Luz e Cor fontes luminosas geram luz que produzem sensações no nosso cérebro que interagem com o meio (supeficies) que nosos olhos captam MGattass DI-PUC/Rio Luz a) Propriedades b) Espectro c) Composição aditiva e subtrativa MGattass DI-PUC/Rio A luz viaja em linha reta orifício pequeno MGattass DI-PUC/Rio Natureza da luz Ondulatória ou partículas? c = velocidade da luz @ 3.0x108 m/s v l=v/f c=lf MGattass DI-PUC/Rio Potência (fluxo) radiante Watts =Joule/seg p superfície MGattass DI-PUC/Rio exemplos: •lâmpadas: ~100 W •Sol: 3.911026 W varia de ponto a ponto e depende da direção. Irradiação e Radiosidade d p dA p irradiação d E (p) = dA MGattass DI-PUC/Rio d dA radiosidade W m2 d B(p) = dA W m2 Área aparente (foreshortening) Uma área A vista de um ângulo é equivalente a uma área menor, A cos, tanto para emitir quanto para receber radiação luminosa. n θ A MGattass DI-PUC/Rio A = A cos ângulo e ângulo sólido l = r a = 2 str r rad r a l r círculo = 02 MGattass DI-PUC/Rio esfera rad = 04 str Radiância d 2 L= dA d d p dA W m 2 sr L(p ) recebida L(p ) em itida Radiance – the amount of flux radiated by a projected area of surface per steradian of solid angle. The radiometric unit is “watts per square meter per steradian”; MGattass DI-PUC/Rio Modelo de câmera obscura nˆ c L(p ) dAc p dAp o que é projetado na parede é a radiância de dAc na direção do furo Câmeras são sensíveis a radiância de pontos da cena MGattass DI-PUC/Rio Fluxo radiante em uma superfície em função da direção vidro p L(p 1 ) L(p 2 ) 2 1 MGattass DI-PUC/Rio diferença entre uma janela e um pintura. 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 (7.51014 Hz) MGattass DI-PUC/Rio Luz branca (Newton) prisma luz branca (acromática) tem todos os comprimentos de onda MGattass DI-PUC/Rio vermelho alaranjado amarelo verde azul violeta 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 Espectro de luz refletidas l flor amarela flor azul flor laranja pétala branca l (nm) 400 MGattass DI-PUC/Rio 700 Measurements by E.Koivisto. Medidas do espectro da luz solar l levemente nublado, sol atrás das nuvens nublado, céu cinza céu sem nuvens levemente nublado céu sem nuvens, por do sol 400 MGattass DI-PUC/Rio l (nm) 700 medidas feitas por J. Parkkinen and P. Silfsten. Espectros de luz “branca” Idit Haran MGattass DI-PUC/Rio Espectro dos fosforos dos monitores MGattass DI-PUC/Rio Corpo negro (blackbody) Ll T = 7500o K ou l c1l 5 Ll = e c2 lT 1 T = 6500o K T = 5500o K 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 MGattass DI-PUC/Rio l Temperatura de uma fonte luminosa l Corpo negro à 6500 oK Sol 380 430 480 530 580 630 680 730 780 l (nm) Espectro da luz solar e de um corpo negro a 6500º K MGattass DI-PUC/Rio Variação da distribuição espectral da radiação de um corpo negro em função da temperatura nl 1.00 T (o K) 1900 0.80 2000 2800 2900 0.60 3300 3780 0.40 5500 6000 6500 0.20 7500 0.00 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Espectros normalizados de um corpo negro MGattass DI-PUC/Rio l (nm) Temperatura da cor 2000 2000 5500 3000 4000 5000 6500 6000 7500 7000 8000 9000 10000 T (o K ) 1900 MGattass DI-PUC/Rio 2800 3300 6000 Caracterização do espectro de fontes luminosas l (Watts / nm) potência luz branca ideal luz colorida 780 380 comprimento de onda MGattass DI-PUC/Rio l (nm) Espectro CIE D65 e da lâmpada incandecente (illuminant A) l (Watts / nm) CIE D65 CIE Iluminante A l (nm) 380 MGattass DI-PUC/Rio 480 580 680 780 Espectro CIE D65 e da lâmpada incandecente (illuminant A) l MGattass DI-PUC/Rio CIE D65 l CIE Iluminante A Espectro de quatro fontes luminosas artificiais MGattass DI-PUC/Rio made by 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 DI-PUC/Rio 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 Características do espectro de fontes luminosas saturação + - brilho matix (hue) + - MGattass DI-PUC/Rio Características das fontes luminosas MGattass DI-PUC/Rio Processos aditivos de formação de cores a b (l ) = a (l ) b (l ) a a+b l b l MGattass DI-PUC/Rio 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 Ef t transparência l l l Luz branca Filtro verde Luz verde MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 3D Color Spaces Tri-cromatico sugere espaço 3D Cartesiano Polar Luminância G Matiz(Hue) Saturação B MGattass DI-PUC/Rio 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 simpificada do olho humano retina bastonetes cones s m l ponto cego Bastonetes Cones MGattass DI-PUC/Rio 100 M 5M fóvea 10% Sensibilidade dos cones do olho humano fração de luz absorvida por cada cone Olho humano: Cones (SML) e Bastonetes (cegos para cor) 1.0 s (l ) (l ) Curvas se sobrepõe! Não temos como sabermos qual a sensação de um dado cone! 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 380 MGattass DI-PUC/Rio m(l ) 480 580 680 780 l(nm) Sensibilidade do olho em função do comprimento de onda Fração da luz absorvida pelo olho V (l ) 1.0 sensibilidade relativa 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 380 MGattass DI-PUC/Rio 480 580 680 780 l (nm) Brilho Luminosidade (l ) 1.0 V (l ) 0.8 0.6 0.4 0.2 l 0.0 l (nm) (nm) Brilho: B = ( l ) dl (em Watts) Luminosidade: Y = k m V (l ) l (l ) dl (em lumens) MGattass DI-PUC/Rio km = 680 lumes/watt Sensibilidade relativa dos cones fração de luz absorvida por cada cone 1.0 V (l )m(l ) 0.8 V (l ) 0.6 V (l )(l ) 0.4 0.2 V (l ) s(l ) 0.0 380 MGattass DI-PUC/Rio 430 480 530 580 630 680 730 780 l(nm) Medida da sensação de cor e o princípio da tri-cromaticide (l) Luz s = (l )V (l ) s(l )dl m = (l )V (l )m(l )dl V (l )m(l ) V (l ) s(l ) V (l )(l ) l = (l )V (l )(l )dl não é assim! mas… Tri-cromaticidade: qualquer espectro pode ser representado por três números sem perda de informação para os sistema visual humano MGattass DI-PUC/Rio Princípios do metamerismo Metamerismo: todos os espectros que produzem as mesmas respostas tri-cromáticas são indistinguíveis. MGattass DI-PUC/Rio Spectra obtained using a simulation by Hughes, Bell and Doppelt (Brown University) Metamerismo e reprodução de cor em CG Mundo Real objetivo: produzir a mesma sensação de cor Espaço Virtual olho só distingue 400 mil cores (< 219) 19 bits deveriam ser suficientes MGattass DI-PUC/Rio 1a Lei de Grassmann A sensação de cor de qualquer espectro pode ser obtida da mistura de três cores primárias (tri-cromaticidade). rR soma das cores primárias gG bB cor de teste imagem projetada C C = r R g G bB MGattass DI-PUC/Rio 2a Lei de Grassmann Se os espectrps das luzes são intensificadas por um mesmo fator o metamerismo permanece r R soma das cores primárias cor de teste g G b B C C = r R g G bB MGattass DI-PUC/Rio 3a Lei de Grassmann Se: e C1 = r1 R g1 G b1 B C2 = r2 R g2 G b2 B então C1 C2 = (r1 r2 ) R ( g1 g2 ) G (b1 b2 ) B MGattass DI-PUC/Rio Representação perceptual da cor CIE RGB 1964 - 10o R = 700 nm G = 546 nm B = 435.8 nm r(l) R g(l) G b(l) B 2o ou 10o 1931 - 2o C(l) C(l) luz pura (mono-freqüência) C(l ) = r (l )R g (l )G b(l )B Problema: Não consegue se representar todas as cores visíveis (falta saturação) MGattass DI-PUC/Rio Artifício para “subtrair” uma componente R = 700 nm G = 546 nm B = 435.8 nm 1964 - 10o g(l) G b(l) B 2o ou 10o r(l) R 1931 - 2o C(l) C(l ) r(l )R = g (l )G b(l )B C(l) luz pura (mono-freqüência) C(l ) = r (l )R g (l )G b(l )B, onde: r (l ) = r(l ) MGattass DI-PUC/Rio Componentes das cores monocromáticas - CIE RGB C(l ) = r(l) R + g(l) G + b(l) B Valores dos tri-esimulos 3 b(l ) 2 g(l ) r(l ) 1 0 380 430 480 530 580 630 680 l (nm) 780 -1 Combinação de três cores (RGB) para reproduzir as cores espectrais MGattass DI-PUC/Rio 730 http://cvision.ucsd.edu/ R = 700 nm G = 546 nm B = 435.8 nm l CIE RGB 2O 1931 3 Valores dos tri-esimulos b(l ) 2 g(l ) r(l ) 1 0 380 -1 430 480 530 580 630 680 730 l 780 (nm) 390 395 400 405 410 415 420 425 430 435 440 445 450 455 460 465 470 475 480 485 490 495 500 505 510 515 520 525 530 535 540 545 550 555 560 r 0.0018 0.0046 0.0096 0.0190 0.0308 0.0425 0.0517 0.0528 0.0443 0.0322 0.0148 -0.0023 -0.0291 -0.0607 -0.0962 -0.1376 -0.1749 -0.2126 -0.2378 -0.2567 -0.2773 -0.2913 -0.2950 -0.2971 -0.2676 -0.2173 -0.1477 -0.0352 0.1061 0.2598 0.4198 0.5926 0.7900 1.0078 1.2283 g -0.0005 -0.0010 -0.0022 -0.0044 -0.0072 -0.0126 -0.0167 -0.0212 -0.0199 -0.0161 -0.0073 0.0014 0.0196 0.0435 0.0710 0.1102 0.1509 0.1979 0.2404 0.2799 0.3335 0.4052 0.4906 0.5967 0.7018 0.8085 0.9108 0.9848 1.0339 1.0538 1.0512 1.0498 1.0368 0.9983 0.9378 b 0.0122 0.0311 0.0624 0.1316 0.2275 0.3590 0.5240 0.6859 0.7960 0.8946 0.9640 0.9981 0.9188 0.8249 0.7855 0.6672 0.6110 0.4883 0.3620 0.2663 0.1959 0.1473 0.1075 0.0767 0.0502 0.0288 0.0133 0.0021 -0.0042 -0.0083 -0.0122 -0.0140 -0.0147 -0.0149 -0.0146 l 565 570 575 580 585 590 595 600 605 610 615 620 625 630 635 640 645 650 655 660 665 670 675 680 685 690 695 700 705 710 715 720 725 730 r 1.4727 1.7476 2.0214 2.2724 2.4896 2.6725 2.8093 2.8717 2.8525 2.7601 2.5989 2.3743 2.1054 1.8145 1.5247 1.2543 1.0076 0.7864 0.5966 0.4432 0.3241 0.2346 0.1688 0.1209 0.0858 0.0603 0.0415 0.0281 0.0191 0.0133 0.0094 0.0065 0.0045 0.0032 g 0.8804 0.8284 0.7469 0.6493 0.5632 0.4768 0.3848 0.3007 0.2285 0.1658 0.1137 0.0747 0.0465 0.0263 0.0127 0.0045 0.0001 -0.0020 -0.0026 -0.0026 -0.0023 -0.0019 -0.0014 -0.0011 -0.0008 -0.0006 -0.0004 -0.0003 -0.0002 -0.0001 -0.0001 -0.0001 0.0000 0.0000 b -0.0138 -0.0127 -0.0114 -0.0099 -0.0084 -0.0070 -0.0057 -0.0043 -0.0029 -0.0023 -0.0020 -0.0015 -0.0009 -0.0006 -0.0003 -0.0001 0.0000 0.0001 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0001 0.0001 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 Valores dos tri-esimulos Componentes das cores monocromáticas - CIE RGB r(l ) b(l ) 0.4 (l ) g(l ) 0.2 0 400 500 600 700 - 0.2 R = k (l )r (l )dl G = k (l ) g (l )dl B = k (l )b(l )dl MGattass DI-PUC/Rio l (nm) Mudança de Base do Espaço de Cor Z B B l = 780nm Y l = 380nm G G X R MGattass DI-PUC/Rio R 0.902 0.4701 x r 2.2372 g = 0.5272 1.4352 0.0920 y b 0.053 0.01415 1.009 z Conversão da base CIE RGB para CIE XYZ C(l ) = r (l )R g (l )G b(l )B x 0.490 0.310 0.200 r y = 0.177 0.813 0.011 g z 0.000 0.010 0.990 b C(l ) = x (l )X y (l )Y z (l )Z MGattass DI-PUC/Rio Componentes das cores monocromáticas - CIE XYZ Cores Básicas do CIE 1931 C(l ) = x (l )X y (l )Y z (l )Z z(l ) 2.0 1.5 x(l ) y(l ) 1.0 Nota: No CIE 1931 Y foi escolhida de forma a y(l) ser semelhante à curva de sensibilidade do olho (luminância) 0.5 400 MGattass DI-PUC/Rio 500 600 700 l (nm) CIE XYZ (2o e 10o) MGattass DI-PUC/Rio l CIE XYZ 2O 1931 z(l ) 2 y(l ) 1 x(l ) 0 380 480 580 680 780 390 395 400 405 410 415 420 425 430 435 440 445 450 455 460 465 470 475 480 485 490 495 500 505 510 515 520 525 530 535 540 545 550 555 560 x 0.0042 0.0077 0.0143 0.0232 0.0435 0.0776 0.1344 0.2148 0.2839 0.3285 0.3483 0.3481 0.3362 0.3187 0.2908 0.2511 0.1954 0.1421 0.0956 0.0580 0.0320 0.0147 0.0049 0.0024 0.0093 0.0291 0.0633 0.1096 0.1655 0.2257 0.2904 0.3597 0.4334 0.5121 0.5945 y 0.0001 0.0002 0.0004 0.0006 0.0012 0.0022 0.0040 0.0073 0.0116 0.0168 0.0230 0.0298 0.0380 0.0480 0.0600 0.0739 0.0910 0.1126 0.1390 0.1693 0.2080 0.2586 0.3230 0.4073 0.5030 0.6082 0.7100 0.7932 0.8620 0.9149 0.9540 0.9803 0.9950 1.0000 0.9950 z 0.0201 0.0362 0.0679 0.1102 0.2074 0.3713 0.6456 1.0391 1.3856 1.6230 1.7471 1.7826 1.7721 1.7441 1.6692 1.5281 1.2876 1.0419 0.8130 0.6162 0.4652 0.3533 0.2720 0.2123 0.1582 0.1117 0.0782 0.0573 0.0422 0.0298 0.0203 0.0134 0.0087 0.0057 0.0039 l 565 570 575 580 585 590 595 600 605 610 615 620 625 630 635 640 645 650 655 660 665 670 675 680 685 690 695 700 705 710 715 720 725 730 735 x 0.6784 0.7621 0.8425 0.9163 0.9786 1.0263 1.0567 1.0622 1.0456 1.0026 0.9384 0.8544 0.7514 0.6424 0.5419 0.4479 0.3608 0.2835 0.2187 0.1649 0.1212 0.0874 0.0636 0.0468 0.0329 0.0227 0.0158 0.0114 0.0081 0.0058 0.0041 0.0029 0.0020 0.0014 0.0010 y 0.9786 0.9520 0.9154 0.8700 0.8163 0.7570 0.6949 0.6310 0.5668 0.5030 0.4412 0.3810 0.3210 0.2650 0.2170 0.1750 0.1382 0.1070 0.0816 0.0610 0.0446 0.0320 0.0232 0.0170 0.0119 0.0082 0.0057 0.0041 0.0029 0.0021 0.0015 0.0010 0.0007 0.0005 0.0004 z 0.0027 0.0021 0.0018 0.0017 0.0014 0.0011 0.0010 0.0008 0.0006 0.0003 0.0002 0.0002 0.0001 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0 CIE XYZ a partir do espectro de uma fonte P (l ) 780 X = k P(l ) x(l )dl 380 780 Y = k P(l ) y (l )dl 380 780 2.0 Z = k P(l ) z (l )dl z (l ) 380 1.5 x(l ) y (l ) 1.0 k= 0.5 400 MGattass DI-PUC/Rio 500 600 700 l (nm) 100 780 380 w (l ) y (l )dl Cor de um objeto no CIE XYZ iluminante S (l ) 780 X = k S (l ) (l ) x(l )dl S (l ) (l ) 380 780 Y = k S (l ) (l ) y (l )dl 380 780 reflexão do material (l ) 2.0 Z = k S (l ) (l ) z (l )dl z (l ) 1.5 380 x(l ) y(l ) 1.0 0.5 400 500 600 700 l (nm) k= 100 780 S (l ) y(l )dl 380 MGattass DI-PUC/Rio Cores visíveis representadas no sistema CIE XYZ Conjunto dos valores possíveis de (X,Y,Z) z(l ) y(l ) x(l ) Y 780 X = k P(l ) x(l )dl 380 780 Y = k P(l ) y (l )dl P (l ) 380 780 Z = k P(l ) z (l )dl 380 X Z MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 0.5 1.0 Planckian locus MGattass DI-PUC/Rio Saturação e cor complementar no diagrama de cromaticidade xy C é complementar a C saturação de C1 y y a s= ab 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 DI-PUC/Rio C + 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 DI-PUC/Rio Opponent Colors Image MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio I E. H. Weber, in 1834 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 DI-PUC/Rio g=x 1 2 Percepção humana "uniforme" Correção Gama Intensidade luminosa MGattass DI-PUC/Rio (voltagem ou código) Sinal de vídeo Correção Gama (a coincidência) Percepção humana Intensidade luminosa MGattass DI-PUC/Rio 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. MGattass DI-PUC/Rio http://www.w3.org/TR/2003/REC-PNG-20031110/ 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio CIE xyY CIE LUV MGattass DI-PUC/Rio CIE LAB MGattass DI-PUC/Rio CIE 1976 (L*a*b*) colour space, Lightnedd Y 3 16 L* = 116 116 Yn 1 L = Lightness (black= 0 and white = 100) MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 2 ou H = (E ) (L *) (C ) E = (L *) * ab * ab MGattass DI-PUC/Rio * 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 DI-PUC/Rio 1/ 2 Branco de referência Observer Illuminant 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 MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio Example: 5YR 8/4 Munsell Book of Colors MGattass DI-PUC/Rio Munsell Book of Colors MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio croma ou saturação base para os sistemas de interface Monitores I ) Sistemas dos Monitores - mRGB HiColor pixel processo aditivo MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 RG B G g= RG B B b= RG B r= r= g= b= Cubo RGB MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio ITU-R BT.709 CIE chromaticities for ITU-R BT.709 reference primaries and CIE standard illuminant Red Green Blue D65 MGattass DI-PUC/Rio 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 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% MGattass DI-PUC/Rio XYZ sRGB: Passo 1 Converte utilizando ITU-R BT.709: [01] MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio http://www.easyrgb.com/ sRGB XYZ S N MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio Reflexão da luz num papel Reflexão difusa ou lambertiana MGattass DI-PUC/Rio Sistemas de cor dependentes de dispositivo CMY II ) Sistemas das Impressoras -CMY ou CMYK 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 DI-PUC/Rio C B R=M+Y B G R magenta + B G R B G R yellow = red B MGattass DI-PUC/Rio G R R Idit Haran Sistemas de cor dependentes de dispositivo CMY II ) Sistemas das Impressoras -CMY ou CMYK MGattass DI-PUC/Rio 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 G R Black – removes all MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 := min (C, M, Y) 0,1 M C MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 50 M 70 Y + 50 K 50 C 0 M 20 Y HSV MGattass DI-PUC/Rio HSV/HSB Color Space HSV = Hue Saturation Value HSB = Hue Saturation Brightness Saturation Scale Brightness Scale MGattass DI-PUC/Rio HSV Saturation Hue MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio S HLS L Pierre Courtellemont MGattass DI-PUC/Rio Opponent Color Spaces + black-white + blue-yellow - + red-green MGattass DI-PUC/Rio 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 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) MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio Cubo RGB no espaço (Y’, B’-Y’, R’-Y’) MGattass DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio 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 DI-PUC/Rio Aparencia de cor MGattass DI-PUC/Rio Banda de Mach Intensidade Branco Preto Posição Efeito da Banda de Mach MGattass DI-PUC/Rio Contraste Simultâneo MGattass DI-PUC/Rio Contraste MGattass DI-PUC/Rio Conclusões do cérebro MGattass DI-PUC/Rio MGattass DI-PUC/Rio 25 45 56 MGattass DI-PUC/Rio 6 8 29 Referências http://www.cvrl.org 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 DI-PUC/Rio FIM MGattass DI-PUC/Rio Potência Relativa Medidas do espectro da luz solar MGattass DI-PUC/Rio made by J. Parkkinen and P. Silfsten. Espectro de luz refletidas reflectância Medidas feitas por E.Koivisto. pétala branca flor amarela flor laranja flor branca flor violeta flor azul 400 MGattass DI-PUC/Rio l (nm) 700 Measurements by E.Koivisto. Espectro de luzes l l l (nm) 380 480 MGattass DI-PUC/Rio 580 680 780 380 480 580 l (nm) 680 780 Espectros do Sol e de um Corpo Negro l Corpo negro Sol l adaptado de Robert Siegel, Thermal Radiation Heat Transfer, 1992 MGattass DI-PUC/Rio