Post on 11-Sep-2018
Aula 05
Cores em Imagens e Vídeo
Diogo Pinheiro Fernandes Pedrosa
Universidade Federal Rural do SemiáridoDepartamento de Ciências Exatas e Naturais
Ciência da Computação
Ciência das Cores● A cor é fundamentada na luz;● A luz é uma onda eletromagnética;
● A cor é caracterizada pelo comprimento de onda desta onda eletromagnética.
● Ela ocupa apenas uma pequena parte do espectro eletromagnético.
Ciência das Cores● Uma fonte de luz pode contribuir com ondas
com diversos comprimentos de onda → o especto não é completamento visível;● Infra-vermelho;● Ultra-violeta.
● A luz visível tem seu comprimento de onda na faixa de 400 a 700 nm;
Ciência das Cores● Uma luz branca pode ser decomposta em
vários espectros, em um processo chamado de dispersão;
Ciência das Cores● Dada uma luz branca de um dia ensolarado,
pode-se encontrar a distribuição de potência espectral (spectral power distribuition):
E
Visão Humana● Retina:
● Array de células: cones e bastonetes;● Bastonetes → responsáveis pela percepção de
intensidades de luz (mais ou menos claro); produz imagens em níveis de cinza;
● Cones → células receptoras que, devido ao seu pigmento, produzem sinal para ondas no comprimento de vermelho, verde e azul.
Sensibilidade Espectral do Olho● A sensibilidade do olho humano (cones) ao
espectro visível é maior para a parte central do diagrama de espectro;● Há maior sensibilidade para o vermelho, e menor
para o azul;● A sensibilidade dos bastonetes engloba vários
comprimentos de onda, mas produz imagens em nível de cinza;
Sensibilidade Espectral do Olho● Há aproximadamente 6 milhões de cones na
retina, com proporções diferentes para os receptores vermelho, verde e azul:● A razão é 40 (red) : 20 (green) : 1 (blue)!
● Esta sensibilidade é representada pelo vetor:
q=[qR , qG , qB ]T
Sensibilidade Espectral do Olho● As cores produzidas por um objeto luminoso
consiste na integração do sinal que cada receptor produz diante de um estímulo luminoso.
R=∫E ⋅qR d
G=∫E ⋅qG d
B=∫E ⋅qB d
Formação da Imagem● A visão de objetos deriva da visão da luz
refletida por estes objetos;● Diversos tipos de superfície refletem a luz em
diferentes tipos de comprimento de onda.
E
S C
C =E ⋅S
Formação da Imagem● Considerando o espectro refletido pelo objeto:
R=∫E ⋅S ⋅qR d
G=∫E ⋅S ⋅qG d
B=∫E ⋅S ⋅qB d
Formação da Imagem em Câmeras● Mesmo princípio de formação da imagem no
olho humano:● Cada receptor (R, G e B) gera um sinal analógico
correspondente ao comprimento de onda percebido;
● O sinal analógico é digitalizado, truncado para inteiro (8 bits) e armazenado;
● Intervalo RGB: [0, 255];● A imagem visualizada em um display tem sua luz
gerada pelo equipamento → alguns ajustes se fazem necessário.
Correção Gama● Para que uma imagem digital seja visualizada,
os valores RGB digitais são novamente convertidos para sinais analógicos e uma luz no pixel do monitor é gerada a partir destes sinais analógicos (tensão elétrica):● Tecnologia por tubos de raios catódicos;● Tecnologia LCD.
Correção Gama● Situação desejada: a luz emitida é linearmente
proporcional à tensão elétrica;● Situação real: a luz emitida é uma aproximação
(potência) da tensão elétrica;● Esta potência é chamada de gama ( ).
● Torna-se necessário utilizar um fator de correção do brilho: elevar a componente de saída ao inverso deste gama;
Funções de Casamento de Cores● A definição dos valores RGB foi por muito
tempo realizada através de estudos da psicologia:● Dado um conjunto particular de três cores (luzes)
R, G e B (chamadas de cores primárias) eram ajustadas para que sua combinação “casasse” com a cor de uma dada luz.
● Em 1931, o CIE (Comission Internationale de L´Eclairege) agrupou os valores destes testes em gráficos (curvas de casamento de cores).
Funções de Casamento de Cores
Color matching function Standard color matching function
r , g , b x , y , z
Diagrama de Cromaticidade● Definição dos valores triestímulos a partir das
funções padrões de casamento de cores:
X=∫E ⋅x d
Y=∫E ⋅y d
Z=∫E ⋅z d
x= XXYZ
y= YXYZ
z= ZXYZ
Diagrama de Cromaticidade● Considera-se z = 0;● O diagrama de
cromaticidade mostra que o padrão de cores de luzes é aditiva.
Diagrama de Cromaticidade● Especificações de
cores em monitores:
[ xr x g xbyr y g ybzr z g zb ] [RGB ]=[ xyb ]
Diagrama de Cromaticidade● Correção do gamut
→ o monitor não pode reproduzir todas as cores do diagrama de cromaticidade;
● Correção do ponto branco → alterar padrões de tal forma que quando RGB for máximo, tem-se luz branca.
Monitores
Impressoras
Diagrama de Cromaticidade
Monitores
Impressoras
[ XYZ ]=[0.3935 0.3653 0.19160.2124 0.7011 0.08660.0187 0.1119 0.9582 ] [ RGB ]
Modelo RGB● É o modelo de cores mais utilizado;● Consiste em um sistema cartesiano 3D;● Cada canal de cor (R, G ou B) tem sua
variação, de forma proporcional, no intervalo [0, 1];
● A cor é obtida através da adição dos valores nos três canais.
Modelo CMY● Também é conhecido como o modelo de
subtração de cores;● É utilizada para impressão, apenas, com as
cores ciano (C), magenta (M) e amarelo (Y);● Exemplo: uma tinta amarela borrifada em um papel
irá absorver a componente azul da iluminação branca e irá refletir as componentes vermelha e verde.
● Neste modelo, a cor preta é obtida quando:C=Y=M=1
Modelo CMY + K● Para economia de tinta, as impressoras
coloridas utilizam um quarto cartucho com tinta preta (componente K do modelo);
● Para determinar o quanto de preto deve ser utilizado, faz-se:
K=min C ,M ,Y
Modelo CMY + K● Em seguida, retira-se a parte correspondente
ao preto nas demais componentes:
[ C new
M new
Y new]=[ C−KM−KY−K ]
Modelo YUV● É um modelo de cores utilizado para
transmissão analógica de vídeo;● A componente Y codifica o sinal de luminância
(considerendo as componentes R, G e B com o gama corrigido);● Luminância (ou luma) → refere-se ao brilho da
imagem;
Modelo YUV● As componentes U e V são chamadas de
crominância e se referem a diferenças entre cores:
{U=B´−YV=R´−Y ´
Modelo YUV● A trasformação entre modelos é:
[YUV ]=[ 0.299 0.587 0.144−0.299 −0.587 0.8860.701 −0.587 −0.144 ] [ R´G´B´ ]
Modelo YUV● Em uma imagem de vídeo em nível de cinza
(“preto e branco”), tem-se que as componentes R´, G´ e B´ têm seus valores iguais. Logo:● O valor da luminância é igual ao valor das
componentes R´ ou G´ ou B´ (a soma dos coeficientes da matriz de transformação é igual a 1);
● Os valores da crominância são iguais a zero.● Este modelo pode ser utilizado tanto em TVs
coloridas como em TVs preto e branco.
Modelo YIQ● Os seus componentes também são chamados
de luminância (Y) e crominância (I e Q);● Este modelo é uma versão do modelo YUV,
com o mesmo lume (Y), mas com as quadraturas rotacionadas por 33º:
{ I=0.877283 R´−Y cos 33◦−0.492111B´−Y sen 33◦Q=0.877283R´−Y sen 33◦−0.492111B´−Y cos33◦
Modelo YIQ● Modelo utilizado para transmissão de TV
colorida (NTSC);● Pixels cinza (R´ = G´ = B´) também geram
crominância com valores iguais a zero;● A transformação é:
[YIQ ]=[ 0.299 0.587 0.1440.595879 −0.274133 −0.3217460.211205 −0.523083 0.311878 ] [R´G ´B ´ ]
Modelo YCbCr● É um modelo usado na compressão JPEG
(imagens) e MPEG (vídeo);● É fortemente relacionada com o modelo YUV:
● Não é uma codificação propriamente dita, mas uma forma de representar o modelo RGB para transmissão;
● Seus componentes, além da luminância (Y) são a crominância da diferença azul (Cb) e a crominância da diferença vermelha (Cr).
Modelo YCbCr● Transformação:
[ YCbCr ]=[ 0.299 0.587 0.144−0.168736 −0.331264 0.5
0.5 −0.418688 −0.081312 ] [ R´G´B´ ][ 00.50.5 ]