Luz e Cor
MGattass
Luz
a) Espectro de fontes luminosas
b) Processos de formação de cor
MGattass
Natureza da luz
Ondulatória ou partículas?
c = velocidade da luz @ 3.0x108 m/s
v
l=v/f
c=lf
MGattass
Ondas eletromagnéticas
102
l (m)
104
rádioAM
106
104
106
108
1010
1012 1014
1016
1018
1020
Micro-Ondas
Ultra-Violeta
FM,TV
RaiosX
Infra-Vermelho
102
10
10-2
10-4
10-6
10-8
f (Hertz)
10-10 10-12
VISÍVEL
vermelho (4.3 1014 Hz), laranja, amarelo,..., verde, azul, violeta (7.51014 Hz)
MGattass
Luz branca (Newton)
vermelho
alaranjado
amarelo
verde
azul
violeta
prisma
Cor
l
Violeta 380-440 nm
Azul
440-490 nm
Verde
490-565 nm
Amarelo 565-590 nm
Laranja 590-630 nm
Vermelho 630-780 nm
1 nm = 10-9 m
luz branca (acromática) tem
todos os comprimentos de onda
MGattass
Espectro de fontes luminosas
Energia
E
100
luz branca
50
luz colorida
0
400
500
600
700
l
(nm) comprimento
de onda
380 nm
MGattass
780 nm
Medidas do espectro da luz solar
MGattass
380 nm
made by J. Parkkinen and P. Silfsten.
780 nm
Espectro CIE D65 e da lâmpada
incandecente (illuminant A)
MGattass
380 nm
made by J. Parkkinen and P. Silfsten.
780 nm
Espectros
Idit Haran
MGattass
Espectro de quatro fontes
luminosas artificiais
MGattass
380 nm
780bynm
made
H.Sugiura.
Color temperature e
back body temperature
Color temperature - Any light source that has the same chromaticity
coordinates as a black body can be described as having the color
temperature of that black body . The terms color temperature and black
body temperature are not synonymous. Color temperature is derived from
colorimetric calculations. There are limitless different spectra that possess a
particular color temperature and have little or no resemblance to the black
body curve for that temperature.
Black Body – a heated material that emits light as a result of being hot.
The spectrum of a black body is determined by the temperature alone.
An incandescent lamp and a hot electric stovetop have spectra that are
good approximations to black body spectra.
Correlated Color Temperature - the color temperature of the the
black body that is closest to the chromaticity coordinates of the light
source.
http://www.sunriseinstruments.com/terminology.html
MGattass
Temperatura da cor
Temperature
Typical Sources
Candles; oil lamps
2000K
Very early sunrise; low effect tungsten lamps
2500K
Household light bulbs
3000K
Studio lights, photo floods
4000K
Clear flashbulbs
5000K
Typical daylight; electronic flash
5500K
The sun at noon near Kodak's offices :-)
6000K
Bright sunshine with clear sky
7000K
Slightly overcast sky
8000K
Hazy sky
9000K
Open shade on clear day
10,000K
Heavily overcast sky
11,000K
Sunless blue skies
20,000+K
Monitor ideal
1000K
Open shade in mountains on a really clear day
http://webphysics.davidson.edu/alumni/MiLee/java/bb_mjl.htm
What is Color?
Electromagnetic Wave
Spectral
Power
Distribution
Illuminant D65
Reflectance
(nm)
Spectrum
Spectral
Power
Distribution
Frédo Durand and Barb Cutler MIT- EECS
Neon Lamp
What is Color?
Spectral
Power
Distribution
Illuminant F1
Reflectance
Spectrum
Spectral
Power
Distribution
Under D65
Spectral
Power
Distribution
Under F1
Frédo Durand and Barb Cutler MIT- EECS
Reflectâncias espectrais de flores
MGattass
Measurements by E.Koivisto.
Características das fontes luminosas
E
comprimento de
onda dominante
define a
matiz (hue)
400
500
600
700
E
l
(nm)
400
matiz (hue)
500
600
700
l
(nm)
brilho (brightness)
a concentração no
comprimento de
onda dominante
define a
saturação ou pureza
E
400
MGattass
intensidade
define o
brilho
(brightness)
500
600
saturação
700
l
(nm)
cores pastéis
são menos
saturadas ou
menos puras
Características das fontes luminosas
MGattass
Processos aditivos de formação de cores
Eab (l ) = Ea (l )  Eb (l )
Ea
Ea+b
l
Eb
l
MGattass
a
a+b
b
O olho não vê
componentes!
l
Processos subtrativos de formação de cores
E f (l ) = t (l ) Ei (l )
filtros
Ei
MGattass
Ef
t
transparência
l
l
l
Luz
branca
Filtro
verde
Luz
verde
Processos de formação de cores:
por pigmentos
por pigmentação
A sucessão de reflexão e refração
determinam a natureza da luz refletida
índices de refração distinto do
material base
tons mais
claros
(tints)
tinta branca
tinta colorida
(saturada)
tons
Cinzas
(greys)
PALHETA
DO
PINTOR
MGattass
tinta preta
tons mais
escuros
(shade)
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
MGattass
3D Color Spaces

Tri-cromatico sugere espaço 3D
Cartesiano
Polar
Luminância
G
Matiz(Hue)
Saturação
B
MGattass
R
What is Color?
Observer
Stimulus
Frédo Durand and Barb Cutler MIT- EECS
What is Color?
Ganglion Horizontal
Cells
Cells
Bipolar
Cells Rod
M
L
Spectral
Sensibility
S
Cone
of the
L, M and S
Cones
Light
Light
Amacrine
Cells
Retina
Optic Nerve
Frédo Durand and Barb Cutler MITEECS
Rods
Cones
Distribution of
Cones and Rods
Anatomia do olho humano
retina bastonetes
cones vermelho
verde
azul
MGattass
Sensibilidade dos cones do olho humano
Olho humano: Cones (SML) e Bastonetes (cegos para cor)
.20
fração de luz absorvida
por cada cone
.18
.16
 (l )
.14
.12
.10
.08
.06
.04
.02
0
400
MGattass
m(l )
380 nm
s (l )
440 480 520 560 600
comprimento de onda (nm)
640
680
l
780 nm
Curvas se sobrepõe!
Não temos como saber
qual a sensação de um
dado cone!
Sensibilidade do olho em função do
comprimento de onda
Fração da luz absorvida pelo olho
sensibilidade
relativa
100%
50%
0%
400
500
600
700
l
(nm)
380 nm
MGattass
780 nm
Percepção de cor
Luz Colorida
Intensidade
c(l )
MGattass
M =  c(l )m(l )dl
m(l )
s (l )
400
S =  c(l ) s (l )dl
Luz Branca
440 480 520 560 600
comprimento de onda (nm)
L =  c(l )(l )dl
 (l )
640
680
l
não é assim!
Metamerismo

Two lights that appear the same visually. They might have
different SPDs (spectral power distributions)
Idit Haran
MGattass
O problema de reprodução de cor em CG
Mundo Real
E
400
Espaço Virtual
700
l
E
R
G
B
l
• objetivo: produzir a mesma sensação de cor
• olho só distingue 400 mil cores (< 219)  19 bits deveriam ser suficientes
MGattass
CIE RGB
1931 - 2o
1964 - 10o
MGattass
Representação perceptual da cor CIE RGB
r(l) R
g(l) G
R = 700 nm
G = 546 nm
B = 435.8 nm
b(l) B
Cor Monocromática
C(l)
C(l ) = r(l) R + g(l) G + b(l) B
MGattass
Problema:
Não consegue se representar todas as cores visíveis (falta saturação)
colour Matching Experiment 1
Image courtesy Bill Freeman
MGattass
colour Matching Experiment 1
Image courtesy Bill Freeman
MGattass
colour Matching Experiment 1
Image courtesy Bill Freeman
MGattass
colour Matching Experiment 2
Image courtesy Bill Freeman
MGattass
colour Matching Experiment 2
Image courtesy Bill Freeman
MGattass
colour Matching Experiment 2
Image courtesy Bill Freeman
MGattass
Artifício para
“subtrair” uma componente
g(l) G
b(l) B
r(l) R
C(l)
C(l ) + r(l) R = g(l) G + b(l) B
C(l ) = r(l) R + g(l) G + b(l) B, onde r(l) = - r(l)
MGattass
Componentes das cores monocromáticas
- CIE RGB C(l ) = r(l) R + g(l) G + b(l) B
b(l )
r(l )
g(l )
0
400
500
546 nm
0.2
438 nm
Valores dos tri-esimulos
0.4
600
700
- 0.2
Combinação de três cores (RGB) para reproduzir as cores espectrais
MGattass
http://www/cvision.ucsd.edu/
l
(nm)
Componentes das cores monocromáticas
- CIE RGB C(l ) = r(l) R + g(l) G + b(l) B
3
Valores dos tri-esimulos
2.5
b(l )
2
g(l )
1.5
r(l )
1
0.5
0
380
-0.5
430
480
530
580
630
680
730
780
l
(nm)
-1
-1.5
Combinação de três cores (RGB) para reproduzir as cores espectrais
MGattass
http://cvision.ucsd.edu/
R = 700 nm
G = 546 nm
B = 435.8 nm
Valores dos tri-esimulos
Componentes das cores monocromáticas
- CIE RGB 0.4
r(l )
b(l )
c (l )
g(l )
0.2
0
400
500
600
700
l
(nm)
- 0.2
R = k  c(l )r (l )dl
G = k  c(l ) g (l )dl
B = k  c(l )b(l )dl
MGattass
Conversão da base CIE RGB
para CIE XYZ
C(l) = r(l) R + g(l) G + b(l) B
X
Y
Z
=
0.490 0.310 0.200
0.177 0.813 0.011
0.000 0.010 0.990
C (l ) = x (l ) X  y (l )Y  z (l )Z
MGattass
R
G
B
Componentes das cores monocromáticas
- CIE XYZ -
Cores Básicas do CIE 1931
2.0
z(l )
C (l ) = x (l ) X  y (l )Y  z (l )Z
1.8
Valor
1.6
1.4
y(l )
1.2
1.0
Nota: Y foi escolhida
de forma a y(l) ser
semelhante à curva de
sensibilidade do olho
(luminância)
x(l )
0.8
0.6
0.4
0.2
400
MGattass
500
600
700
l
(nm)
CIE XYZ (2o e 10o)
MGattass
Cores visíveis representadas no
sistema CIE XYZ
z(l )
780
 c ( l ) x ( l ) dl
y(l ) x(l ) X = 380 780
Y
 x ( l ) dl
380
780
Y=
 c ( l ) y ( l ) dl
380
l = 700 nm
780
 y ( l ) dl
c (l )
380
780
Z=
 c ( l ) z ( l ) dl
780
 z ( l ) dl
380
MGattass
X
380
l = 400 nm
Z
Retirando a luminosidade ou brilho
da definição da cor em CIE XYZ
• Um parenteses sobre luminosidade ou brilho
Valores típicos de luminosidade de um
de uma superfície
Modo
Valores (lux)
Luz do dia (máximo)
100 000
Luz de dia sombrio
10 000
Interior próximo a janela
1 000
Minimo p/ trabalho
100
Lua cheia
0.2
Luz das estrelas
0.0003
… e o olho
se acomoda!
MGattass
MGattass
Retirando a luminosidade ou brilho
da definição da cor em CIE XYZ
Y
Plano X+Y+Z=1
• Retirar o fator luminosidade ou brilho
projetando no plano X+Y+Z=1
X
Z
x = X/(X+Y+Z)
y = Y/(X+Y+Z)
z = Z/(X+Y+Z)
MGattass
note que
x+y+z =1
X = (x / y ) Y
Y=Y
Z = (1-x-y ) Y / y
Cores visíveis representadas no
sistema CIE xyY
Y
X
MGattass
Z
Cores visíveis representadas no
sistema CIE xyY
y
1.0
0.9
520
540
0.8
0.7
0.6
0.5
510
Verde
560
500
Amarelo
Cian
0.4
0.3
0.1
490
l= 700
Vermelho
480 Purpura
400
0.1 0.2
MGattass
600
Branco
Azul
0.2
580
0.3 0.4 0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
x
Nome das cores
MGattass
Nome das cores
0.9
520
530
540
550
510
y
505
green
560
yellow- 570
green
580
yellow
500
0.5
495
490 cyan
485
blue
480
purple
white
pink
590
orange 600
610
red
650
magenta
470
450
0.0
x
MGattass
0.5
1.0
Planckian locus
MGattass
Saturação e cor complementar no diagrama
de cromaticidade xy
C é complementar a C
saturação de C1
y
y
a
s=
ab
1.0
C2
1.0
0.8
0.6
0.8
b
cores
saturadas
0.6
C
C1
0.4
0.2
0.4
a
Branco
0.2
MGattass

a C + b C = Branco
0.4
0.2
0.6
0.8
1.0
x
C
Branco
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
x
After-Image-white
MGattass
Opponent Colors
Image
MGattass
Afterimage
Gamute de cromaticidade de
dispositivos
y
C2 cor não realizável
1.0
C1 cor não realizável na impressora
0.9
0.8
0.7
C2
0.6
gamute de um monitor
C1
0.5
0.4
W
0.3
0.2
gamute de uma impressora
0.1
0.1
MGattass
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
x
Gamut de cores de um monitor
RGB
MGattass
Cores perceptualmente equidistantes
representadas no sistema CIE xyY
Par de cores
perceptualmente
equidistantes
Weber's law

The change in a stimulus
that will be just noticeable
(JND) is a constant ratio of
the original stimulus.
L
I
L 
I
L  log(I )
MGattass
E. H. Weber, in 1834
I
Correção Gama
y=x
1
0.9
1
0.8
0.7
 = 0.5
 = 1.0
out = in
0.6
0.5
g=y

 = 1.25
 = 1.5
 = 2.2
0.4
0.3
0.2
2
( )
g= x
1  2
0.1
0
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
MGattass
g=x
 1 2
Percepção humana "uniforme"
Correção Gama
Intensidade luminosa
MGattass
(voltagem ou código)
Sinal de vídeo
Correção Gama
(a coincidência)
Percepção humana
Intensidade luminosa
MGattass
O sistema tem muitos Gamas!
input_exponent
the exponent of the image sensor.
encoding_exponent
the exponent of any transfer function performed by the process or device writing the datastream.
decoding_exponent
the exponent of any transfer function performed by the software reading the image datastream.
LUT_exponent
the exponent of the transfer function applied between the frame buffer and the display device
(typically this is applied by a Look Up Table).
output_exponent
the exponent of the display device. For a CRT, this is typically a value close to 2.2.
http://www.w3.org/TR/2003/REC-PNG-20031110/
MGattass
Gama de uma ponta a outra (end to end)
“Good end-to-end exponents are determined from
experience. For example, for photographic prints it's about
1.0; for slides intended to be projected in a dark room it's
about 1.5; for television it's about 1.14.”
http://www.libpng.org/pub/png/spec/1.2/PNG-GammaAppendix.html
MGattass
1
0.9
 = 0.5
0.8
0.7
0.6
0.5
 = 1.0
0.4
0.3
0.2
0.1
0
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
MGattass
255
236
216
193
167
136
96
0
255
219
182
146
109
73
36
0
Que ajuste adotar?
Tons de cinza igualmente espaçados
Tons de cinza corrigidos
Tons de cinza igualmente espaçados
Tons de cinza corrigidos
Tons de cinza igualmente espaçados
Tons de cinza corrigidos
Tons de cinza igualmente espaçados
Tons de cinza corrigidos
CIE L* Correção perceptual
dy
=  x  1
dx
100
90
80
70
L*
60
50
40
30
20

Y
Y
3
116

16
se
 0.008850


Yw
Yw
L* = 
Y
903.19 Y
se
 0.008850

Yw
Yw

10
0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Y
Yw
veja: http://www.graphics.cornell.edu/~westin/gamma/gamma.html
MGattass
Sistemas de cor perceptualmente
uniformes do CIE Luv e CIE Lab (1976)
Dados:
(X,Y,Z)
= componentes da cor no espaço CIE XYZ
(Xw,Yw,Zw) = componentes do branco de referência
Calcula-se:
u’=4X/(X+15Y+3Z)
v’=9Y/(X+15Y+3Z)
uw=4Xw/(Xw+15Yw+3Zw)
vw=9Yw/(Xw+15Yw+3Zw)
L* = 116 (Y/Yw)1/3 - 16 se Y/Yw > 0.008850
ou
L* = 903.19(Y/Yw)
se Y/Yw  0.008850
u* = 13L*(u’- uw)
a* = 500[(X/Xw)1/3- (Y/Yw)1/3]
v* = 13L*(v’- vw)
b* = 200[ (Y/Yw)1/3) - (Z/Zw)1/3]
u*,v* (ou a*,b*) são as componentes de cromaticidade da cor
L* é a luminosidade corrigida para uma escala percetualmente linear
MGattass
CIE xyY  CIE LUV
MGattass
CIE LAB
MGattass
CIE 1976 (L*a*b*) colour space,
Lightnedd
 Y  3 16 

L* = 116  
116
 Yn 

1
L = Lightness
(black= 0 and white = 100)
MGattass
CIE 1976 (L*a*b*) colour space,
Hue and Chroma
 X  3  Y  3 
    
a* = 500
 X n   Yn  
1
1
 Y  3  Z  3 
b* = 200     
 Yn   Z n  
1
1
Hue (Matiz):
 b*
hab = arctan 
 a*
MGattass
Chroma:
Cab = a *2 b *2
CIE 1976 a,b colour difference
and CIELAB components
E =
(L *)  (a *)  (b *)
*
Hab
=
variação de ângulo
*
ab
2
2
ou
H =
(E )  (L *)  (C )
E =
(L *)
*
ab
*
ab
MGattass
2
* 2
ab
2
2
(
)  (H )
* 2
ab
 C
* 2
ab
* 2
ab
= 1

 5
just noticeble difference
small color differences
CIE 1994 colour difference
E
*
94


2

*
*



C

L
ab


= 
 
 k L S L 
k C SC


2
  H 
 

 k S 

H H
*
ab
2
k parametric factors, industry dependent
S weighting functions, depend on location in colour
space:
SL = 1; SC = 1 + 0,045 C*ab; SH = 1 + 0,015 C*ab
MGattass




1/ 2
Branco de referência
Observer
Illuminant
MGattass
2° (CIE 1931)
10° (CIE 1964)
X2
Y2
Z2
X10
Y10
Z10
A
(Incandescent)
109.85
100
35.585
111.144
100
35.2
C
98.074
100
118.232
97.285
100
116.145
D50
96.422
100
82.521
96.72
100
81.427
D55
95.682
100
92.149
95.799
100
90.926
D65
(Daylight)
95.047
100
108.883
94.811
100
107.304
D75
94.972
100
122.638
94.416
100
120.641
F2
(Fluorescent)
99.187
100
67.395
103.28
100
69.026
F7
95.044
100
108.755
95.792
100
107.687
F11
100.966
100
64.37
103.866
100
65.627
Conversão Lab - XYZ
 Y  3 16 

L* = 116  
116
 Yn 

1
var_X = X / 95.047
var_Y = Y / 100.000
var_Z = Z / 108.883
//Observer = 2°, Illuminant = D65
1
if ( var_X > 0.008856 ) var_X = var_X ^ ( 1/3 )
else
var_X = ( 7.787 * var_X ) + ( 16 / 116 )
if ( var_Y > 0.008856 ) var_Y = var_Y ^ ( 1/3 )
else
var_Y = ( 7.787 * var_Y ) + ( 16 / 116 )
if ( var_Z > 0.008856 ) var_Z = var_Z ^ ( 1/3 )
else
var_Z = ( 7.787 * var_Z ) + ( 16 / 116 )
CIE-L* = ( 116 * var_Y ) - 16
CIE-a* = 500 * ( var_X - var_Y )
CIE-b* = 200 * ( var_Y - var_Z )
 X  3  Y  3 
    
a* = 500
 X n   Yn  
1
1
 Y  3  Z  3 
b* = 200     
 Yn   Z n  
1
var_Y = ( CIE-L* + 16 ) / 116
var_X = CIE-a* / 500 + var_Y
var_Z = var_Y - CIE-b* / 200
if ( var_Y^3 > 0.008856 ) var_Y = var_Y^3
else
var_Y = ( var_Y - 16 / 116 ) / 7.787
if ( var_X^3 > 0.008856 ) var_X = var_X^3
else
var_X = ( var_X - 16 / 116 ) / 7.787
if ( var_Z^3 > 0.008856 ) var_Z = var_Z^3
else
var_Z = ( var_Z - 16 / 116 ) / 7.787
http://www.easyrgb.com/math.php
X = ref_X * var_X
Y = ref_Y * var_Y
Z = ref_Z * var_Z
//ref_X = 95.047 Observer= 2°, Illuminant= D65
//ref_Y = 100.000
//ref_Z = 108.883
The Artist Point of View



Hue - The color we see (red, green, purple)
Saturation - How far is the color from gray (pink is less saturated
than red, sky blue is less saturated than royal blue)
Brightness/Lightness (Luminance) - How bright is the color
white
MGattass
Munsell Color System
Equal perceptual steps in Hue Saturation Value.
Hue:
R, YR, Y, GY, G, BG, B, PB, P, RP
(each subdivided into 10)
Value: 0 ... 10
(dark ... pure white)
Chroma: 0 ... 20
(neutral ... saturated)
MGattass
Example:
5YR 8/4
Munsell Book of Colors
MGattass
Munsell Book of Colors
MGattass
Sistemas de cores por
enumeração
Munsell
Albert H. Munsell - artista plástico (1905)
valor ou intensidade
mapas de cores
tonalidade
ou matiz
Pantone (início dos 60’s)
MGattass
croma ou
saturação
base para
os sistemas
de interface
Monitores
I ) Sistemas dos Monitores - mRGB
HiColor
pixel
processo aditivo
MGattass
Sistemas de cor
dependentes de dispositivo - mRGB
processo aditivo
I ) Sistemas dos Monitores - mRGB
1.0
G
verde
Y
amarelo
W
C
ciano
branco
K
preto
1.0 azul
vermelho
1.0
R
M
magenta
B
Componentes somam como vetores
MGattass
normalmente
temos 1 byte
para cada
componente
mapeando
[0, 255] em [0,1]
Sistemas de cor
dependentes de dispositivo - mRGB
I ) Sistemas dos Monitores - mRGB
MGattass
Conversão do mRGB para
CIE XYZ e vice-versa
Dados (R,G,B) determine (x,y)
1) O fabricante deve informar as coordenadas x,y dos fosforos do monitor
ex.
x
y
R
G
B
0.64 0.30 0.15
0.33 0.60 0.06
ITU-R BT.709
International
Telecommunication Union
white
0.3127
0.3290
2) Determine a coordenada z = 1 - x - y
ex.
z
R
G
B
white
0.04 0.12 0.787 0.3582
3) As coordenadas X,Y,Z são obtidas de:
X
Y
Z
=
XR
YR
ZR
R +
XG
YG G +
ZG
XB
YB
ZB
B
=
XR
YR
ZR
O problema agora consiste em encontrar as componentes XYZ do R, G e B
MGattass
XG
YG
ZG
XB
YB
ZB
R
G
B
Conversão do mRGB para
CIE XYZ (cont.)
xR = XR/ (XR+YR+ZR), se CR = XR+YR+ZR então XR = xRCR
YR = yRCR e ZR = zRCR e
XG = xGCG , YG = yGCG e ZG = zGCG
XB = xBCB , YB = yBCB e ZB = zBCB
da mesma forma
substituindo na matriz da equação
X
Y
Z
=
XR
YR
ZR
XG
YG
ZG
XB
YB
ZB
R
G
B
=
xRCR
yRCR
zRCR
xGCG
yGCG
zGCG
xBCB
yBCB
zBCB
R
G
B
para determinar as componetes CR , CG e CB usamos o fato de que R=G=B=1 é a cor branca.
XW
YW =
ZW
MGattass
xRCR
yRCR
zRCR
xGCG
yGCG
zGCG
xBCB
yBCB
zBCB
1
1
1
=
xR
yR
zR
xG
yG
zG
xB
yB
zB
CR
CG
CB
Conversão do mRGB para
CIE XYZ (cont.)
Suponha que o a luminosidade do branco YW = 1.00, temos:
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
0.95
1.00 =
1.09
0.64 0.30 0.15
0.33 0.60 0.06
0.03 0.10 0.79
CR
CG
CB
resolvendo
CR
CG
CB
=
0.644
1.192
1.203
Concluindo:
0.412 0.358 0.180
X
Y = 0.213 0.715 0.072
0.019 0.119 0.950
Z
MGattass
R
G
B
3.240 -1.537 -0.499
R
G = -0.969 1.876 0.042
0.056 -0.204 1.057
B
X
Y
Z
RGB normalizado
R
RG B
G
g=
RG B
B
b=
RG  B
r=
r=
g=
b=
Cubo RGB
MGattass
R
R2  G2  B2
G
R2  G2  B2
B
R2  G2  B2
- sRGB –
“A Standard Default Color Space for the Intenet”
 Hewlett-Packard
and Microsoft propose the
addition of support for a standard color space,
sRGB, within the Microsoft operating systems, HP
products, the Internet, and all other interested
vendors.
 The
aim of this color space is to complement the
current color management strategies by enabling a
third method of handling color in the operating
systems, device drivers and the Internet that utilizes
a simple and robust device independent color
definition.
MGattass
ITU-R BT.709
CIE chromaticities for ITU-R BT.709 reference
primaries and CIE standard illuminant
Red
Green
Blue
D65
MGattass
x
0.6400
0.3000
0.1500
0.3127
y
0.3300
0.6000
0.0600
0.3290
z
0.0300
0.1000
0.7900
0.3583
sRGB viewing environment
Parameters
MGattass
Condition
sRGB
Luminance level (typical CRT)
80 cd/m2
Illuminant White
x = 0.3127, y = 0.3291 (D65)
Image surround
20% reflectance
Encoding Ambient Illuminance Level
64 lux
Encoding Ambient White Point
x = 0.3457, y = 0.3585 (D50)
Encoding Viewing Flare
1.0%
Typical Ambient Illuminance Level
200 lux
Typical Ambient White Point
x = 0.3457, y = 0.3585 (D50)
Typical Viewing Flare
5.0%
XYZ  sRGB: Passo 1
Converte utilizando ITU-R BT.709:
[01]
MGattass
XYZ  sRGB: Passo 2
The sRGB tristimulus values are next transformed to nonlinear
sR'G'B' values as follows:
If
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
else if
0.1
0
0
MGattass
0.1 0.2 0.3 0.4
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
1
XYZ  sRGB: Passo 3 –Digital Color
MGattass
XYZ  RGB
ref_X = 95.047
ref_Y = 100.000
ref_Z = 108.883
//Observer = 2°, Illuminant = D65
var_X = X / 100
var_Y = Y / 100
var_Z = Z / 100
//X = From 0 to ref_X
//Y = From 0 to ref_Y
//Z = From 0 to ref_Y
var_R = var_X * 3.2406 + var_Y * -1.5372 + var_Z * -0.4986
var_G = var_X * -0.9689 + var_Y * 1.8758 + var_Z * 0.0415
var_B = var_X * 0.0557 + var_Y * -0.2040 + var_Z * 1.0570
if ( var_R > 0.0031308 ) var_R = 1.055 * ( var_R ^ ( 1 / 2.4 ) ) - 0.055
else
var_R = 12.92 * var_R
if ( var_G > 0.0031308 ) var_G = 1.055 * ( var_G ^ ( 1 / 2.4 ) ) - 0.055
else
var_G = 12.92 * var_G
if ( var_B > 0.0031308 ) var_B = 1.055 * ( var_B ^ ( 1 / 2.4 ) ) - 0.055
else
var_B = 12.92 * var_B
R = var_R * 255
G = var_G * 255
B = var_B * 255
MGattass
http://www.easyrgb.com/
sRGB  XYZ
S
N
MGattass
XYZ  RGB
var_R = ( R / 255 )
var_G = ( G / 255 )
var_B = ( B / 255 )
//R = From 0 to 255
//G = From 0 to 255
//B = From 0 to 255
if ( var_R > 0.04045 ) var_R = ( ( var_R + 0.055 ) / 1.055 ) ^ 2.4
else
var_R = var_R / 12.92
if ( var_G > 0.04045 ) var_G = ( ( var_G + 0.055 ) / 1.055 ) ^ 2.4
else
var_G = var_G / 12.92
if ( var_B > 0.04045 ) var_B = ( ( var_B + 0.055 ) / 1.055 ) ^ 2.4
else
var_B = var_B / 12.92
var_R = var_R * 100
var_G = var_G * 100
var_B = var_B * 100
//Observer. = 2°, Illuminant = D65
X = var_R * 0.4124 + var_G * 0.3576 + var_B * 0.1805
Y = var_R * 0.2126 + var_G * 0.7152 + var_B * 0.0722
Z = var_R * 0.0193 + var_G * 0.1192 + var_B * 0.9505
http://www.easyrgb.com/
MGattass
Reflexão da luz num papel
Reflexão difusa ou lambertiana
MGattass
Sistemas de cor dependentes de dispositivo CMY
II ) Sistemas das Impressoras -CMY ou CMYK
q
processo
predominantemente
subtrativo
normal
luz ciano (0,1,1)
tinta ciano (0,1,1)
papel branco (1,1,1)
componente vermelha é absorvida
Y
R
G
K
M
MGattass
C
B
R=M+Y
B
G
R
magenta
+
B
G
R
B
G
R
yellow
=
red
B
MGattass
G
R
R
Idit Haran
Sistemas de cor dependentes de dispositivo CMY
II ) Sistemas das Impressoras -CMY ou CMYK
MGattass
transmit
CMYK Color Model
CMYK = Cyan, Magenta, Yellow, blacK
Cyan – removes Red
B
G
R
Magenta – removes Green
B
G
R
Yellow – removes Blue
B
MGattass
G
R
Black – removes all
Conversão RGB para CMY e vice-versa
G
1.0 verde
W
C
ciano
Y
amarelo
branco
K preto
azul
1.0
C
1.0 ciano
preto
azul
MGattass
K
W branco
vermelho
1.0
R
M
magenta
B
(r,g,b)
verde
 C   1  R 
     
 M  =  1   G 
 Y   1  B 
     
magent
a
1.0
amarelo
1.0
vermelho
M
(c,m,y)
Y
Sistemas de cor dependentes de dispositivo CMYK
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
marron.
Y
K
K := a min (C, M, Y)
a  [0,1]
M
C
MGattass
base linearmente
dependente
C := C - K
M := M - K
Y := Y - K
CMY + Black
C + M + Y = K (black)



Using three inks for black is expensive
C+M+Y = dark brown not black
Black instead of C+M+Y is crisper with more contrast
=
100
C
MGattass
50
M
70
Y
+
50
K
50
C
0
M
20
Y
HSV
MGattass
HSV/HSB Color Space
HSV = Hue Saturation Value
HSB = Hue Saturation Brightness
Saturation Scale
Brightness Scale
MGattass
HSV
Saturation
Hue
MGattass
Value
Sistemas de cor mais indicados para
interface com usuário - HSV
V
G
G
Value
Y
Y
R
C
B
C
W
B
R
H
Hue
M
K
G
R
B
S
Saturation
decompor (r,g,b)
na base de V e do
espaço ortogonal
a ele.
V
MGattass
M
Transformação RGB para HSV e vice-versa
G
Max = max(R,G,B)
Min = min(R,G,B)
no caso G e B,
respectivamente
R
B
V = Max
G
R
S=1
Min
Max
R
B
MGattass
B
S=0
S = ( Max-Min ) / Max
Conversão RGB para HSV
cálculo de H
G(120o)
V
Y (60o)
C(180o)
B(240o)
R (0o)
M(300o)
120o
60o
180o
0o
240o
300o
H
S
120o
 g  b
H = 120  60

 g 
H
b
180o
B
MGattass
r
R
g
HLS Color Space
HLS = Hue Lightness Saturation
V
green
120°
cyan
yellow
0.5
red
0°
Blue
240°
magenta
H
0.0
black
MGattass
S
HLS
L
Pierre Courtellemont
MGattass
Opponent Color Spaces
+
black-white
+
blue-yellow
-
+
red-green
MGattass
YIQ Color Model


YIQ is the color model used for color TV in America
(NTSC= National Television Systems Committee)
Y is luminance, I & Q are color (I=red/green,Q=blue/yellow)
» Note: Y is the same as CIE’s Y
» Result: backwards compatibility with B/W TV!

Convert from RGB to YIQ:
0.11   R 
Y  0.30 0.59
 I  = 0.60  0.28  0.32 G 
  
 
Q   0.21  0.52 0.31   B 

MGattass
The YIQ model exploits properties of our visual system, which allows to
assign different bandwidth for each of the primaries (4 MHz to Y, 1.5 to
I and 0.6 to Q)
Codificação de Vídeo
Função de Transferência
CCIR Rec.709
Sinal de vídeo
(voltagem ou código)
1
0,8
0,6
0,4
R’709 = 1.099 R0.45 - 0.099
G’709 = 1.099 G0.45 - 0.099
B’709 = 1.099 B0.45 - 0.099
0,2
Intensidade da luz
MGattass
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
Sistema (Y’, B’-Y’, R’-Y’)
Componente
luma de vídeo
Y’601 = 0.2999 R’ + 0.587 G’ + 0.114 B’
B’-Y’601 = B’ -(0.2999 R’ + 0.587 G’ + 0.114 B’)
R’-Y’601 = R’ -(0.2999 R’ + 0.587 G’ + 0.114 B’)
0.299 0.587 0.114
Y’
B’- Y’ = -0.299 -0.587 0.886
0.701 -0.587 0.114
R’- Y’
Componente
de diferença
de cor
R’
G’
B’
Motivação:
As componentes de diferença de cor podem ser sub-amostradas!
MGattass
Cubo RGB no
espaço (Y’, B’-Y’, R’-Y’)
MGattass
Conversão para vídeo
0.5
( B'Y ')
1  0114
.
0.5
Pr =
( R'Y ')
1  0.299
Pb =
vídeos
analógicos
(BetaCam e M-II)
MGattass
Y '8b = 16  235Y '
 0.5

Cb ,8b = 128  112
( B'Y ' )
 1  0114

.
 0.5

Cr ,8b = 128  112
( R'Y ' )
 1  0.299

vídeos
digitais com
8 bits/componente
(JPEG, MPEG)
Uma fórmula para conversão
para video
RGB to YCrCb
YCrCb to RGB
http://www.efg2.com/Lab/Library/Color/Science.htm
MGattass
Aparencia de cor
MGattass
Banda de Mach
Intensidade
Branco
Preto
Posição
Efeito da Banda de
Mach
MGattass
Contraste Simultâneo
MGattass
Contraste
MGattass
Conclusões do cérebro
MGattass
MGattass
25
45
56
MGattass
6
8
29
Referências
 http://cvision.ucsd.edu/
 http://www.poynton.com/Poynton-color.html
 http://www.efg2.com/Lab/
 http://www.easyrgb.com/
 http://cvrl.ioo.ucl.ac.uk/cmfs.htm
MGattass
FIM
Reflexão e Refração
incidente
refletida
N
material 1
material 2
qi
qi
qr
refratada
hi =
h2
sen qr = h sen qi
1
MGattass
velocidade da luz no vácuo
velocidade da luz no material i
lei de Snell
(1621)
MGattass
MGattass
Processos aditivos de formação de cores
Ea+b(l) = Ea (l)+Eb(l)
Ea
Ea+b
l
Eb
a
a+b
b
l
l
O olho não vê
componentes!
MGattass
Intensidade vs contraste
MGattass
Computer Vision - A Modern Approach
Set: Color
Slides by D.A. Forsyth
Reflexão e Refração
li
MGattass
Refração da luz
MGattass