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DSC/CEEI/UFCG A Imagem (Parte III) Prof. AMOUSSOU DOROTHÉE Prof. AMOUSSOU DOROTHÉE UNIVERSIDADE KIMPA.

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1 DSC/CEEI/UFCG A Imagem (Parte III) Prof. AMOUSSOU DOROTHÉE Prof. AMOUSSOU DOROTHÉE UNIVERSIDADE KIMPA VITA

2 DSC/CEEI/UFCG Tópicos: Sistemas de Cores (Conversão) Sistemas Multimídia

3 DSC/CEEI/UFCG Natureza da luz c = f c = velocidade da luz 3.0x10 8 m/s v / f v

4 DSC/CEEI/UFCG Sensibilidade do olho 0% 50% 100% sensibilidade relativa nm Fração da luz absorvida pelo olho 380 nm 780 nm Sensibilidade do olho em função do comprimento de onda:

5 DSC/CEEI/UFCG Luz branca (Newton) 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 Cor Violeta nm Azul nm Verde nm Amarelo nm Laranja nm Vermelho nm Cor Violeta nm Azul nm Verde nm Amarelo nm Laranja nm Vermelho nm

6 DSC/CEEI/UFCG Espectro de fontes luminosas Energia nm E luz branca luz colorida comprimento de onda 380 nm 780 nm

7 DSC/CEEI/UFCG Características das fontes luminosas nm E brilho (brightness) intensidade define o brilho (brightness) nm E saturação a concentração no comprimento de onda dominante define a saturação ou pureza cores pastéis são menos saturadas ou menos puras nm E matiz (hue) comprimento de onda dominante define a matiz (hue)

8 DSC/CEEI/UFCG Características das fontes luminosas

9 DSC/CEEI/UFCG 3D Color Spaces Tri-cromático sugere espaço 3D Polar Luminância Saturação Matiz(Hue) R B G Cartesiano

10 DSC/CEEI/UFCG Sensibilidade do olho Olho humano: Cones (SML) e Bastonetes (cegos para cor) fração de luz absorvida por cada cone comprimento de onda (nm) Curvas se sobrepõe! Não temos como saber qual a sensação de um dado cone! 380 nm 780 nm

11 DSC/CEEI/UFCG Percepção de cor Intensidade comprimento de onda (nm) Luz Colorida Luz Branca não é assim! c( )

12 DSC/CEEI/UFCG O problema de reprodução de cor em CG Mundo Real Espaço Virtual E E B G R Objetivo: produzir a mesma sensação de cor olho só distingue 400 mil cores (< 2 19 ) 19 bits podem ser suficientes Objetivo: produzir a mesma sensação de cor olho só distingue 400 mil cores (< 2 19 ) 19 bits podem ser suficientes

13 DSC/CEEI/UFCG Colorimetria e Sistemas de Cores CIE (Commission Internationale de lEclairage) 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

14 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.

15 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.

16 DSC/CEEI/UFCG 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 nm G = 546 nm B = nm C ) = r R + g G + b B

17 DSC/CEEI/UFCG nm 546 nm (nm) Valores dos tri-estimulos 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 Fonte:

18 DSC/CEEI/UFCG (nm) Valores dos tri-estimulos r ) g ) b ) Componentes das cores monocromáticas - CIE RGB

19 DSC/CEEI/UFCG Os sistemas de cor padrão Solução: em 1931 a CIE (Commission Internationale de lÉclairage) 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.

20 DSC/CEEI/UFCG C = r R + g G + b B Conversão da base CIE RGB para CIE XYZ R G B X Y Z =

21 DSC/CEEI/UFCG Valor nm Cores Básicas do CIE 1931 Componentes das cores monocromáticas - CIE XYZ Y foi escolhida de forma a y ser semelhante à curva de sensibilidade do olho (luminância)

22 DSC/CEEI/UFCG Cores visíveis representadas no sistema CIE XYZ X Y Z

23 DSC/CEEI/UFCG Nome das cores x green yellow- green yellow orange red magenta purple blue cyan white pink y

24 DSC/CEEI/UFCG 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 fósforos 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 ITU-R BT.709 International Telecommunication Union Valores aproximados

25 DSC/CEEI/UFCG Conversão do mRGB para CIE XYZ … 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 substituindo na matriz da equação XYZXYZ xRCRyRCRzRCRxRCRyRCRzRCR RGBRGB = XRYRZRXRYRZR XGYGZGXGYGZG XBYBZBXBYBZB RGBRGB = xGCGyGCGzGCGxGCGyGCGzGCG xBCByBCBzBCBxBCByBCBzBCB para determinar as componentes C R, C G e C B usa-se o fato de que R=G=B=1 é a cor branca. XWYWZWXWYWZW xRCRyRCRzRCRxRCRyRCRzRCR = xRyRzRxRyRzR xGyGzGxGyGzG xByBzBxByBzB CRCGCBCRCGCB = xGCGyGCGzGCGxGCGyGCGzGCG xBCByBCBzBCBxBCByBCBzBCB 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 da mesma forma

26 DSC/CEEI/UFCG Conversão do mRGB para CIE XYZ … Supondo que a luminosidade do branco Y W = 1.00, tem-se: = CRCGCBCRCGCB CRCGCBCRCGCB resolvendo = = XYZXYZ RGBRGB RGBRGB = XYZXYZ Concluindo: 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 = x = 1.089

27 DSC/CEEI/UFCG Sistemas de cor dependentes de dispositivo - CMY Sistemas das Impressoras -CMY ou CMYK processo predominantemente subtrativo C Y M RG B K luz branca (1,1,1) tinta ciano (0,1,1) luz ciano (0,1,1) componente vermelha é absorvida papel branco (1,1,1) normal

28 DSC/CEEI/UFCG 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 magent a branco verde vermelho azul (r,g,b)(c,m,y)

29 DSC/CEEI/UFCG 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 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 linearmente dependente

30 DSC/CEEI/UFCG HSV Visão lateral do hexágono HSV

31 DSC/CEEI/UFCG HSV/HSB Color Space Brightness Scale Saturation Scale HSV = Hue Saturation Value HSB = Hue Saturation Brightness

32 DSC/CEEI/UFCG HSV Value Saturation Hue

33 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

34 DSC/CEEI/UFCG 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

35 DSC/CEEI/UFCG HLS Color Space red 0 green 120 yellow Blue 240 cyan magenta V black H S HLS = Hue Lightness Saturation

36 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.

37 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 = Y Cr = (0,5/(1-0,114) * (B-Y)) Cb = (0,5/(1-0,299) * (R-Y)) Usado nos padrões JPEG e MPEG.

38 DSC/CEEI/UFCG RGB to YCrCb YCrCb to RGB Fonte: Sistemas de vídeo digital

39 DSC/CEEI/UFCG Imagem original, Componente Y - intensidade, Cb – Componente azul, Cr – Componente vermelha. (da esquerda para a direita) Sistemas de vídeo digital

40 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)

41 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

42 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.

43 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.

44 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.


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