От марсианских снимков к древним наскальным рисункам

Метод NASA Dstretch, созданный для изучения Марса, помогает выявлять выцветшие наскальные рисунки. С его помощью в Ангкор-Вате обнаружили более 200 ранее неизвестных росписей.

Как обработка снимков Марса помогает находить древнее наскальное искусство

Метод обработки изображений, созданный специалистами Лаборатории реактивного движения NASA для повышения детализации спутниковых фотографий каменистой поверхности Марса, получил неожиданное применение на Земле. Энтузиаст наскального искусства использовал эту технологию, чтобы выявлять древние изображения, почти исчезнувшие из-за времени и выветривания.

Интерес к наскальной живописи у Джона Хармана появился в 1980-х годах. Один из его друзей пригласил его в несколько экспедиций местных групп, занимавшихся изучением наскальных рисунков. Загадки древних изображений, включая росписи в пещерах, сразу привлекли Хармана. Этот интерес сохранился у него на протяжении последующих десятилетий.

В 2005 году, примерно через двадцать лет после первых поездок, Харман посетил конференцию, посвящённую наскальному искусству. Там ему показали фотографии с веб-страницы NASA, посвящённой марсоходам Mars Exploration Rover. На снимках демонстрировался эффект обработки, известной как decorrelation stretch — «декорреляционное растяжение».

В материалах NASA, опубликованных Лабораторией реактивного движения в 2005 году, decorrelation stretch описывается как инструмент визуализации, предназначенный для усиления различий в цвете между объектами внутри изображения. После обработки пиксели распределяются по максимально широкому диапазону доступных цветов, при этом сохраняется взаимное соотношение исходных оттенка, насыщенности и интенсивности.

Для анализа марсианской поверхности даже небольшое увеличение видимых деталей может помочь исследовать геологию и историю Красной планеты. Харман предположил, что тот же принцип применим к другим изображениям, где трудноразличимые цветовые переходы скрывают важные сведения. В частности, речь шла о выцветших и плохо различимых наскальных рисунках.

Увидев, насколько сильно обработка меняет марсианские снимки, Харман понял, что она может оказаться полезной при изучении древних изображений. Его опыт в области медицинской визуализации и степень PhD по математике позволили ему быстро разобраться в принципах метода. Изучив научную работу NASA, он решил самостоятельно реализовать описанный алгоритм.

«Я нашёл эту работу NASA через Google; в ней объяснялось, как реализовать алгоритм. Благодаря опыту в медицинской визуализации я понимал, что справлюсь, поэтому просто сделал это», — рассказывал Харман.

Так началась разработка плагина Dstretch. Позднее проект вырос в приложения Dstretch для Android и iOS, предназначенные для обработки изображений.

Dstretch не ограничивается обычным повышением цветового контраста. Алгоритм переводит исходные цвета в другой, расширенный диапазон. Внутри процесса выполняются сложные математические операции, в том числе диагонализация цветовых матриц. Благодаря этому оттенки, которые в исходной фотографии выглядят почти одинаковыми, могут стать визуально различимыми.

Первым практическим испытанием для Хармана стали собственные фотографии наскальных рисунков, сделанные в мексиканской Нижней Калифорнии. При обработке один из снимков неожиданно выявил жёлтую фигуру, практически незаметную в исходном виде. Именно этот результат убедил Хармана, что разработанный инструмент действительно пригоден для археологических исследований.

«Тогда я понял, насколько это полезно. После этого я начал экспериментировать и обнаружил, что смена цветового пространства, в котором выполняется обработка, позволяет получать хорошие результаты на разных изображениях», — говорил он.

Принцип работы метода заключается не просто в том, чтобы сделать соседние цвета контрастнее. Исходная цветовая информация перераспределяется по более широкому спектру, благодаря чему скрытые различия становятся видимыми. Для фотографий древнего искусства это особенно важно: пигменты могут сохраняться на поверхности скалы, но быть настолько выцветшими, что человеческий глаз уже не различает изображение.

Инструмент быстро начали применять другие специалисты, в том числе археологи из разных стран. Основанное на разработках NASA для марсианских снимков приложение помогало находить ранее не документированные фигуры и фрагменты росписей в Египте, Канаде, Греции и других местах. Dstretch также использовали для усиления изображений татуировок на мумифицированных останках.

«Меня удивило, сколько разных способов применения этому нашли люди. Это было особенно интересно», — отмечал Харман.

Одним из наиболее значимых результатов стала работа сингапурского археолога Ноэла Идальго Тана в Камбодже. В период с 2010 по 2012 год он применял Dstretch в районе храмового комплекса Ангкор-Ват и обнаружил более 200 выцветших росписей.

До обработки многие изображения были почти невидимы невооружённым глазом. Среди найденных фрагментов оказалась роспись в помещении рядом с верхней частью центральной башни храма. На ней изображён традиционный камбоджийский музыкальный ансамбль пинпит — коллектив, исполняющий музыку на характерных для Камбоджи инструментах.

На исходной фотографии роспись практически сливается с поверхностью стены, тогда как после применения Dstretch становятся различимы фигуры музыкантов и детали композиции. Этот пример показывает, что цифровая обработка может не только улучшать качество уже известных изображений, но и помогать обнаруживать произведения искусства, которые прежде не были зафиксированы исследователями.

В разработке и применении метода участвовали идеи и материалы NASA, а также работа Джона Хармана и Ноэла Идальго Тана. История Dstretch демонстрирует, как специализированный инструмент для исследования другой планеты оказался полезен в сохранении и изучении культурного наследия Земли.