DSC/CEEI/UFCGDSC/CEEI/UFCG
A ImagemA Imagem(Parte III)(Parte III)
Prof. AMOUSSOU DOROTHÉEProf. AMOUSSOU DOROTHÉE
[email protected]@yahoo.com.br
UNIVERSIDADE KIMPA VITAUNIVERSIDADE KIMPA VITA
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Tópicos: Sistemas de Cores (Conversão)
Sistemas Multimídia
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Natureza da luz
c = f
c = velocidade da luz 3.0x108 m/s
v / f
v
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Sensibilidade do olho
0%
50%
100%
sen
sib
ilid
ade
rela
tiva
nm
400 500 600 700
Fração da luz absorvida pelo olho
380 nm 780 nm
Sensibilidade do olho em função do comprimento de onda:
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Luz branca (Newton)
luzbranca
prisma
vermelhoalaranjadoamareloverdeazulvioleta
luz branca (acromática) tem todos os comprimentos de onda
luz branca (acromática) tem todos os comprimentos de onda
Cor Violeta 380-440 nmAzul 440-490 nmVerde 490-565 nmAmarelo 565-590 nmLaranja 590-630 nmVermelho 630-780 nm
Cor Violeta 380-440 nmAzul 440-490 nmVerde 490-565 nmAmarelo 565-590 nmLaranja 590-630 nmVermelho 630-780 nm
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Espectro de fontes luminosas
Energia
100
0
50
nm
E
luz branca
luz colorida
400 500 600 700comprimento de onda
380 nm 780 nm
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Características das fontes luminosas
400 500 600 700
nm
E
brilho (brightness)
intensidadedefine o brilho
(brightness)
400 500 600 700
nm
E
saturação
a concentração no comprimento de onda dominante
define asaturação ou pureza
cores pastéissão menos saturadas oumenos puras
nm
E
matiz (hue)
comprimento de onda dominante
define a matiz (hue)
400 500 600 700
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Características das fontes luminosas
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
3D Color Spaces
Tri-cromático sugere espaço 3D
Polar
Luminância
Saturação
Matiz(Hue)
R
B
G
Cartesiano
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Sensibilidade do olho
Olho humano: Cones (SML) e Bastonetes (cegos para cor)
.020
.04
.06
.08
.10
.12
.14
.16
.18
.20
400 440 480 520 560 600 640 680
fraç
ão d
e lu
z ab
sorv
ida
por
cada
con
e
comprimento de onda (nm)
Curvas se sobrepõe!Não temos como saber qual a sensação de um dado cone!
)()(m
)(s
380 nm 780 nm
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Percepção de cor
400 440 480 520 560 600 640 680
Inte
nsi
dad
e
comprimento de onda (nm)
Luz Colorida
Luz Branca
não é assim!
dcL
dmcM
dscS
)()(
)()(
)()(
c( )
)(
)(m
)(s
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
O problema de reprodução de cor em CG
Mundo Real
Espaço Virtual
E
400 700
E
BG
R
• Objetivo: produzir a mesma sensação de cor
• olho só distingue 400 mil cores (< 219) 19 bits podem ser suficientes
• Objetivo: produzir a mesma sensação de cor
• olho só distingue 400 mil cores (< 219) 19 bits podem ser suficientes
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Colorimetria e Sistemas de Cores CIE (Commission Internationale de l’Eclairage)
RGB XYZ xyY Lu*v* La*b*
Sistemas por exumeração Munsell Pantone
Sistemas dependentes de dispositivos mRGB CMY CMYK
Sistemas para especificação interativa HSV HLS
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Os sistemas de cor padrão
O modelo matemático adequado para uma representação do espaço espectral de cor é um espaço vetorial de dimensão finita.
O processo de reconstrução de cor utiliza uma base de cores primárias.
Modelo tricromático de Young-Helmholtz - sistema de processamento de cor do olho humano é baseado na amostragem das faixas vermelha (red), verde (green) e azul (blue) do espectro visível, feita pelas moléculas fotossensíveis do olho -> Primeiro modelo padrão básico: CIE-RGB.
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Os sistemas de cor padrão
Monitor de computador:Três cores primárias emitidas por cada um dos tubos
de raios catódicos (vermelho a 700 nm, verde a 546 nm e azul a 436 nm) - não correspondem às cores detectadas pelo olho humano.
Necessidade de modificar as proporções de intensidade de cor aplicadas a cada uma das componentes primárias emitidas.
Não é possível reproduzir todos os comprimentos de onda de luz visível.
Existem, portanto, cores que não podem ser simplesmente reproduzidas em monitores a cores pela adição ponderada das cores vermelha, verde e azul.
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Representação perceptual da cor CIE RGB
r() R
g() G
b() B
Cor MonocromáticaC()
Problema:Não consegue se representar todas as cores visíveis (falta saturação)
R = 700 nmG = 546 nmB = 435.8 nm
C) = r R + gG + bB
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
- 0.2
0
0.2
0.4
400 500 600 700
438
nm
546
nm
(nm)
Val
ore
s d
os
tri-
esti
mu
los
Combinação de três cores (RGB) para reproduzir as cores espectrais
r)
g)
b)
C) = r) R + gG + bB
Componentes das cores monocromáticas - CIE RGB
Fonte: http://www/cvision.ucsd.edu/
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
- 0.2
0
0.2
0.4
400 500 600 700
(nm)
Val
ore
s d
os
tri-
esti
mu
los r)
g)
b)
Componentes das cores monocromáticas - CIE RGB
dbckB
dgckG
drckR
)()(
)()(
)()(
)(c
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Os sistemas de cor padrão
Solução: em 1931 a CIE (Commission Internationale de l’Éclairage) resolveu adotar um novo modelo de representação padrão X, Y, Z.
As cores primárias não correspondem a cores visíveis, mas suas componentes de cor são positivas sendo possível reproduzir no monitor todos os comprimentos de ondas de luz visível.
As coordenadas de cromaticidade dessas cores primárias são conhecidas, sendo possível a realização de cálculos que permitem não só obtenção de valores de grandezas no sistema XYZ a partir de grandezas do sistema RGB, assim como mudanças de coordenadas entre outros sistemas de cor.
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
C = r R + g G + b B
Conversão da base CIE RGB para CIE XYZ
0.490 0.310 0.2000.177 0.813 0.0110.000 0.010 0.990
RGB
XYZ
=
ZzYyXxC )()()()(
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
Val
or
nm
400 500 600 700
Cores Básicas do CIE 1931
Componentes das cores monocromáticas - CIE XYZ
)(x)(y
)(z
Y foi escolhida de forma a y ser semelhante à curva de sensibilidade do olho (luminância)
ZzYyXxC )()()()(
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Cores visíveis representadas no sistema CIE XYZ
X
Y
Z
780
380
780
380
780
380
780
380
780
380
780
380
)(
)()(
)(
)()(
)(
)()(
dz
dzc
Z
dy
dyc
Y
dx
dxc
X)(x)(y
)(z
)(c
nm400
nm700
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Nome das cores
x
650610
590
550
570
600
580
560
540
505
500
510
520530
490
495
485
480
470450
1.00.50.0
0.5
0.9
green
yellow-green
yellow
orange
red
magenta
purpleblue
cyan whitepink
y
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Conversão do mRGB paraCIE XYZ e vice-versaDados (R,G,B) determine (x,y)
1) O fabricante deve informar as coordenadas x,y dos fósforos do monitor
ex. R G B whitex 0.64 0.30 0.15 0.3127y 0.33 0.60 0.06 0.3290
2) Determine a coordenada z = 1 - x - y
R G B whitez 0.04 0.12 0.787 0.3582
ex.
3) As coordenadas X,Y,Z são obtidas de:
XYZ
XR
YR
ZR
XG
YG
ZG
XB
YB
ZB
RGB
XR
YR
ZR
XG
YG
ZG
XB
YB
ZB
=GR B= + +
O problema agora consiste em encontrar as componentes XYZ do R, G e B
ITU-R BT.709International Telecommunication Union
Valores aproximados
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Conversão do mRGB paraCIE XYZ …
xR = XR/ (XR+YR+ZR), se CR = XR+YR+ZR então XR = xRCR
substituindo na matriz da equação
XYZ
xRCR
yRCR
zRCR
RGB
=XR
YR
ZR
XG
YG
ZG
XB
YB
ZB
RGB
=xGCG
yGCG
zGCG
xBCB
yBCB
zBCB
para determinar as componentes CR , CG e CB usa-se o fato de que R=G=B=1 é a cor branca.
XW
YW
ZW
xRCR
yRCR
zRCR
111
=xR
yR
zR
xG
yG
zG
xB
yB
zB
CR
CG
CB
=xGCG
yGCG
zGCG
xBCB
yBCB
zBCB
YR = yRCR e ZR = zRCR eXG = xGCG , YG = yGCG e ZG = zGCG XB = xBCB , YB = yBCB e ZB = zBCB
da mesma forma
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Conversão do mRGB paraCIE XYZ …Supondo que a luminosidade do branco YW = 1.00, tem-se:
0.951.001.09
=CR
CG
CB
0.64 0.30 0.15 0.33 0.60 0.060.03 0.10 0.79
CR
CG
CB
resolvendo =0.6441.1921.203
=
0.412 0.358 0.1800.213 0.715 0.0720.019 0.119 0.950
XYZ
RGB
3.240 -1.537 -0.499-0.969 1.876 0.042 0.056 -0.204 1.057
RGB
=XYZ
Concluindo:
YW = yW CW CW = YW / yW = 1.0/0.3290 = 3.04 XW = xW CW = 0.31x3.04 = 0.9506 ZW = zW CW = 0.3582x316.45 = 1.089
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Sistemas de cor dependentes de dispositivo - CMYSistemas das Impressoras -CMY ou CMYK
processo predominantementesubtrativo
C
Y
M
R G
B
K
luz branca (1,1,1)
tinta ciano (0,1,1)
luz ciano (0,1,1)
componente vermelha é absorvidapapel branco (1,1,1)
normal
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Conversão RGB para CMY e vice-versa
B
R
G
1.0
1.0
1.0
Y
M
CW
K vermelho
azul
preto
verdeamarelo
ciano
magenta
branco
1.0
1.0
1.0
Y
M
C
W
K
preto
amarelo
ciano
magenta
branco
verde
vermelho
azul
(r,g,b) (c,m,y)
B
G
R
Y
M
C
1
1
1
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Sistemas de cor dependentes de dispositivo - CMYK
K := min (C, M, Y)
C := C - KM := M - KY := Y - K
K := min (C, M, Y)
C := C - KM := M - KY := Y - K
O sistema CMYK usa o preto (blacK) porque o pigmento (carbono) é mais barato;
A superposição de ciano, magenta e amarelo para produzir preto gera um tom meio puxado para o marrom.
M
Y
K
C
base linearmentedependente
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
HSV
Visão lateral do hexágono HSV
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
HSV/HSB Color Space
Brightness Scale
Saturation Scale
HSV = Hue Saturation Value HSB = Hue Saturation Brightness
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
HSV
ValueSaturation
Hue
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Transformação RGB para HSV e vice-versa
R
G
B
Max = max(R,G,B)Min = min(R,G,B)
no caso G e B, respectivamente
R
G
B
V = Max
S = ( Max-Min ) / Max B
R
S=0
S=1
Min
Max
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Conversão RGB para HSVcálculo de H
R (0o)
Y (60o)G(120o)
C(180o)
B(240o) M(300o)
SH
V
0o
60o120o
180o
240o 300o
120o
180o
R
B
r
b gH
Hg b
g
120 60
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
HLS Color Space
red0
green120 yellow
Blue240
cyan
magenta
V
black0.0
0.5
HS
HLS = Hue Lightness Saturation
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Sistemas de vídeo componente
O olho tem menor sensibilidade para detectar cores do que variações de intensidade Utiliza-se uma banda maior para a luminância:
Y = 0,299R + 0,587G + 0,116B Os componentes de crominância são
representados como: R-Y e B-Y Sistemas baseados em Y, R-Y, B-Y são
chamados de vídeo componente.
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Sistemas de vídeo digital
O padrão internacional para vídeo digital Y, Cr, Cb é dado pela seguinte transformação de Y, R-Y, B-Y: Y = 16 + 234Y Cr = 128 + 112 (0,5/(1-0,114) * (B-Y)) Cb = 128 + 112 (0,5/(1-0,299) * (R-Y))
Usado nos padrões JPEG e MPEG.
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
RGB to YCrCb
YCrCb to RGB
Fonte: http://www.efg2.com/Lab/Library/Color/Science.htm
1128.00 0.50 0.33- 17.0
128.00 0.08- 0.42- 50.0
00.0 11.0 59.0 30.0
BG
R
Cb
Cr
Y
1227.07- 1.77 0.00 00.1
135.42 0.34- 0.71- 00.1
20.179 00.0 40.1 00.1
Cb
CrY
B
G
R
Sistemas de vídeo digital
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
RCr
R G BB
CbR G B
Imagem original, Componente Y - intensidade, Cb – Componente azul, Cr – Componente vermelha. (da esquerda para a direita)
Sistemas de vídeo digital
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Sistemas de vídeo composto
São sistemas de cor para transmissão de vídeo (NTSC, PAL, etc.).
Os componentes são combinados em um único sinal:
O sinal de luminância pode ser utilizado em aparelhos preto e branco
As crominâncias podem ser codificadas em apenas 5% da banda de passagem sem degradar o sinal de luminância.
Sistema YUV U = 0,493 (B-Y) V = 0,877 (R-Y)
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Sistemas de vídeo composto
Sistema YIQ: IQ é obtido a partir de uma rotação das coordenadas UV
I ocupa uma banda menor Criado para ser eficiente e compatível com TV preto e
branco. Usado no NTSC (National Television Standards Committee)
Y é a luminância (intensidade) – mesmo que CIE Y I e Q codificam cromaticidade
B
G
R
Q
I
Y
31.052.021.0
32.028.060.0
11.059.030.0
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Uso de Cores
Usos estéticos (passar uma sensação ao observador), destacar objetos, codificar quantidades (relevo, temperatura, dinâmica de fluídos).
Nosso sistema visual é mais sensível à variação espacial (pequenos detalhes devem diferir do fundo da imagem não somente em cor mas em intensidade).
Azul e preto, amarelo e branco são combinações ruins (não use azul para texto).
Para daltônicos evite verdes e vermelhos com baixa saturação e intensidade.
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Uso de Cores
É difícil de se perceber cores quando usadas com pequenos objetos.
Cor percebida de objeto é afetada por cor da área que o circula.
Cores muito saturadas produzem imagens posteriores.
Cores afetam tamanhos percebidos Objetos vermelhos aparentam ser maiores que objetos
verdes. Cores refratam de modo diferente na nossa lente e
aparentam distâncias diferentes.
DSC/CEEI/UFCG
DSC/CEEI/UFCG
Comparação entre o sistema visual humano e um sistema de visão artificial
Fonte: MARQUES FILHO, O. e VEIRA NETO, H., Processamento Digital de Imagens, Editora Brasport, 1999.