
Oficina de Informática e
telemática
Cor e Visão Humana
Prof. Dr. Rogério R. de Vargas
http://rogerio.in
Introdução
• Presente em tudo que observamos
–O mundo é colorido
• Cor confere realismo as cenas observadas:
quanto maior a fidelidade da reprodução da cor
maior será o realismo e naturalidade
• Cor permite-nos visualizar o não visível:
adicionando informações a cena
–Mapas de temperatura
–Alturas
Introdução
• Informação visual tem grande importância na comunicação
humana
– Visão: mais avançado dos sentidosVisão: mais avançado dos
sentidos
• Seres humanos são limitados à banda visual do espectro
eletromagnético (EM): aparelhos de processamento não!
– Processadores trabalham com imagens geradas por fontes que
os humanos não estão acostumados a associar com imagens
Era do conhecimento suportado pelas tecnologias de
multimeios
Revolucionou a indústria fotográfica, de jogos e
cinematográfica
Podem ser adquirida (fotos, filmes, cenários,...) ou gerada
(pinturas, desenhos, esculturas)
Representação de imagem em região contínua e discreta,
limitada por conjunto finito de valores inteiros que representam
cada um dos seus pontos
Podem ser:
Bidimensionais
Tridimensionais
Imagens Digitais
Podem ser (cont.):
Binárias, monocromáticas ou multibandas (coloridas)
Até década de 1980 seu emprego
consistia em imagens oriundas da
pesquisa espacial
Atualmente difundidas em muitas
aplicações
Representando Imagens
Divide a imagem em pequenos
quadrantes, referenciados por linhas e
colunas.
Representando Imagens
Pixel – picture element: pequeno
elemento da imagem
Representando Imagens
Mais pixels na imagem, melhor seu aspecto, mas aumenta o tamanho do
arquivo
Se uma imagem possui 1.000 pixels H x 1.000 pixels V, significa que possui
um milhão de pixels, ou 1M como é mais comum nas propagandas de
máquinas digitais
1.3MP: 1280 pixels de largura por 1024 = 1.310.720 pixels
Resolução (imagens): quantos pixels a compõem
Imagem digital: matriz de números
F(x,y), onde x e y são coordenadas no plano e a amplitude f é a intensidade ou
nível de cinza da imagem naquele ponto
Imagem
8x8
32 x 32
128 x 128
512 x 512
Tamanho da imagem impressa em qualidade fotográfica (300 DPI (Dot Per
Inch)Pontos Por Polegada ou PPP - Pixel Por Polegada)
Armazenando
Espectro Visível
• Cor depende de percepção: subjetividade
– Isso impede uma definição precisa e uma
correta reprodução
• Cor do ponto de vista físico: luz
• Natureza dual: comportamento ora de
partícula, ora de onda
• Na CG: luz enquanto onda
Espectro Visível
• Luz: radiação eletromagnética que possui uma
certa “energia” para cada onda
– Comportamento ondulatório com frequência e
comprimento de onda característicos
– Ocupa uma grande gama de frequências (ou
comprimentos de onda)
– Função unidimensional
– A imagem é formada pela quantidade de luz
refletida ou emitada pelo objeto observado
Espectro Visível
• Mas estamos interessados em cor: sensação
humana de diferentes espectros de luz
–Envolve uma característica perceptual da espécie
humana
• Principal fonte de energia para imagens
atualmente
– Outras importantes fontes: ultrassônica,
acústica, e eletrônica (microscopia eletrônica)
Espectro Visível
• Ondas eletromagnéticas: ondas senoidais de
varios comprimentos/frequencias,
– Fluxo de partículas sem massa, cada uma se
deslocando em um padrão ondulatório, na velocidade
da luz
– Cada partícula contém uma certa quantidade de
energia, denominada “fóton”
– Bandas espectrais agrupadas de acordo com a energia
por foton:
Espectro Visível
• Bandas têm efeitos e/ou o tipo de utilização
diferentes
– Variando de raios gama (mais alta energia) às
ondas de rádio (mais baixa energia)
– A faixa visível se estende aproximadamente
de 390 nm a 790 nm
• Varia de pessoa para pessoa
– Nenhuma radiação eletromagnética com
comprimento de onda fora da faixa visível é
percebida pelo olho humano
Espectro Visível
• Nenhuma cor termina abruptamente, cada faixa
se mistura a gradativamente à próxima
• Uma fonte que emite radiação com um
comprimento de onda único é chamada de
monocromática
• Devemos compreender o processo de visão
dos seres humanos: inicia-se na córnea
– O olho humano percebe comprimentos de onda
diferentes como cores diferentes
Espectro Visível
• Órgãos receptores (olhos): sensíveis à radiação
eletromagnética
–Interpretam como luz
• É sabido que cada espécie possui uma percepção
de cor diferente
– Gatos e insetos: banda mais larga que se
estende à zona do ultra violeta e à zona dos
infravermelhos
– Répteis (cobras): zona dos infravermelhos e são
praticamente insensíveis ao que chamamos luz
Sistema de Visão Humano
Elementos fotossensíveis presentes na
retina: cones e bastonetes (± 150 milhões)
– Convertem energia luminosa em impulsos
elétricos que são transmitidos até o cérebro
para serem interpretados
– Ocorre, então, o ato de ver
– Comparativamente, as câmeras digitais
atuais possuem 16 milhões de sensores
Sistema de Visão Humano
•Visão: resposta ao estímulo luminoso que
atravessa camadas transparentes da retina,
chegando aos cones e bastonetes, gerando reações
fotoquímicas
•Interpreta cor, profundidade,
textura, movimento, etc.
Espectro Visível
•Bastonetes: de 75 a 150 milhões por olho
–Bem distribuídos pela superfície da retina
–Baixa resolução de detalhes
–Não detectam cor
–Sensíveis a baixos níveis de iluminação
–Objetos coloridos à luz do dia parecem
acinzentados sob o luar
Espectro Visível
•Cones: 6 a 7 milhões por olho
– Localizados na região central da retina
– Boa resolução de detalhes
– Sensíveis a cores
– Funcionam sob boas condições de iluminação
• Olho humano não detecta a cor dos objetos em
condições de iluminação muito fraca como à noite
– Existem 3 tipos de cones de acordo com a
sensibilidade a faixas do espectro
• Na zona do azul (ondas curtas)
• Na zona do verde (ondas médias)
• Na zona do vermelho (ondas largas)
Espectro Visível
• Diz-se que o olho apresenta cones “azuis”,
“verdes” e “vermelhos”.
• Radiações luminosas de cores diversas podem
ser obtidas por combinações destas três cores
primárias: vermelho, verde e azul
Daltonismo
• Perturbação da percepção visual caracterizada
pela incapacidade de diferenciar todas ou
algumas cores
• Os cones dos daltônicos não existem em
número suficiente ou apresentam alguma
alteração, impedindo o indivíduo de diferenciar
as cores nas diversas tonalidades
Ilusão de ótica
Fenômeno da percepção humana, na qual
o olho preenche lacunas de informações
ou percebe propriedades geométricas de
objetos de maneira equivocada
Característica do nosso sistema visual que
ainda não é totalmente compreendida
pela ciência
Formação de Cor
• Considerando-se os fenômenos de emissão,
absorção e reflexão da luz: aditivo e subtrativo
– Usam cores primárias diferentes e possuem
significados distintos para branco e preto
• Processo aditivo: fontes de luz distintas
combinados para formar
uma nova cor
Formação de Cor
• Processo subtrativo: filtro elimina/absorve alguns
comprimentos de onda resultando numa nova cor
– Seu efeito é subtrair, isto é,
absorver alguma cor da luz
branca insidente
– Slides, fotografia e corantes
– Impressa (CMY)
Formação de Cor
• A luz chega a nossos olhos por qual processo e
por quê?
– Processo aditivo: olho humano não consegue
diferenciar componentes e sim cor resultante
– Diferente do ouvido que consegue distinguir,
por exemplo, dois instrumentos diferentes
tocados simultaneamente
Cor na Computação Gráfica
• Cor: juízo pessoal e diferenças fisiológicas dos
observadores
• Apresentação de imagens em dispositivos de
saída gráfica necessita de informação sobre a
cor dos objetos das cenas
– Reprodução com número de erros ou falhas
de precisão reduzido ou zerado
• Problema anterior ao computador: televisão
colorida
Cor na Computação Gráfica
• Modelo de representação de cor
intuitivamente baseado no sistema visual
humano: deverá possuir três parâmetros
• Processo aditivo: combinação de radiações
monocromáticas nas faixas verde, vermelho e
azul
• Padronização: programas possam conversar
entre si e com o usuário
Sistemas de Cores
• Primeiro padrão (1931): comitê CIE (Comission
Internacionale de l'Éclairage)
– Comissão Internacional de Iluminação
– Cores primárias: vermelho, verde e azul
– Proporções variadas
– Fixa faixa de valores para os comprimentos
de onda
Sistemas de Cores
• CIE – Sistema RGB
– Cores secundárias: cores primárias
combinadas duas a duas em igual intensidade
– Magenta = Vermelho + Azul
– Ciano = Azul + Verde
– Amarelo = Verde + Vermelho
Sistemas de Cores
• CIE – Sistema RGB (cont.)
– Valores variam entre 0 (min) e 1 (max)
– Branco: intensidade máxima,
– Preto: intensidade mínima
– Quase universalmente empregue pelos
equipamentos que manipulam luz
• Filmes fotográficos e cinematográficos
Sistemas de Cores
• CIE – Sistema RGB (cont.)
– Não representa cor primária pura: não define
o comprimento de onda de cada cor
– Variações sensíveis de monitor para monitor
– Espaço RGB: cubo de aresta unitária
– Preto: vértice (0,0,0)
– Branco: vértice (0,0,0)
Sistemas de Cores
• CIE – Sistema RGB (cont.)
–Vermelho(1,0,0) + Ciano(0,1,1) = Branco (1,1,1)
–Verde(0,1,0) + Magenta (1,0,1) = Branco (1,1,1)
–Azul (0,0,1) + Amarelo(1,1,0) = Branco (1,1,1)
Sistemas de Cores
• CIE – Sistema RGB (cont.)
– Tradicionalmente implementado com valores
inteiros entre 0 e 255
• Velocidade
– Discretização em 256 intensidade é mais do
que suficiente ao olho humano
Sistemas de Cores
• Existem diversos padrões de cor
• Sistemas de Gerência de Cor (CMS - Color
Management Systems): realizam a conversão
entre os diversos sistemas procurando o mínimo
de perdas
– Pioneiro: MacOS
– Windows: a partir do 95/98
Sistemas de Cores
• Impressoras coloridas: CMYK (ciano, magenta,
Amarelo e preto).
• Transmissão de TV a cores: YIQ
– Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
– I = 0.596R – 0.275G –0.321B
– Q = 0.212R – 0.523G + 0.311B