Метод обработки изображений, который специалисты Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) применяли для повышения детализации снимков каменистой поверхности Марса, помог энтузиасту наскального искусства проявлять древние выцветшие рисунки здесь, на Земле. Созданный им инструмент Dstretch со временем стал рабочим средством археологов по всему миру.
Работая над плагином Dstretch, Харман применил его к этому снимку из пещеры Сан-Борхитас в мексиканском штате Нижняя Калифорния. Когда в центре кадра проявилась жёлтая фигура, он понял, что создал нечто полезное. Фото: Джон Харман
Увлечение, растянувшееся на десятилетия
Джон Харман любит историю, и наскальное искусство занимает в этой любви особое место. Всё началось ещё в 1980-х, когда один из друзей взял его с собой в несколько экспедиций вместе с местными группами любителей петроглифов и наскальной живописи. Загадки древних изображений, например пещерных росписей, сразу же захватили Хармана, и этот интерес он пронёс через десятилетия.
Поворотный момент наступил в 2005 году, чуть больше двадцати лет назад, на одной из конференций по наскальному искусству. Кто-то показал Харману снимки со страницы миссии NASA Mars Exploration Rover — той самой программы, в рамках которой по Марсу ездили марсоходы Spirit и Opportunity. На фотографиях был виден впечатляющий эффект метода обработки под названием «декорреляционное растяжение» (decorrelation stretch).
Харман на фоне образца индейской наскальной живописи в стиле Ранчо-Бернардо, которая становится хорошо видна только после обработки в Dstretch. Фото: Джон Харман
Как работает декорреляционное растяжение
Как поясняла страница JPL 2005 года, декорреляционное растяжение — это «инструмент визуализации, усиливающий цветовые различия между объектами в сцене».
«Результатом процесса становится изображение, пиксели которого хорошо распределены по всем возможным цветам, при этом сохраняется относительное соотношение оттенка, насыщенности и яркости исходного снимка», — говорится в описании JPL.
Проще говоря, в обычной фотографии цветовые каналы — красный, зелёный и синий — сильно связаны между собой: если объект светлый, он светлый во всех трёх каналах сразу. Поэтому слабые различия в цвете теряются на фоне общей яркости. Алгоритм математически «развязывает» каналы, растягивает едва заметные различия на весь доступный диапазон и переводит результат обратно в видимые цвета. В итоге оттенки, которые человеческий глаз не отличает друг от друга, становятся контрастными и хорошо различимыми.
При изучении поверхности Марса каждая дополнительная деталь помогает разобраться в геологии и истории Красной планеты: разные минералы и породы на снимке окрашены почти одинаково, и без обработки их легко спутать. Харман сразу понял, что тот же принцип применим и к другим выцветшим, трудно различимым деталям — например, к древним рисункам на скалах, где пигмент за сотни и тысячи лет почти слился с камнем.
В 2005 году на конференции по наскальному искусству Джону Харману показали этот снимок поверхности Марса с обработкой методом декорреляционного растяжения и без неё. Оценив потенциал метода для поиска древних рисунков, Харман нашёл статью NASA с его описанием и создал плагин Dstretch для открытой программы обработки изображений. Изображение: NASA
«Увидев, сколько деталей раскрывает этот метод, Харман понял, что это значит для изучения древних выцветших изображений», — отмечают в NASA.
От научной статьи до приложения для смартфона
Опыт работы в сфере медицинской визуализации и учёная степень PhD по математике позволили Харману сразу понять, что он сможет воспользоваться методом NASA, как только погрузился в соответствующую научную статью агентства.
«Я поискал в Google и нашёл статью NASA, где объяснялось, как реализовать алгоритм. По опыту работы с медицинскими изображениями я знал, что справлюсь, — и сделал это», — рассказывает Харман.
Так появился плагин Dstretch для открытой программы обработки изображений ImageJ, популярной в научной среде. Со временем на его основе выросли приложения Dstretch для Android и iOS, благодаря которым исследователь может обработать снимок прямо в поле, со смартфона.
«Вместо того чтобы просто повышать контраст между цветами, декорреляционное растяжение переносит исходные цвета в другой, расширенный цветовой диапазон. Это сложный процесс, который включает, например, диагонализацию цветовых матриц», — поясняют в NASA.
Впервые Харман опробовал Dstretch на собственных фотографиях наскальных рисунков в мексиканском штате Нижняя Калифорния, сделанных в пещере Сан-Борхитас. Алгоритм буквально «вытащил из ниоткуда» жёлтую фигуру, которую на исходном снимке было почти невозможно разглядеть.
«Это убедило меня в пользе метода. Потом я начал экспериментировать и обнаружил, что, меняя цветовое пространство, в котором работаю, можно получать хорошие результаты на самых разных изображениях», — вспоминает Харман.
Находки по всему миру
Вскоре и другие поняли, что Dstretch даёт отличные результаты, в том числе археологи по всему миру. Приложение Хармана, основанное на работе NASA со снимками Марса, помогло обнаружить ранее не задокументированные фигуры и рисунки в Египте, Канаде, Греции и других странах. С помощью Dstretch даже улучшали изображения татуировок на мумифицированных останках.
«Меня удивило множество разных способов применения, которые нашли люди. Это здорово», — говорит Харман.
В 2010–2012 годах сингапурский археолог Ноэль Идальго Тан с помощью плагина Dstretch обнаружил более 200 выцветших росписей в храмовом комплексе Ангкор-Ват в Камбодже. Это изображение из помещения у вершины центральной башни храма почти не видно невооружённым глазом (слева); на нём изображён традиционный камбоджийский музыкальный ансамбль пинпеат. Фото: Ноэль Идальго Тан
Одно из самых громких достижений Dstretch пришлось на 2010–2012 годы. Сингапурский археолог Ноэль Идальго Тан с помощью плагина обнаружил более 200 выцветших росписей в храмовом комплексе Ангкор-Ват в Камбодже — одном из крупнейших религиозных сооружений в мире и объекте Всемирного наследия ЮНЕСКО. Многие из этих изображений практически невидимы невооружённым глазом.
История Dstretch — хороший пример того, как космические технологии неожиданно находят применение на Земле. Алгоритм, придуманный для анализа геологии другой планеты, оказался универсальным инструментом: ему не важно, что именно скрыто в едва различимых оттенках — марсианские минералы или краска, нанесённая на скалу древним художником.
