Computação Gráfica Imagem: Luz e Cor www.dca.ufrn.br/~lmarcos/courses/compgraf Iluminação • • • • Sensores em câmeras Entendendo a luz Como os seres humanos percebem a luz Representando cores no computador: espaços de cores Entendendo a luz Sensores em câmeras • 3 sensores CCD - charge coupled device • Sensíveis à vermelho, verde e azul • Mede intensidade de cada cor e transforma energia luminosa em voltagem que pode ser posteriormente discretizada por algum conversor analógico-digital Sensores em câmeras • Analógico: gera um sinal analógico na saída, codificado, para que a imagem possa ser reconstruída ao ser percebida em algum aparelho (vídeo cassete) ou placa de aquisição - NTSC, PALM, SECAN, PAL • Digital: converte imediatamente a energia luminosa percebida por cada sensor (CCD) em vários níveis ou valores digitais (geralmente, 256 para cada cor). Entendendo a luz • Luz como photons (partículas sem massa) • Luz como onda (eletromagnetismo) Comprimento de onda Frequencia Luz • Energia da onda: h = 4.135 x 10-15 eV-sec = 6.625 x 10-27 erg-sec c = velocidade da luz h = constante de Planck eV = (eletron volts, ergs) = unidades de energia; Aspectos físicos da luz e da cor • Luz é irradiação eletro-magnética – Diferentes cores correspondem a diferentes comprimentos de onda – Intensidade de cada comprimento de onda é especificada pela amplitude da onda – Freqüência f=2/ • Comprimento de onda grande = baixa freqüência • Comprimento de onda curto = alta freqüência Aspectos físicos da luz e da cor • Não confundir com comprimento de onda e espectro em processamento de imagem – Em PI, referem-se aos valores espaciais do sinal – Em formação de imagem, referem-se às propriedades físicas da luz – Idealmente, toda imagem deve ter um espectro completo em todos os píxels Intervalos aproximados • Violeta 380-440 m (mili-micron ou nanometro) • Azul 440-490 • Verde 490-565 • Amarelo 565-590 • Laranja 590-630 • Vermelho 630-700 - Olhos humanos respondem à luz visível - Pequena porção do espectro entre infra-vermelho e violeta - Cor é definida pelo espectro de emissão da fonte de luz - Plotagem da amplitude x comprimento de onda: Cor: o que está lá e o que vemos • Som é parecido com isso, nossos ouvidos fazem uma análise do espectro de modo que ouvimos próximo do que ocorre fisicamente. • Percepção de cor é bem diferente, problema que não temos largura de banda para suportar o processamento. Seu amigo o fóton • Percebemos radiação eletro-magnética com entre 400 e 700 nm • É um acidente da natureza: – Atmosfera deixa passar muita luz neste range – É energia mais alta que infra-vermelho (quente) e nosso corpo não rejeita ela. • Mesmas razões porque plantas são verdes Seu amigo o fóton • Pode mudar range mudando pigmentos visuais: imagens digitais, produzidas em computadores(CG), provavelmente parecem incorretas para os animais • Poderia-se fazer CG com ondas rádio, raios gama ou mesmo ondas de som – Propriedades de cor dos objetos mudariam – Refração depende do comprimento de onda Visão e cérebro são um só • Retina é parte do Sistema Nervoso Central • 2 milhões de fibras nervosas saem da retina para o LGN, 10 milhões do LGN para o cérebro • Conexão no cérebro é o Cortex Visual Primário ou V1, na parte posterior. – Hipótese: V1 é um buffer para processamento posterior Processamento visual • Movimento sacádico • Retina acumula imagem • LGN abre conexão, imagem acessa V1 • Resto do cérebro acessa informação • Outro ponto de interesse é gerado (paralelo) • Sacádico ocorre novament (80 a 250 ms) (Tudo é automático, controle parcial) Modelos de cor (espaços) • Nosso sistema é em limitado (o que é bom) • Evitamos calcular e reproduzir cor no espectro completo (usamos 3 canais de cor) – TV seria mais complexa se percebêssemos full. – Transmissão com larguras de banda maiores – Monitor com técnicas mais complexas • Visão computacional em tempo real é quase possível • Qualquer de VC requer apenas 3 valores • Vários espaços de cor (transformações 3x3) Espaços de cor • Espectro – Qualquer radiação (visível ou não) descrita – Geralmente desnecessário e impraticável • Combinação linear • RGB – Conveniente para monitores – Não muito intuitivo Espaços de cor • HSV – Espaço de cor intuitivo, Hue (que cor é, tom), Saturation (quanto de cor tem), Value (quão brilhante, ou intensidade da cor) - HSI – H é cíclico, portanto transformação não linear do RBG • CIE XYZ – Transformação linear do RGB, cientistas da cor • Sistemas com 4 amostras do espectro têm melhor performance, mas 3 é sufciente RGB • 1=700 m (Red) • 2=546 m (Green) • 3=435.8 m (Blue) • () = (R(), G(), B()) XYZ X 0.49 0.17 0.00 R Y 0.31 0.81 0.01 G Z 0.20 0.01 0.99 B Sistemas complementares (CMY) • • • • • Ideal para impressoras Subtrai do branco (processo subtrativo) Ciano = verde+azul => elimina vermelho Magenta=azul+vermelho => elimina verde Amarelo=vermelho+verde => elimina azul Primárias aditivas • Trabalhando com luz: primárias aditivas – Componentes RGB são adicionados pela propriedade de superposição do eletromagnetismo – Conceitualmente: começa com preto , adiciona luz RGB Primárias subtrativas • Trabalhando com pigmentos: primárias subtrativas – Tipicamente (CMYK): ciano, magenta, amarela, preta – Conceitualmente: começa com branco, pigmentos filtram (retiram) a luz – Pigmentos retiram as partes do espectro – Conversão de monitor para impressora é um problema interessante (interação de modo não linear) – Cartucho preto (k) garanti preto com qualidade