DSC/CEEI/UFCGDSC/CEEI/UFCG

A ImagemA Imagem(Parte III)(Parte III)

Prof. AMOUSSOU DOROTHÉEProf. AMOUSSOU DOROTHÉE

amousdorothe@yahoo.com.bramousdorothe@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

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HSV/HSB Color Space

Brightness Scale

Saturation Scale

HSV = Hue Saturation Value HSB = Hue Saturation Brightness

DSC/CEEI/UFCG

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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.