Grafika Komputerowa. Percepcja wizualna i modele barw Aleksander Denisiuk Polsko-Japońska Akademia Technik Komputerowych Wydział Informatyki w Gdańsku ul. Brzegi 55 80-045 Gdańsk denisjuk@pja.edu.pl 1 / 38
Percepcja wizualna i modele barw Najnowsza wersja tego dokumentu dostępna jest pod adresem http://users.pja.edu.pl/~denisjuk 2 / 38
informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm 3 / 38
informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm zmysł wzroku oko receptory: czopki i pręciki informacja wizualna tekstowa obrazowa 4 / 38
Żródło informacji informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego promieniowanie fotonowe, fale elektromagnetyczne promieniowanie monochromatyczne barwa Metameryzm 5 / 38
Rozszczepienie i skupienie światła Izaak Newton, 1666 r informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm 6 / 38
Siedem kolorów informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm czerwony,760 620 nm pomarańczowy,620 585 nm żółty,585 575 nm zielony,575 500 nm niebieski,500 445 nm granatowy,445 425 nm fioletowy,425 380 nm 7 / 38
Barwy proste, złożone i podstawowe informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm prosta reprezentuje jedna długość fali złożona poprzez mieszanie barw podstawowe trzy barwy, poprzez mieszanie można uzysać wrażenie dowolnej barwy, a poprzez mieszanie dwóch nie można uzyskać trzeciej ludzkie oko nie rozróżnia braw prostych od złożonych 8 / 38
Koło barw informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm 9 / 38
Światło pierwotne i wtórne informacja wizualna obiekty samoświecace się odbijajace lub rozproszajace światło na nie padajace Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm 10 / 38
Percepcja barwy informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego nośnikiem percepcji jest światło wrażenie wzrokowe wywołuje cały skład widma wpadajacego do oka sposób percepcji jest złożona funkcja Metameryzm 11 / 38
Sposób percepcji brawy zależy od informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm właściwości żródła światła właściwości ośrdoka i odległości między żródłem a obiektem zdolności fizycznych obiektu do odbijania i/lub pochłoniania światła o określonej długości fal właściwości otaczajacych obiektów stanu oka i systemu wzrokowego charakterystyk transmisyjnych receptorów i ośrodków nerwowych poprzednich doświadczeń przy obserwowaniu podobnego obiektu 12 / 38
Wrażenie barwy informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm nośnikiem wrażeń barwnych jest światło emitowane przez źródło padajace na obiekt całkowicie odbite całkowicie pochłonięte częściowo odbite i częściowo pochłonięte 13 / 38
Wzrok i właściwości widzenia informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm 14 / 38
Receptory informacja wizualna pręciki oświetlenie słabe czopki oświetlenie intensywne, trzy rodzaje Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm 15 / 38
Teoria trzech kolorów informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm G. Palmer, 1777 T. Young, 1801 Helmholtz, 1850 (R,G,B) barwa 16 / 38
Wrażenie barwy informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm obiekt jest oświetlany przez światło powierzchnia obiektu pochłania wszystkie składowe oprócz odpowiadajacych obiektowi, a ten odbija je do detektora detektor (oko) odbirea odbite światło i sygnalizuje to mózgowi mózg wywołuje pewne wrażenie barwne 17 / 38
ÎÁº½ µ Ì Ø Ú ÓÐÓÖ Ö Ö Ö Ò Ò ÐÙ º µ Ì ÙÖ ÓÐÓÖ Ö Ý Ò Ñ ÒØ Ò Ý ÐÐÓÛº Ë ÓÐÓÖ ÔÐ Ø º¾º Ù ØÖ Ø Ú Mieszanie barw informacja wizualna synteza addytywna. synteza subtraktywna. Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm µ µ 18 / 38
Teoria procesu przeciwstawnego Ewald Hering, 1878 informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm ciemny jasny R G B Y 19 / 38
Metameryzm informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm różne barwy daja to same barwne wrażenie różny odbiór barwy (np. zawartej w farbie) uzależniony od rodzaju światła. dwie substancje barwiace, ogladane w tym samym oświetleniu, odczytywane sa jako zbliżone, w innym oświetleniu jako różniace się między soba. 20 / 38
Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne 21 / 38
Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne określony trójwymiarowy układ współrzędnych barwowych wraz z widzialnym podzbiorem RGB, CMY(K), YUV, YIQ HSV, HLS CIE 22 / 38
Model RGB Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne 32 (24) bitów (true color, milions of colors)8r+8g+8b +8α 16 bitów (high color, thousands of colors)5r+5g+5b +1α 8 bitów3r+3g+2b 23 / 38
Color Lookup Table Modele techniczne Modele percepcyjne CLUT (LUT) Barwy indeksowane. GIF, PNGk-bitowy index kompresja Modele teoretyczne 24 / 38
Web-safe Colors Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne bezpieczna paleta kolorów Każda liczba złożona z par 00, 33, 66, 99, CC oraz FF odpowiada barwie bezpiecznej. 6 3 = 216 25 / 38
Model CMYK Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne C M Y = 1 R = 1 G = 1 B Proceudra generowania czerni (component colors replacement, ccr) 26 / 38
Modele telewizyjne Modele techniczne Modele percepcyjne YUV Y U = V 0,299 0,587 0,114 R 0,14713 0,28886 0,436 G 0,615 0,51499 0,10001 B Modele teoretyczne PAL 27 / 38
YUV, przykład Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne 28 / 38
YIQ Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne Luminance-Inphase-Quadrature Y 0,299 0,587 0,114 R I = 0,596 0,275 0,321 G Q 0,212 0,528 0,311 B NTSC 29 / 38
YCbCr Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne systemy fotograficzne i wideo R 1,0 0,0 1,40210 Y G = 1,0 0,34414 0,71414 C b 128 B 1,0 1,77180 0,0 C r 128 podstawa JPEG 30 / 38
Percepcyjne atrybuty barwy Modele techniczne odcień nasycenie jasność (jaskrawość) Modele percepcyjne Modele teoretyczne 31 / 38
Model HSV Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne Hue Odcień (0 360 ) Saturation nasycenie (0 1) Value (Brightness) jaskrawość 32 / 38
ÎÁº¾ ÀÙ Ñ ÙÖ Ò Ö Ö ÔÖ ÒØ Ò Ò Ò Ð ÖÓÙÒ Ø ÓÐÓÖ ÙÖ ÈÙÖ Ö Ù ÕÙ Ð ØÓ ¼ ÔÙÖ Ö Ò Ù ÕÙ Ð ØÓ ½¾¼ Ò ÔÙÖ Û Ðº Model HSL Hue Odcień (0 360 ) Saturation nasycenie (0 1) Luminance luminancja (średnie światło białe, 0 1) Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne Ö Ò ÐÐÓÛ Ê Ý Ò ÐÙ Å ÒØ ÐÙ Ù ÕÙ Ð ØÓ ¾ ¼º Ë ÓÐÓÖ ÔÐ Ø º º 33 / 38
HSV a HSL Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne 34 / 38
RGB HSL Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne Wejście: R,G,B Wynik: H,S,L Max max{r,g,b} Min min{r,g,b} Max Min L Max+Min 2 ifmax == Min then S 0;H 0 else ifl < 1 2 then else S Max +Min 2 Min Max S end if ifr == Max then H 60 G B ifh < 0 then H = 360+H end if else if G == Max then H 120+60 B R else H 240+60 R G end if end if 35 / 38
Standard CIE Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne 1931, Comission Internationale de l Eclairage: CIE-RGB, CIE-XYZ 36 / 38
Przestrzenie barw percepcyjnie równomierne CIE-Lu*v* (LUV) Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne 37 / 38
CIE-La*b* (LAB) Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne 38 / 38