许多天体所发出的光亮并非可见光。

红外光下的可视化“创生之柱”

  我们追求真实,抨击作假,不仅仅对日常生活指指点点,甚至对学术界也抱有质疑。

按理来说质疑是我们前进的动力之一,应当鼓励。

可我们以什么来区分真实与虚假?

是凭“眼见为实,耳听为虚”的俗语?还是凭人为修改留下的蛛丝马迹?

我们以为的真实星球不过是个锅底

  可悲的是我们并不知道我们双眼之外的世界,我们必须依靠科学技术才得以继续探索。

谁都不知道我们是不是那个泡在缸中只会接受虚假信息的孤独大脑。

 *参考资料

  Dan Kedmey. Gallery: The art and science ofspace photography. TED. Nov 19, 2015.

  李丽洁. 科学可视化中的伪彩色技术研究[D].哈尔滨工程大学,2006.

  姚骏恩. 电子显微镜的现状与展望[J]. 电子显微学报,1998,(06):81-90.

  Seth Borenstein,胡溦. 哈勃望远镜:从宇宙笑柄到太空宝眼[J]. 英语文摘,2009,(07):41-43.

  陆家训. 哈勃望远镜能看到什么?[J]. 世界科学,1994,(03):4-5.

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