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Luz e Cor. Luz f(Hertz) 10 2 10 4 10 6 10 810 10 12 10 14 10 16 10 18 10 20 rádioAM FM,TV Micro-Ondas Infra-Vermelho Ultra-Violeta RaiosX VISÍVEL vermelho.

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1 Luz e Cor

2 Luz f(Hertz) rádioAM FM,TV Micro-Ondas Infra-Vermelho Ultra-Violeta RaiosX VISÍVEL vermelho (4.3x10 14 hz), laranja, amarelo,..., verde, azul, violeta (7.5x10 14 hz) (m) Onda eletro-magnética

3 Comprimento de Onda c = f c = Velocidade da Luz 3.0x10 8 m/s c/ f Cor Violeta m Azul m Verde m Amarelo m Laranja m Vermelho m Cor Violeta m Azul m Verde m Amarelo m Laranja m Vermelho m 1 m = m

4 Reflexão e Refração i r incidenterefletido refratado material 1 i material 2 i = velocidade da luz no material i velocidade da luz no vácuo sen r = sen i lei de Snell (1621) i luz branca prisma vermelho alaranjado amarelo verde azul violeta luz branca (acromática) tem todos os comprimentos de onda luz branca (acromática) tem todos os comprimentos de onda Newton

5 Fontes luminosas m E fonte luminosa branca fonte luminosa colorida m E comprimento de onda dominante define a matiz (hue)

6 Características das fontes luminosas m E matiz (hue) comprimento de onda dominante define a matiz (hue) m E brilho (brightness) intensidade define o brilho (brightness) m E saturação a concentração no comprimento de onda dominante define a saturação ou pureza cores pastéis são menos saturadas ou menos puras

7 Processos de formação de cores índices de refração distinto do material base por pigmentação A sucessão de reflexão e refração determinam a natureza da luz refletida tinta preta tinta branca tinta colorida (saturada) tons mais escuros (shade) tons mais claros (tints) Cinzas (greys) PALHETA DO PINTOR tons

8 Processos de formação de cores subtrativos Luz branca Filtro verde Luz verde filtros ou corantes aditivos EiEi EfEf t E f ( ) = t( ). E i ( ) transparência azul amarelo E a+b ( ) = E a ( )+E b ( ) EaEa EbEb a b a+b E a+b índices de refração próximo do material base O olho não vê componentes!

9 Espaço de cor do olho humado Olho humano: Cones (RGB) e Bastonetes (cegos para cor) fração de luz absorvida por cada cone comprimento de onda (m ) B G R

10 Fração da luz absorvida pelo olho sensibilidade relativa m luminosidade

11 Tons de cinza igualmente espaçados Branco Preto Intensidade Posição

12 Tons de cinza perceptualmente espaçados e bandas de Mach Branco Preto Intensidade Posição Efeito da Banda de Mach

13 Contraste Simultâneo

14 Percepção de cor Intensidade comprimento de onda (nm) B G R Luz Colorida Luz Branca componente vermelha r = c( ) R( ) d não é bem assim!

15 O problema de reprodução de cor em CG Mundo Real Espaço Virtual E E B G R mesma sensação de cor Metamerismo só distingue 400 mil cores (< 2 19 ) 19 bits deveriam ser suficientes mesma sensação de cor Metamerismo só distingue 400 mil cores (< 2 19 ) 19 bits deveriam ser suficientes

16 Representação perceptual da cor CIE RGB r( ) R g( ) G b( ) B Cor Monocromática C( ) Problema: Não consegue se representar todas as cores visíveis (falta saturação) R = 700 m G = 546 m B = m C ) = r R + g G + b B

17 Artifício para subtrair uma componente C + r R = g G + b B C = r R + g G + b B, onde r = - r r( ) R g( ) G b( ) B C( )

18 nm546 nm (m ) Valores dos tri-esimulos Combinação de três cores (RGB) para reproduzir as cores espectrais r ) g ) b ) C ) = r ) R + g G + b B Componentes das cores monocromáticas - CIE RGB -

19 RGBRGB XYZXYZ = C = r R + g G + b B C = X X + Y Y + Z Z X = r g b Y = r g b Z = r g b Conversão da base CIE RGB para CIE XYZ Escolhendo-se XYZ tal que: tem-se onde

20 Valor m Cores Básicas do CIE 1931 C ) = X X + Y Y + Z Z X X Y Z Nota: Y foi escolhida de forma a Y ser semelhante à curva de sensibilidade do olho (luminância) Componentes das cores monocromáticas - CIE XYZ -

21 X Y Z Plano X+Y+Z=1 Cores visíveis representadas no sistema CIE XYZ

22 Valores típicos de iluminamento de uma superfície Modo Valores (lux) Luz do dia(máximo) Luz de dia sombrio Interior próximo a janela Minimo p/ trabalho 100 Lua cheia 0,2 Luz das estrelas 0,000 3 … e o olho se acomoda! … e o olho se acomoda! Um parenteses sobre luminosidade ou brilho x = X/(X+Y+Z) y = Y/(X+Y+Z) z = Z/(X+Y+Z) x = X/(X+Y+Z) y = Y/(X+Y+Z) z = Z/(X+Y+Z) Retirar o fator luminosidade ou brilho projetando no plano X+Y+Z=1 note que x+y+z =1 Retirando a luminosidade ou brilho da definição da cor em CIE XYZ X = ( x / y ) Y Y = Y Z = (1-x-y ) Y / y X = ( x / y ) Y Y = Y Z = (1-x-y ) Y / y

23 Purpura Azul Cian Verde Amarelo Vermelho x y Branco Cores visíveis representadas no sistema CIE xyY

24 y x Branco C2C2 C1C1 cores saturadas a b saturação de C 1 = a a + b y x Branco C C C é complementar a C C + C = Branco Saturação e cor complementar no diagrama de cromaticidade xy

25 x y gamute de um monitor gamute de uma impressora C1C1 C2C2 W C 2 cor não realizável C 1 cor não realizável na impressora Gamute de cromaticidade de dispositivos

26 half-tone Matriz de dither 3x3 é melhor que Obs. branco preto cinza claro cinza médio cinza escuro Mais um processo de formação de cores - Dithering -

27 Par de cores perceptualmente equidistantes Cores perceptualmente equidistantes representadas no sistema CIE xyY

28 (X,Y,Z) = componentes da cor no espaço CIE XYZ (X w,Y w,Z w )= componentes do branco de referência Dados: u* = 13L*(u- u w ) v* = 13L*(v- v w ) u=4X/(X+15Y+3Z) v=9Y/(X+15Y+3Z) u w =4X w /(X w +15Y w +3Z w ) v w =9Y w /(X w +15Y w +3Z w ) Calcula-se: L* = 116 (Y/Y w ) 1/3 - 16se Y/Y w > ou L* = (Y/Y w )se Y/Y w a* = 500[(X/X w ) 1/3 - (Y/Y w ) 1/3 ] b* = 200[ (Y/Y w ) 1/3 ) - (Z/Z w ) 1/3 ] Sistemas de cor perceptualmente uniformes do CIE LUV e CIE LAB (1976) u*,v* (ou a*,b*) são as componentes de cromaticidade da cor L* é a luminosidade corrigida para uma escala percetualmente linear

29 Cores perceptualmente equidistantes representadas no sistema CIE LUV

30 Sistemas de cores por enumeração Munsell Albert H. Munsell - artista plástico (1905) Pantone (início dos 60s) mapas de cores croma ou saturação tonalidade ou matiz valor ou intensidade base para os sistemas de interface

31 Sistemas de cor dependentes de dispositivo - mRGB I ) Sistemas dos Monitores - mRGB R G B 1.0 Y M C W K vermelho azul preto verde amarelo ciano magenta branco normalmente temos 1 byte para cada componente mapeando [0, 255] em [0,1] normalmente temos 1 byte para cada componente mapeando [0, 255] em [0,1] processo aditivo

32 Conversão do mRGB para CIE XYZ e vice-versa Dados (R,G,B) determine (x,y) 1) O fabricante deve informar as coordenadas x,y dos fosforos do monitor ex. R G B white x y ) Determine a coordenada z = 1 - x - y R G B white z ex. 3) As coordenadas X,Y,Z são obtidas de: XYZXYZ XRYRZRXRYRZR XGYGZGXGYGZG XBYBZBXBYBZB RGBRGB XRYRZRXRYRZR XGYGZGXGYGZG XBYBZBXBYBZB =GRB=++ O problema agora consiste em encontrar as componentes XYZ do R, G e B

33 Conversão do mRGB para CIE XYZ (cont.) substituindo na matriz da equação XYZXYZ xRCRyRCRzRCRxRCRyRCRzRCR RGBRGB = x R = X R / (X R +Y R +Z R ), se C R = X R +Y R +Z R então X R = x R C R da mesma forma Y R = y R C R e Z R = z R C R e X G = x G C G, Y G = y G C G e Z G = z G C G X B = x B C B, Y B = y B C B e Z B = z B C B XRYRZRXRYRZR XGYGZGXGYGZG XBYBZBXBYBZB RGBRGB = xGCGyGCGzGCGxGCGyGCGzGCG xBCByBCBzBCBxBCByBCBzBCB para determinar as componetes C R, C G e C B usamos o fato de que R=G=B=1 é a cor branca. XWYWZWXWYWZW xRCRyRCRzRCRxRCRyRCRzRCR = xRyRzRxRyRzR xGyGzGxGyGzG xByBzBxByBzB CRCGCBCRCGCB = xGCGyGCGzGCGxGCGyGCGzGCG xBCByBCBzBCBxBCByBCBzBCB

34 Conversão do mRGB para CIE XYZ (cont.) Suponha que o a luminosidade do branco Y W = 1.00, temos: Y W = y W C W C W = Y W / y W = 1.0/ = 3.04 X W = x W C W = 0.31 x 3,04 = Z W = z W C W = 0,3582 x = = CRCGCBCRCGCB CRCGCBCRCGCB resolvendo = 0, = XYZXYZ RGBRGB RGBRGB = XYZXYZ Concluindo:

35 Sistemas de cor dependentes de dispositivo - CMY II ) Sistemas das Impressoras -CMY ou CMYK processo predominantemente subtrativo luz branca (1,1,1) tinta ciano (0,1,1) luz ciano (0,1,1) componente vermelha é absorvida C Y M RG B K

36 Conversão RGB para CMY e vice-versa B R G 1.0 Y M C W K vermelho azul preto verde amarelo ciano magenta branco 1.0 Y M C W K preto amarelo ciano magenta branco verde vermelho azul (r,g,b)(c,m,y) (c,m,y) = (1-r, 1-g, 1-b)

37 Sistemas de cor dependentes de dispositivo - CMYK K := min (C, M, Y) C := C - K M := M - K Y := Y - K K := min (C, M, Y) C := C - K M := M - K Y := Y - K l O sistema CMYK usa o preto (blacK) porque o pigmento (carbono) é mais barato; l A superposição de ciano, magenta e amarelo para produzir preto gera um tom meio puxado para o marron. M Y K C base linearmente dependente

38 Sistemas de cor mais indicados para interface com usuário - HSV K S V H R Y R G B C M Y W G C BM R G B V decompor (r,g,b) na base de V e do espaço ortogonal a ele. Saturation Hue Value

39 Transformação RGB para HSV e vice-versa S = ( Max-Min ) / Max R G B Max = max(R,G,B) Min = min(R,G,B) no caso G e B, respectivamente R G BB R V = Max S=0 S=1 Min Max

40 Conversão RGB para HSV cálculo de H R (0 o ) Y (60 o ) G(120 o ) C(180 o ) B(240 o ) M(300 o ) S H V 0o0o 60 o 120 o 180 o 240 o 300 o 120 o 180 o R B r bg H

41 Função de Transferência CCIR Rec ,2 0,4 0,6 0, ,10,20,30,40,50,60,70,80,9 1 Intensidade da luz Sinal de vídeo (voltagem ou código) R 709 = R G 709 = G B 709 = B Correção Gama

42 Sistema (Y, B-Y, R-Y) = Y B- Y R- Y RGBRGB Y 601 = R G B Componente luma de vídeo B-Y 601 = B -( R G B) R-Y 601 = R -( R G B) Componente de diferença de cor Motivação: As componentes de diferença de cor podem ser sub-amostradas!

43 Cubo RGB no espaço (Y, B-Y, R-Y)

44 Conversão para vídeo vídeos analógicos (BetaCam e M-II) vídeos digitais com 8 bits/componente (JPEG, MEG)


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