Komunikacja Człowiek-Komputer

Transkrypt

1 Komunikacja Człowiek-Komputer Kolory Wojciech Jaśkowski Instytut Informatyki Politechnika Poznańska Wersja: 10 sierpnia 2016

2 Światło Źródło: Practical Colour management R. Griffith Postrzegany kolor zależy od tego jakie fale dotrą do oka. Światło białe mieszanina wszystkich fal Światło monochromatyczne (barwa prosta) otrzymane przez rozszczepienie światła białego Charakterysytka źródła światła: 1 temperatura 2 rozkład widmowy

3 Temperatura światła (stopnie Kelvina) Temperatura = podobieństwo do koloru rozgrzanego ciała doskonale czarnego (Lord Kelvin) Sens tylko dla światła pomarańczowegożółtego-białegoniebieskiego (nie np. dla zielonego) Źródło:

4 Rozkład widmowy Źródło: To możliwe: różne rozkłady widmowe, ale ta sama temperatura

5 Źródło: Practical Colour management R. Griffith Światło Większość docierającego do oka światła to światło odbite. Obiekty: emitujące światło odbijające światło przepuszczające (filtrujące) światło Metameryzm: dwa obiekty wyglądają identycznie w danym świetle (np. jarzeniowym), ale różnią się w innym świetle (np. żarowym).

6 Oko i widzenie kolorów Źródło: Światłoczułe pręciki (S, M i L)

7 Co to jest kolor? Kolor / barwa Wrażenie psychologiczne wywołane w mózgu w odpowiedzi na bodźce świetlne (promieniowanie elektromagnetyczne)

8 Czułość oka ludzkiego Źródło: Źródło: Fundamentals.html#(21)

9 Pomiar koloru Kolor wrażenie psychiczne powstające w mózgu Źródło: Practical Colour management R. Griffith Densitometr emituje światło i mierzy ile wróciło (np. zużycie tuszu w druku na kartkę) Kolorymetr sensory niebieskiego, zielonego i czerwonego (np. kalibracja monitorów) Spektrometr mierzy całe spektrum z pewną rozdzielczością (np. 10nm) (pomiar koloru z wydruku)

10 Światło Oko Modele kolorów Spektrometr Źródło: Zauważmy: nawet zwykła zieleń ma rozbudowane spektrum Dithering

11 Prawa Grassman a (XIX w) Prawa: 1 trójwymiarowości każdą barwę da się przedstawić jako kombinację trzech niezależnych barw C = (X, Y, Z) Ale nie odwrotnie! 2 ciągłości barwa jest ciągłą funkcją widma fal świetlnych 3 addytywności jeśli A = (X 1, Y 1, Z 1 ) i B = (X 2, Y 2, Z 2 ) to zmieszanie A i B da barwę (X 1 + X 2, Y 1 + Y 2, Z 1 + Z 2 )

12 Mieszanie barw: addytywne i substraktywne Źródło: Substraktywne = multiplikatywne. 20% 50% = 10%

13 Substraktywne mieszanie i oświetlanie Źródło: Postrzeganie tego koloru zależy jednak od tego jak obserwator zaadaptuje się do źródła światła.

14 Model kolorów RGB Źródło: RGB-additive-colour-mixing.html addytywny barwa = trójka (r, g, b) intensywność barwy czerwonej, zielonej i niebieskiej. czarny = RGB(0, 0, 0) biały = RGB(1, 1, 1) (czasem (255,255,255)) nie definiuje (r, g, b)

15 Model kolorów RGB Źródło:

16 Model kolorów CMY Źródło: Substraktywny W praktyce CMYK, bo: i) trudno otrzymać czarny, ii) czarny jest tańszy, iii) mniej tuszu potrzeba (szybsze schnięcie) CMYK(1, 0, 1, 0)?

17 Konwersje Konwersja RGB = CMY RGB(r, g, b) = CMY(1 r, 1 g, 1 b) Konwersja CMY = RGB CMY(c, m, y) = RGB(1 c, 1 m, 1 y) Konwersja CMY = CMYK: k = min(c, m, y) c = (c k)/(1 k) m = (m k)/(1 k) y = (y k)/(1 k)

18 Konwersja CMY = CMYK Przypadek wyidealizowany w praktyce bardziej skomplikowane. Źródło:

19 Model opisu przestrzeni barw HSB = HSV Źródło: RGB i CMYK wygodne dla maszyn, nie dla człowieka HSV/B = odcień (H), nasycenie (S), jaskrawość/wartość (B/V) Typowo w skali (H czasami w skali 0-359)

20 HSB - jaskrawość (względna!) Źródło: B mierzy jaskrawość w porównaniu do maksymalnej możliwej jaskrawości koloru o tej samej H i S Czyli B = max(r, G, B) 100

21 HSB - kolory czyste i tinty Źródło: Źródło: Czy da się zwiększyć jaskrawość koloru RGB(1, 0, 0.6)? B = 0, tylko gdy RGB(0, 0, 0) HSB(,, 100) reprezentuje wszystkie kolory czyste oraz tinty (przejścia kolor czysty-biały)

22 HSB - koło barwne Źródło: Różne sposoby przedstawienia: hex, koło barwne Źródło:

23 HSB - nasycenie (względne!) Źródło: Różne nasycenia, ta sama jaskrawość.

24 Nasycenie (względne!) Źródło: Barwa = składnich achromatyczny + chromatyczny Nasycenie = miara udziału składnika chromatycznego note[item] Nasycenie jest względne! Tzn. dla (0, 30, 50) nasycenie wynosi 100 mimo, że max = 50 (vide stożek)

25 Jaskrawość = jasność? Źródło:

26 Jaskrawość = jasność? Źródło: Powyższe mają maksymalną jaskrawość (B=100), ale różnią się jasnością (L).

27 jaskrawość jasność Źródło: jasność (L), jaskrawość (B) i nasycenie (S).

28 HSL Źródło: HSL = Hue, Saturation, Lightness Definicja jasności : L = (max(r, G, B) min(r, G, B))/2 Jaką jasność (L) mają maksymalnie nasycone kolory? S = ilość nasycenia w porównaniu do maksymalnej wartości przy stałym L.

29 HSI Źródło: I = Intensywność Czasem uzywany w computer vision, bo I = (R+G+B)/3

30 Odpowiedni model koloru ułatwia przetwarzanie Obraz oryginalny Źródło: ff12

31 Odpowiedni model koloru ułatwia przetwarzanie R Źródło: ff12

32 Odpowiedni model koloru ułatwia przetwarzanie G Źródło: ff12

33 Odpowiedni model koloru ułatwia przetwarzanie B Źródło: ff12

34 Odpowiedni model koloru ułatwia przetwarzanie S Źródło: ff12

35 Odpowiedni model koloru ułatwia przetwarzanie I Źródło: ff12

36 Odpowiedni model koloru ułatwia przetwarzanie H Źródło: ff12

37 Źródło: YC B C R Używany w JPEG, MPEG Luminancja Y, Kolor: C B i C R

38 YC B C R Źródło: Luminancja niesie dla człowieka więcej informacji niż kolor możliwa decymacja (eng. downsampling).

39 Konwersja YC B C R z RGB Źródło:

40 Bezwzględny model kolorów / przestrzeń kolorów RGB jest receptą kolor zależy od (definicji) składników Aby z RGB zrobić bezwzględny model kolorów trzeba określić kolory podstawowe. Ale jak to zrobić?

41 CIEXYZ International Commission on Illumination (CIE) w 1931 Na podstawie eksperymentów psychologicznych C vs. (R, G, B) (C = rr + gg = bb) Wszystkie kolory, których (statystyczny) człowiek może doświadczyć.

42 CIEXYZ Funkcje dopasowujące: Źródło: hoffmann/ciexyz pdf Prawa: Hipotetyczne receptory XYZ

43 CIExyY W drugim kroku uznano, że: Y będzie zawsze odpowiadała jaskrawości Przekształcenia: (zbędna) x = X X + Y + Z Y y = X + Y + Z z = 1 x y

44 Wykres chromatyczności CIExyY Najczęściej przedstawia się go w postaci diagramu chromatyczności używając współrzędnych x i y (bez luminancji Y): Źródło: hoffmann/ciexyz pdf Barwy proste na brzegu Linia purpury Temperatura barwna Punkt bieli (np. D65): równomiernie zmieszane fale Wszystkie wartości w zakresie [0, 1] Niektóre kombinacje (x, y) są zabronione

45 Właściwości CIExyZ Źródło: Problem barwy i koloru J. Tarasiuk dla większości można znaleźć odp. jej barwę prostą (A, B, ale nie E) na tej samej prostej ten sam odcień, ale inne nasycenie (C, D) zmieszane na przecięciu (A-B) jeśli przecinają p. środkowy, to można dobrać takie intensywności, żeby uzyskać biały (C-D) mieszanie trzech = mieszanie sekwencyjneme

46 Gamut przestrzeń barw możliwa do wyświetlenia Źródło: Problem barwy i koloru J. Tarasiuk Trójkąt Maxwella trzy barwy podstawowe Wystarczy zmierzyć barwy podstawowe RGB.

47 Przestrzenie barw Źródło: Problem barwy i koloru J. Tarasiuk

48 System zarządzania barwą Systemy zarządzające barwą: Rozwiązują problemy z odwzorowaniem kolorów na różnych urządzeniach: skanery, drukarki, monitory Color Management System (Microsoft), ColorSync (Apple), LittleCMS (Linux),... Opierają się na profilach ICC Profil ICC: zawiera tablicę konwersji np. (R,G,B) => CIE(X,Y,Z) pliki *.icc (international Color Consortium) lub *.icm (Image Color Matching)

49 Zarządzanie barwą Źródło: Problem barwy i koloru J. Tarasiuk PCS (Profile connection space) np. CIEXYZ WS (Working space) robocza przestrzeń barw (np. RGB)

50 Konwersja profili Źródło:

51 Konwersja profili Źródło: Problem barwy i koloru J. Tarasiuk a) Perpepcyjna; b) graficzna; c) względnie kolorymetryczna (p. bieli), d) bezwzględnie kolorymetryczna;

52 Dithering Lewa: TrueColor (ok. 16mln) Prawa: 16 kolorów Złudzenie innego koloru poprzez zlewanie się Jeśli urządzenie nie potrafi wyświetlić Źródło:

53 Dithering i Frame Rate Control w monitorach LCD Źródło: TrueColor to = kolorów TN+Film to 6-bitów / kanał Przy 6-bitach mamy tylko = kolorów Dodatkowe kolory dzięki ditheringowi lub Frame Rate Control (zmiana koloru w czasie). Wtedy 16, 2 mln kolorów. Wada: mruganie.