深空摄影中的色彩校准极具争议，因为人眼视觉复杂，包含四种感光细胞，其中视杆细胞提供黑白视觉，视锥细胞分别对红、绿、蓝光谱敏感。由于红绿视锥细胞的光谱响应重叠，大脑通过减去部分绿色来调整红色感知，导致色彩匹配函数中出现负值，这使得深空照片的色彩难以统一校准。

为什么无法对（深空）天文照片进行色彩校准

在天文摄影中，色彩是最具争议的部分。似乎没有两张照片的色彩是完全相同的，网络上充斥着关于哪些色彩是正确或自然的争论。

人类的视觉和感知非常复杂。为了适应博客的篇幅，这里的描述已经大大简化。如果你想要详细了解，建议查阅相关教科书。

简单来说，我们的眼睛有四种感光细胞。其中最多的是视杆细胞，它们提供黑白视觉：非常细致但没有色彩。其他的是视锥细胞，每种类型对可见光谱的特定部分有反应：

这些波长范围的峰值大致对应于红、绿、蓝三种颜色。由于红色和绿色视锥细胞之间有很多重叠，我们的大脑会从红色中减去一些绿色，从而产生这种光谱响应：

感知到的颜色取决于每种视锥细胞信号之间的比例，这对应于进入眼睛的红、绿、蓝光的比例。

相机中的像素根据入射光的亮度产生信号，生成单色图像。为了制造彩色相机，我们在像素网格上覆盖一个交替的RGB滤镜网格：

相机的计算机将相邻像素之间的亮度比转换为颜色。最终的色彩准确性取决于相机滤镜与人眼视锥细胞的接近程度。

以下是典型相机传感器的光谱响应：

最显著的区别发生在800-1000纳米之间：对我们来说，这些波长大多是不可见的。然而，相机却能很好地看到它们，而且由于用作滤镜的有机染料在红外线下不起作用，它们会同时触发所有颜色通道。在白平衡（调暗绿色和蓝色通道）后，这些波长会变成淡粉色：

这颗红巨星表面温度相对较低，大部分光在红外线中发射，因此它呈现为粉色。我们的眼睛根本看不到红外线，所以这颗星看起来是暗红色。

在后期处理中无法解决这个问题。当然，你可以将粉色改为暗红色，但这也会影响本应是粉色的区域。相机根本没有捕捉到足够的信息来区分真正的粉色和假的粉色。

在这种情况下，真正的解决方案很简单：只需添加一个滤镜，防止红外光到达传感器——但我们并不总是这么幸运。

等离子体的麻烦：

电离氢会发射多种波长的光，但主要是656纳米的红色H-α和486纳米的蓝色H-β。我们的眼睛不太擅长看到深红色的H-α，所以较暗的蓝色H-β能够与之竞争，结果呈现为粉色。

然而，许多相机对H-α非常敏感，所以氢呈现为红色：

许多其他相机，特别是那些带有强烈UV-IR截止滤镜的相机，对H-α反应不足，导致星云显得暗淡和偏蓝。通常人们会移除这些滤镜（天文改装），但这通常会导致相机反应过度。

氢并非偶然：

电离氧在500.7纳米处有一条明亮的发射线，产生了你在星云中看到的所有绿色和蓝色。

问题是这条线正好位于绿色和蓝色之间。在我的眼睛看来，这个波长看起来像绿松石色（sRGB #00FFBA），但我的相机传感器看到的是青色（sRGB #50E4FF）：

无法通过校准来解决这个问题，因为让蓝色更绿会导致绿色星星，这也是错误的……而且由于光是单色的，添加滤镜不会改变颜色，只会改变强度。

为了确认，让我们尝试将我的传感器的色彩校准矩阵应用到图像上：

这难道不是……让所有东西都饱和了吗？它让氧更蓝，氢更红，星星更粉。

色彩矩阵补偿了传感器色彩滤镜之间的重叠，这会导致颜色看起来褪色。这可以通过提高饱和度来修复，但如果颜色本身是错误的，这会让情况变得更糟。

太空就是太空

一旦你离开了熟悉的宽带光和颜料世界，离开了灯泡和色卡，色彩校准的前提就崩溃了。根本无法将相机看到的颜色转换为眼睛看到的颜色。

即使是像白平衡这样简单的东西也是有问题的。在太空中，没有任何东西是由均匀光源或均匀亮度照亮的，大多数物体都会自己发光。大多数摄影师使用“日光”白平衡，但我们拍摄的物体远远超出了太阳的领域。

在我的图像中，我通常保留相机滤镜看到的颜色，并根据平均螺旋星系设置白平衡。这样，至少白点是相对客观的：

评论内容主要围绕天文摄影中的色彩处理问题展开，观点多样且涉及技术细节。以下是总结：

1. 天文摄影中的色彩处理：

   • 许多天文摄影使用单色传感器和窄带滤镜，而非传统的RGB滤镜，以提高信噪比并减少光污染。例如，bhouston提到：“天文摄影师通常不使用带有UV-IR截止滤镜的相机，而是使用单色传感器和窄带滤镜。”（"Astrophotographers do not use cameras with UV-IR cut filters at all. Instead they use monochromatic sensors with narrowband filters."）
   • 高端天文摄影通常使用假色处理，以突出天体的结构和细节。bhouston指出：“几乎所有高端天文摄影都是假色，因为这些图像通过将单色传感器的窄带捕捉映射到有趣的颜色上来处理。”（"Almost everything you see in high end astrophotography is false color because they map these individual narrowband captures on the monochrome sensors to interesting colours."）

2. 色彩处理的科学性与艺术性：

   • 科学传感器追求“方形”光谱响应，与人类视觉不同，因此从传感器生成真实的RGB图像是一种艺术形式。jofer提到：“科学传感器希望尽可能‘方形’的光谱响应，这与人类眼睛的响应完全不同。”（"Scientific sensors want as 'square' a spectral response as possible. That's quite different than human eye response."）
   • NASA等机构使用假色图像（如HSO调色板）以提高图像的可解释性。dheera指出：“许多NASA图像使用HSO调色板，这是假色图像，特别是将硫和氢的红色线分配给不同的颜色。”（"Many NASA images use the 'HSO' palette which is false color imagery. In particular the sulfur (S) and hydrogen (H) lines are both red to the human eye, so NASA assigns them to different colors."）

3. 对色彩处理的批评与建议：

   • 一些评论者对天文摄影中色彩处理的不透明性表示失望。monkeyelite提到：“令人失望的是，大多数太空照片是通过将模拟输入映射到渐变来制作的，而且这一点并没有更直接地说明。”（"Disappointing that most space photos are made by mapping an analog input onto a gradient and that this isn’t stated more directly."）
   • 有评论者建议使用多光谱成像来获取更准确的色彩信息。mystraline提出：“正确的图像颜色应该是多光谱辐射图，类似于每个点的瀑布图。”（"The proper color of an image would be a multispectral radiograph similar to a waterfall plot for each point."）

总结：评论者普遍认为天文摄影中的色彩处理是科学与艺术的结合，假色处理有助于突出天体的结构和细节，但也有人对色彩处理的不透明性表示不满，并建议采用更先进的技术来获取更准确的色彩信息。