Reprezentacje danych multimedialnych - kolory. 1. Natura wiatła 2. Widzenie barwne 3. Diagram chromatycznoci 4. Modele koloru

Transkrypt

1 Reprezentacje danych multimedialnych - kolory 1. Natura wiatła 2. Widzenie barwne 3. Diagram chromatycznoci 4. Modele koloru

2 Natura wiatła, spektra wiatło fala elektromagnetyczna z zakresu 400 nm 700 nm Zwykle widzimy nie jedn czstotliwo, ale całe spektrum.

3

4 Oko działa tak jak kamera Mechanizm widzenia Prciki widzenie zmierzchowe Czopki widzenie barwne, w pełnym wietle

5 Barwa długo fali: Widzenie barwne Ale normalne wiatło nie jest monochomatyczne jak widzimy wiatło o cigłym widmie? Jaki jest zwizek typu spektrum i barwy? Trzy typy czopków, kady z typów wraliwy na róne fragmenty spektrum.

6 Widzenie barwne c.d. Czułoci spektralne czopków i czuło jasnociowa oka Maksima dla: 440 nm (niebieskie), 545 nm (zielone), 580 nm (czerwone); 550 nm (jasno)

7 Widzenie barwne c.d. Charakterystyki sygnału kolorowego: Kolor wyspecyfikowany przez trójk liczb (R,G,B). Tak wic kolory okrelone s w 3-wymiarowej przestrzeni wektorowej Róne widma mog da te same (R,G,B) te same kolory. Mieszanina kolorów nowy kolor

8 Formowanie obrazu barwnego Powierzchnie niewiecce przy owietlaniu odbijaj rón ilo wiatła przy rónych długociach fali Charakterystyka zdolnoci odbijania funkcja S(λ) Przykład: funkcje S(λ) dwu rónych przedmiotów

9 Formowanie obrazu barwnego c.d. Model powstawania obrazu Funkcja C(λ) sygnał kolorowy, równy E(λ) S(λ)

10 Kamera, korekcja gamma Dla kadego piksela trzy sygnały analogowe Sygnały podlegaj digitalizacji (obcicie do liczb całkowitych). Typowo precyzja 8-bitowa Wywietlanie obrazu sygnał zamieniony na analogowy (napicie) i uyty do sterowania działa elektronowego katody Ilo wiatła nieliniowa funkcja napicia, np. dla kanału czerwonego Φ ~ R γ, γ 2.2 Systemy TV przed transmisj sygnał podlega korekcie, tak, by po wywietleniu wiatło było proporcjonalne do sygnału (korekcja gamma) R R = R 1/γ

11 Korekcja gamma

12 Korekcja gamma c.d. bez korekcji z korekcj

13 Składanie barw Lata 30-te eksperymenty CIE z odtwarzaniem rónych barw przez wybrane trójki barw podstawowych Technika eksperyment kolorymetryczny

14 Składanie barw c.d. Czy kady kolor da si uzyska jako mieszank podstawowych? Funkcje dopasowania koloru

15 Diagram chromatycznoci CIE Czy mona dobra tak trzy barwy podstawowe, by kady kolor mona było uzyska przez ich dodatnie kombinacje? Tak, ale nie bd to czyste kolory 1931, CIE, barwy podstawowe X,Y,Z

16 Diagram chromatycznoci CIE c.d. Współrzdne X, Y, Z: Płaszczyzna X+Y+Z=1

17 Własnoci diagramu: Krawdzie diagramu odpowiadaj czystym kolorom widmowym Biel (temperatura 6447 K) punkt W Dla kadych dwóch kolorów ich kombinacja daje punkt lecy na linii je łczcej Dla kadych trzech kolorów ich wszystkie ich mieszanki le we wntrzu trójkta rozpitego na nich

18 Modele kolorów dla obrazów Addytywny model RGB Wywietlacz ma 3 rodzaje fosforu, które rónie wiec przy pobudzeniu Kolor uzyskuje si przez odpowiednie pobudzenie kadego rodzaju Subtraktywny model CMY Uywany dla urzdze drukujcych (barwa pochłanianie wiatła w pigmencie) Barwy podstawowe cyjan (-R), magenta (-G), ółty (-B). Kolor usunicie z białego

19 Modele kolorów dla obrazów Transformacje pomidzy modelami Model CMYK Równe iloci C, M i Y powinny da czer W praktyce nie daj (zamiast tego brudny brz) Taniej i łatwiej uywa CMY oraz czerni (K) w sposób jak niej

20 Modele kolorów dla video Model YUV Uywany do reprezentacji kolorów w video PAL Y luminancja podstawowa zmienna CIE (odpowiadajca czułoci oka na jasno Y = R G B Chrominancja rónica midzy kolorem a wiatłem białym o tej samej jasnoci. Reprezentowana przez składowe U, V. Definicja pierwotna: U = B Y V = R Y Aktualnie uywa si wartoci przeskalowanych (aby sygnał composite video był w wygodnym zakresie): U = (B Y) V = (R Y)

21 Modele kolorów dla video c.d. Przesłanki tego wyboru: Kompatybilne z telewizj czarno-biał (gdy tylko Y) Róna czuło oka na luminancj i chrominancj wane dla alokacji pasma w transmisji sygnału analogowego, czy czstoci próbkowania sygnału cyfrowego. Inne modele oparte na podobnej zasadzie.

22 Y U V

23 Model YCbCr Blisko powizany z YUV Składowe chrominancji przeskalowane i przesunite: Cb = (B Y)/ Cr = (R Y)/ Tak zdefiniowane współczynniki Y, Cb, Cr maj wartoci pomidzy 0 a 1 YCbCr uywane w kompresji JPEG i MPEG

24 Model YIQ Uywany do reprezentacji kolorów w systemie NTSC Stara si lepiej ni YUV dopasowa do zdolnoci percepcyjnych oka ludzkiego I, Q przeskalowane i obrócone U, V; I o pomaraczowo-niebieska; Q purpurowo-zielona I = (R Y) cos (B Y) sin 33 Q = (R Y) sin (B Y) cos 33 Oko najbardziej czułe na Y, nastpnie I, potem Q.

25 Y I Q

26 Podsumowanie Kolorowe obrazy s kodowane przez trójki liczb okrelajcych barw RGB jest addytywnym modelem uywanym przez urzdzenia emitujce wiatło, CMY subtraktywnym modelem uywanym dla drukarek YUV i YIQ s najczciej uywanymi modelami koloru dla video Modele YUV, YIQ wykorzystuj własnoci oka ludzkiego do przypisania wagi informacji rónego typu Modele RGB, CMK, YUV, YIQ s zorientowane na sprzt. Oprócz nich s moliwe inne modele (np. HSB)