Cor e Visão Humana Oficina de Informática e telemática Prof. Dr. Rogério R. de Vargas http://rogerio.in

Introdução Presente em tudo que observamos O mundo é colorido Cor confere realismo as cenas observadas: quanto maior a fidelidade da reprodução da cor maior será o realismo e naturalidade Cor permite-nos visualizar o não visível: adicionando informações a cena Mapas de temperatura Alturas

Introdução Informação visual tem grande importância na comunicação humana Visão: mais avançado dos sentidosVisão: mais avançado dos sentidos Seres humanos são limitados à banda visual do espectro eletromagnético (EM): aparelhos de processamento não! Processadores trabalham com imagens geradas por fontes que os humanos não estão acostumados a associar com imagens

Imagens Digitais Era do conhecimento suportado pelas tecnologias de multimeios Revolucionou a indústria fotográfica, de jogos e cinematográfica Podem ser adquirida (fotos, filmes, cenários,...) ou gerada (pinturas, desenhos, esculturas) Representação de imagem em região contínua e discreta, limitada por conjunto finito de valores inteiros que representam cada um dos seus pontos

Imagens Digitais Podem ser: Bidimensionais Tridimensionais

Imagens Digitais Podem ser (cont.): Binárias, monocromáticas ou multibandas (coloridas)

Imagens Digitais Até década de 1980 seu emprego consistia em imagens oriundas da pesquisa espacial Atualmente difundidas em muitas aplicações

Representando Imagens Divide a imagem em pequenos quadrantes, referenciados por linhas e colunas.

Representando Imagens Pixel – picture element: pequeno elemento da imagem

Representando Imagens Mais pixels na imagem, melhor seu aspecto, mas aumenta o tamanho do arquivo Se uma imagem possui 1.000 pixels H x 1.000 pixels V, significa que possui um milhão de pixels, ou 1M como é mais comum nas propagandas de máquinas digitais 1.3MP: 1280 pixels de largura por 1024 = 1.310.720 pixels Resolução (imagens): quantos pixels a compõem Imagem digital: matriz de números F(x,y), onde x e y são coordenadas no plano e a amplitude f é a intensidade ou nível de cinza da imagem naquele ponto

Imagem 8 x 8

32 x 32

128 x 128

512 x 512

Tamanho da imagem impressa em qualidade fotográfica (300 DPI (Dot Per Inch)Pontos Por Polegada ou PPP - Pixel Por Polegada)

Armazenando

Espectro Visível Cor depende de percepção: subjetividade Isso impede uma definição precisa e uma correta reprodução Cor do ponto de vista físico: luz Natureza dual: comportamento ora de partícula, ora de onda Na CG: luz enquanto onda

Espectro Visível Luz: radiação eletromagnética que possui uma certa “energia” para cada onda Comportamento ondulatório com frequência e comprimento de onda característicos Ocupa uma grande gama de frequências (ou comprimentos de onda) Função unidimensional A imagem é formada pela quantidade de luz refletida ou emitada pelo objeto observado‏

Espectro Visível Mas estamos interessados em cor: sensação humana de diferentes espectros de luz Envolve uma característica perceptual da espécie humana Principal fonte de energia para imagens atualmente Outras importantes fontes: ultrassônica, acústica, e eletrônica (microscopia eletrônica)

Espectro Visível Ondas eletromagnéticas: ondas senoidais de varios comprimentos/frequencias, Fluxo de partículas sem massa, cada uma se deslocando em um padrão ondulatório, na velocidade da luz Cada partícula contém uma certa quantidade de energia, denominada “fóton” Bandas espectrais agrupadas de acordo com a energia por foton:

Espectro Visível Bandas têm efeitos e/ou o tipo de utilização diferentes Variando de raios gama (mais alta energia) às ondas de rádio (mais baixa energia) A faixa visível se estende aproximadamente de 390 nm a 790 nm Varia de pessoa para pessoa Nenhuma radiação eletromagnética com comprimento de onda fora da faixa visível é percebida pelo olho humano

Espectro Visível Nenhuma cor termina abruptamente, cada faixa se mistura a gradativamente à próxima Uma fonte que emite radiação com um comprimento de onda único é chamada de monocromática Devemos compreender o processo de visão dos seres humanos: inicia-se na córnea O olho humano percebe comprimentos de onda diferentes como cores diferentes

Espectro Visível Órgãos receptores (olhos): sensíveis à radiação eletromagnética Interpretam como luz É sabido que cada espécie possui uma percepção de cor diferente Gatos e insetos: banda mais larga que se estende à zona do ultra violeta e à zona dos infravermelhos Répteis (cobras): zona dos infravermelhos e são praticamente insensíveis ao que chamamos luz

Sistema de Visão Humano Elementos fotossensíveis presentes na retina: cones e bastonetes (± 150 milhões) Convertem energia luminosa em impulsos elétricos que são transmitidos até o cérebro para serem interpretados Ocorre, então, o ato de ver Comparativamente, as câmeras digitais atuais possuem 16 milhões de sensores

Sistema de Visão Humano Visão: resposta ao estímulo luminoso que atravessa camadas transparentes da retina, chegando aos cones e bastonetes, gerando reações fotoquímicas Interpreta cor, profundidade, textura, movimento, etc.

Espectro Visível Bastonetes: de 75 a 150 milhões por olho Bem distribuídos pela superfície da retina Baixa resolução de detalhes Não detectam cor Sensíveis a baixos níveis de iluminação Objetos coloridos à luz do dia parecem acinzentados sob o luar

Espectro Visível Cones: 6 a 7 milhões por olho Localizados na região central da retina Boa resolução de detalhes Sensíveis a cores Funcionam sob boas condições de iluminação Olho humano não detecta a cor dos objetos em condições de iluminação muito fraca como à noite Existem 3 tipos de cones de acordo com a sensibilidade a faixas do espectro Na zona do azul (ondas curtas)‏ Na zona do verde (ondas médias)‏ Na zona do vermelho (ondas largas)‏

Espectro Visível Diz-se que o olho apresenta cones “azuis”, “verdes” e “vermelhos”. Radiações luminosas de cores diversas podem ser obtidas por combinações destas três cores primárias: vermelho, verde e azul

Daltonismo Perturbação da percepção visual caracterizada pela incapacidade de diferenciar todas ou algumas cores Os cones dos daltônicos não existem em número suficiente ou apresentam alguma alteração, impedindo o indivíduo de diferenciar as cores nas diversas tonalidades

Ilusão de ótica Fenômeno da percepção humana, na qual o olho preenche lacunas de informações ou percebe propriedades geométricas de objetos de maneira equivocada Característica do nosso sistema visual que ainda não é totalmente compreendida pela ciência

Formação de Cor Considerando-se os fenômenos de emissão, absorção e reflexão da luz: aditivo e subtrativo Usam cores primárias diferentes e possuem significados distintos para branco e preto Processo aditivo: fontes de luz distintas combinados para formar uma nova cor

Formação de Cor Processo subtrativo: filtro elimina/absorve alguns comprimentos de onda resultando numa nova cor Seu efeito é subtrair, isto é, branca insidente Slides, fotografia e corantes Impressa (CMY)‏

Formação de Cor A luz chega a nossos olhos por qual processo e por quê? Processo aditivo: olho humano não consegue diferenciar componentes e sim cor resultante Diferente do ouvido que consegue distinguir, por exemplo, dois instrumentos diferentes tocados simultaneamente

Cor na Computação Gráfica Cor: juízo pessoal e diferenças fisiológicas dos observadores Apresentação de imagens em dispositivos de saída gráfica necessita de informação sobre a cor dos objetos das cenas Reprodução com número de erros ou falhas de precisão reduzido ou zerado Problema anterior ao computador: televisão colorida

Cor na Computação Gráfica Modelo de representação de cor intuitivamente baseado no sistema visual humano: deverá possuir três parâmetros Processo aditivo: combinação de radiações monocromáticas nas faixas verde, vermelho e azul Padronização: programas possam conversar entre si e com o usuário

Sistemas de Cores Primeiro padrão (1931): comitê CIE (Comission Internacionale de l'Éclairage)‏ Comissão Internacional de Iluminação Cores primárias: vermelho, verde e azul Proporções variadas Fixa faixa de valores para os comprimentos de onda

Sistemas de Cores CIE – Sistema RGB Cores secundárias: cores primárias combinadas duas a duas em igual intensidade Magenta = Vermelho + Azul Ciano = Azul + Verde Amarelo = Verde + Vermelho

Sistemas de Cores CIE – Sistema RGB (cont.)‏ Valores variam entre 0 (min) e 1 (max)‏ Branco: intensidade máxima, Preto: intensidade mínima Quase universalmente empregue pelos equipamentos que manipulam luz Filmes fotográficos e cinematográficos

Sistemas de Cores CIE – Sistema RGB (cont.)‏ Não representa cor primária pura: não define o comprimento de onda de cada cor Variações sensíveis de monitor para monitor Espaço RGB: cubo de aresta unitária Preto: vértice (0,0,0)‏ Branco: vértice (0,0,0)‏

Sistemas de Cores CIE – Sistema RGB (cont.)‏ Vermelho(1,0,0) + Ciano(0,1,1) = Branco (1,1,1)‏ Verde(0,1,0) + Magenta (1,0,1) = Branco (1,1,1)‏ Azul (0,0,1) + Amarelo(1,1,0) = Branco (1,1,1)‏

Sistemas de Cores CIE – Sistema RGB (cont.)‏ Tradicionalmente implementado com valores inteiros entre 0 e 255 Velocidade Discretização em 256 intensidade é mais do que suficiente ao olho humano

Sistemas de Cores Existem diversos padrões de cor Sistemas de Gerência de Cor (CMS - Color Management Systems): realizam a conversão entre os diversos sistemas procurando o mínimo de perdas Pioneiro: MacOS Windows: a partir do 95/98

Sistemas de Cores Impressoras coloridas: CMYK (ciano, magenta, Amarelo e preto). Transmissão de TV a cores: YIQ Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B I = 0.596R – 0.275G –0.321B Q = 0.212R – 0.523G + 0.311B