Luz e Cor
• Luz como onda Eletro-magnética
• Percepção humana de luminosidade
• Espaço de Cor do olho humano (RGB)
• Espaço de Cor XYZ
• Espaço de Cor HSV
• Espaço de Cor YIQ
Luz
Onda eletro-magnética
Luz Branca
vermelho
alaranjado
amarelo
verde
azul
violeta
prisma
luz branca (acromática) tem
todos os comprimentos de onda
Newton
Fontes luminosas
fonte luminosa branca
100
E
50
0
400
fonte luminosa colorida
100
500
E
600
comprimento de
onda dominante
define a
matiz (hue)
50
0
400
l
(mm)
700
500
600
l
(mm)
700
Características das fontes luminosas
E
400
comprimento de
onda dominante
define a
matiz (hue)
500
600
E
l
(mm)
700
400
matiz (hue)
intensidade
define o
brilho
(brightness)
500
600
l
700 (mm)
brilho (brightness)
a concentração no
comprimento de
onda dominante
define a
saturação ou pureza
E
400
500
600
saturação
l
(mm)
700
cores pastéis
são menos
saturadas ou
menos puras
Processos de formação de cores
por pigmentação
A sucessão de reflexão e refração
determinam a natureza da luz refletida
índices de refração distinto
do material base
tinta branca
tons mais
claros
(tints)
tons
Cinzas
(greys)
PALHETA
DO
PINTOR
tinta preta
tons mais
escuros
(shade)
tinta colorida
(saturada)
Processos de formação de cores
aditivos
Ea
Ea+b
Eb
l
Ea+b(l) = Ea (l)+Eb(l)
a
a+b
b
l
O olho não vê
componentes!
l
subtrativos
filtros ou corantes
Ei
transparência
Ef
t
Ef(l) = t(l) . Ei (l)
l
l
l
Luz
branca
Filtro
verde
Luz
verde
azul
amarelo
índices de refração
próximo do material base
Fração da luz
absorvida pelo olho
luminosidade
sensibilidade
relativa
100
50
0
400
500
600
700
l
(mm)
Tons de cinza igualmente
espaçados
Intensidade
Branco
Preto
Posição
Tons de cinza perceptualmente
espaçados e bandas de Mach
Intensidade
Branco
Preto
Posição
O olho humano ressalta as
altas freqüências
(Banda de Mach)
Efeito da Banda de
Mach
Exemplo:
Histórias em quadrinhos onde apenas os contornos são desenhados
Contraste Simultâneo
Espaço de cor do olho humado
Olho humano: Cones (RGB) e Bastonetes (cegos para cor)
.20
G
R
fração de luz absorvida
por cada cone
.18
.16
.14
.12
.10
.08
.06
.04
.02
B
0
400 440 480 520 560 600 640 680
comprimento de onda (mm)
l
Percepção de cor
Luz Colorida
Intensidade
Luz Branca
G
R
B
400 440 480 520 560 600 640 680
comprimento de onda (nm)
l
componente vermelha
r=
c(l) R(l) dl
não é bem assim!
O problema de reprodução de cor em CG
Mundo Real
E
400
Espaço Virtual
700
l
E
R
G
B
l
• mesma sensação de cor
Metamerismo
• só distingue 400 mil cores (< 219)  19 bits deveriam ser suficientes
Representação perceptual da cor
CIE RGB
R = 700 mm
G = 546 mm
B = 435.8 mm
r(l) R
g(l) G
b(l) B
Cor Monocromática
C(l)
C(l) = r(l) R + g(l)G + b(l)B
Problema:
Não consegue se representar todas as cores visíveis (falta saturação)
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)
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
r(l)
546 nm
0.2
438 nm
Valores dos tri-esimulos
0.4
600
700
l
(mm)
- 0.2
Combinação de três cores (RGB) para reproduzir as cores espectrais
Sistemas de cor
dependentes de dispositivo - mRGB
I ) Sistemas dos Monitores - mRGB
G
processo aditivo
1.0 verde
Y
amarelo
W
C
ciano
branco
vermelho
K
preto
1.0
azul
1.0
M
magenta
R
normalmente
temos 1 byte
para cada
componente
mapeando
[0, 255] em [0,1]
B
Observação: Componente de luminância do vídeo:
Y = 0.2999 R + 0.587 G + 0.114 B
Sistemas de cor dependentes de
dispositivo - CMY
II ) Sistemas das Impressoras -CMY ou CMYK
processo
predominantemente
subtrativo
tinta ciano (0,1,1)
componente vermelha é absorvida
Y
R
G
K
M
B
C
Conversão RGB para CMY e
vice-versa
G
1.0 verde
W
C
ciano
Y
amarelo
branco
K preto
azul
1.0
B
C
1.0 ciano
verde
preto
azul
K
W branco
vermelho
1.0
M
magenta
R
1.0
magenta
1.0
vermelho
M
(r,g,b)
(c,m,y)
(c,m,y) = (1-r, 1-g, 1-b)
amarelo
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
base linearmente
dependente
C := C - K
M := M - K
Y := Y - K
Escolhendo a Cor
RGB / CMY
@coreldraw
Padrão CIE XYZ
 Sistema onde todas as cores visíveis sejam
representadas por coordenadas positivas.
 Padrão estabelecido no ínicio da década de 1930.
 As cores X, Y e Z não são cores visíveis no espaço.
 Y foi escolhida de forma a ser semelhante à curva de
sensibilidade do olho (luminância).
Conversão da base CIE RGB
para CIE XYZ (X,Y e Z positivos)
C(l) = r(l) R + g(l) G + b(l) B
Escolhendo-se XYZ tal que:
R
G
B
=
2.36470 -0.51515 0.00520
-0.89665 0.14264 -0.01441
-0.46808 0.08874 1.00921
X
Y
Z
tem-se
C(l) = X(l) X + Y(l) Y + Z(l) Z
onde
X(l)= 2.36470r(l)-0.89665g(l)-0.46808b(l)
Y(l)=-0.51515r(l) +0.14264g(l)+0.08874b(l)
Z(l)= 0.00520r(l)-0.01441g(l)+1.00921b(l)
Componentes das cores
monocromáticas
- CIE XYZ C(l) = X(l)X + Y(l)Y + Z(l)Z
2.0
Z(l)
1.8
Cores Básicas do CIE 1931
1.6
1.4
Valor
1.2
Y(l)
1.0
X(l)
0.8
0.6
X(l)
0.4
0.2
400
Nota:
500
600
700
l
(mm)
Y foi escolhida de forma a Y(l) ser semelhante à curva de
sensibilidade do olho (luminância)
Cores visíveis representadas no
sistema CIE XYZ
Y
Plano X+Y+Z=1
X
Z
Retirando a luminosidade ou brilho
da definição da cor em CIE XYZ
• Um parenteses sobre luminosidade ou brilho
Valores típicos de iluminamento
de uma superfície
Modo
Luz do dia (máximo)
Luz de dia sombrio
Interior próximo a janela
Minimo p/ trabalho
Lua cheia
Luz das estrelas
Valores (lux)
100 000
10 000
1 000
100
0,2
0,000 3
… e o olho
se acomoda!
• Retirar o fator luminosidade ou brilho projetando no plano X+Y+Z=1
x = X/(X+Y+Z)
y = Y/(X+Y+Z)
z = Z/(X+Y+Z)
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
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
Branco
490
Azul
0.2
0.1
580
600
Vermelho
700
480 Purpura
400
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
x
Saturação e cor complementar no
diagrama de cromaticidade xy
y
1.0
C2
0.8
0.6
b
cores
saturadas
saturação de C1 =
C1
0.4
a
a+b
a
Branco
0.2
0.2 0.4
0.6
0.8 1.0
x
y
1.0
0.8
C é complementar a C

a C + b C = Branco
0.6
C
0.4
0.2
C
Branco
0.2 0.4
0.6
0.8 1.0 x
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
0.5
gamute de um monitor
C1
0.4
0.3
W
0.2
0.1
gamute de uma impressora
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
x
Sistemas de cor mais indicados
para interface com usuário - HSV
Value
G
Y
R
C
Hue
B
B
M
K
G
R
Conversão de HSV para RGB
decompor (r,g,b)
na base de V e do
espaço ortogonal
a ele.
G
V
R
B
Escolhendo a Cor
HSV
Escolhendo a Cor
HSV
Escolhendo a Cor
HSV
Escolhendo a Cor
YIQ