widzenie barwne, modele koloru

Reprezentacje danych
multimedialnych - kolory
1. Natura światła
2. Widzenie barwne
3. Modele koloru
Natura światła, spektra
Światło – fala elektromagnetyczna z zakresu 400 nm ÷700 nm
Zwykle widzimy nie jedną częstotliwość, ale całe
spektrum.
Mechanizm widzenia
Oko działa tak jak kamera
Pręciki – widzenie zmierzchowe
Czopki – widzenie barwne, w pełnym świetle
Widzenie barwne
Barwa – długość fali:
Ale normalne światło nie jest monochomatyczne –
jak widzimy światło o ciągłym widmie?
Jaki jest związek typu spektrum i barwy?
Trzy typy czopków, kaŜdy z typów wraŜliwy na
róŜne fragmenty spektrum.
Widzenie barwne – c.d.
Czułości spektralne czopków i czułość jasnościowa oka
Maksima dla: 440 nm (niebieskie), 545 nm (zielone),
580 nm (czerwone); 550 nm (jasność)
Widzenie barwne – c.d.
Charakterystyki sygnału kolorowego:
Kolor – wyspecyfikowany przez trójkę liczb (R,G,B). Tak
więc kolory określone są w 3-wymiarowej przestrzeni
wektorowej
RóŜne widma mogą dać te same (R,G,B) – te same kolory.
Mieszanina kolorów – nowy kolor
Modele kolorów dla obrazów
Addytywny model RGB
Subtraktywny model CMY
Wyświetlacz ma 3 rodzaje
fosforu, które róŜnie świecą
przy pobudzeniu
Kolor uzyskuje się przez
odpowiednie pobudzenie
kaŜdego rodzaju
UŜywany dla urządzeń
drukujących (barwa – pochłanianie światła w pigmencie)
Barwy podstawowe – cyjan (R),
magenta (G), Ŝółty (B).
Modele kolorów dla obrazów
Transformacje pomiędzy modelami
Model CMYK
• Równe ilości C, M i Y – powinny dać czerń
• W praktyce – nie dają (zamiast tego – brudny brąz)
• Taniej i łatwiej uŜywać CMY oraz czerni (K) w sposób jak niŜej
Modele kolorów dla video
Model YUV
UŜywany do reprezentacji kolorów w video PAL
Y – luminancja – podstawowa zmienna CIE (odpowiadająca czułości
oka na jasność
Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B
Chrominancja – róŜnica między kolorem a światłem białym o tej samej
jasności. Reprezentowana przez składowe U, V.
Definicja pierwotna:
U=B–Y
V=R–Y
Aktualnie uŜywa się :
U = 0.492 (B – Y)
V = 0.877 (R – Y)
Modele kolorów dla video – c.d.
Przesłanki tego wyboru:
Kompatybilne z telewizją czarno-białą (gdy tylko Y)
RóŜna czułość oka na luminancję i chrominancję – waŜne
dla alokacji pasma w transmisji sygnału analogowego, czy
częstości próbkowania sygnału cyfrowego.
Inne modele – oparte na podobnej zasadzie.
Y
U
V
Model YCbCr
Blisko powiązany z YUV
Składowe chrominancji przeskalowane i przesunięte:
Cb = (B-Y)/2 + 0.5
Cr = (R – Y)/1.6 +0.5
Tak zdefiniowane współczynniki Y, Cb, Cr mają wartości
pomiędzy 0 a 1
YCbCr uŜywane w kompresji JPEG i MPEG
Model YIQ
UŜywany do reprezentacji kolorów w systemie NTSC
Stara się lepiej niŜ YUV dopasować do zdolności
percepcyjnych oka ludzkiego
I, Q – przeskalowane i obrócone U, V; I – oś
pomarańczowo-niebieska; Q – purpurowo-zielona
I = 0.877 (R – Y) cos 33° – 0.492 (B – Y) sin 33°
Q = 0.877 (R – Y) sin 33 ° + 0.492 (B – Y) cos 33°
Oko najbardziej czułe na Y, następnie I, potem Q.
Podsumowanie
Kolorowe obrazy są kodowane przez trójki liczb
określających barwę
RGB jest addytywnym modelem uŜywanym przez
urządzenia emitujące światło, CMY – subtraktywnym
modelem uŜywanym dla drukarek
YUV i YIQ są najczęściej uŜywanymi modelami koloru
dla video
Modele YUV, UIQ wykorzystują własności oka ludzkiego
do przypisania wagi informacji róŜnego typu
Modele RGB, CMK, YUV, YIQ są zorientowane na
sprzęt. Oprócz nich są moŜliwe inne modele (np. HSB)