Percepcja wizualna i modele barw - pjwstk

Grafika KomputerowaPercepcja wizualna i modele barwAleksander Denisiukdenisjuk@pjwstk.edu.plPolsko-Japońska Wyższa Szkoła Technik KomputerowychWydział Informatyki w Gdańskuul. Brzegi 5580-045 GdańskGrafika Komputerowa – p. 1

Percepcja wizualna i modele barwNajnowsza wersja tego dokumentu dostępna jest podadresemhttp://users.pjwstk.edu.pl/~denisjuk/Grafika Komputerowa – p. 2

Percepcja informacji wizualnejzmysł wzrokuokoreceptory: czopki i pręcikiinformacja wizualnatekstowaobrazowaGrafika Komputerowa – p. 3

Żródło informacji wizualnejpromieniowanie fotonowe, fale elektromagnetycznepromieniowanie monochromatycznebarwaGrafika Komputerowa – p. 4

Wzrok i właściwości widzeniaGrafika Komputerowa – p. 5

Receptorypręciki — oświetlenie słabeczopki — oświetlenie intensywne, trzy rodzajeGrafika Komputerowa – p. 6

Percepcja barwynośnikiem percepcji wizualnej jest światłowrażenie wzrokowe wywołuje cały skład widmawpadajacego ˛ do okasposób percepcji jest złożona˛funkcja˛Grafika Komputerowa – p. 7

Sposób percepcji brawy zależy odwłaściwości żródła światławłaściwości ośrdoka i odległości między żródłema obiektemzdolności fizycznych obiektu do odbijania i/lubpochłoniania światła o określonej długości falwłaściwości otaczajacych ˛ obiektówstanu oka i systemu wzrokowegocharakterystyk transmisyjnych receptorów i ośrodkównerwowychpoprzednich doświadczeń przy obserwowaniupodobnego obiektuGrafika Komputerowa – p. 8

Rozszczepienie i skupienie światłaIzaak Newton, 1666 rGrafika Komputerowa – p. 9

Rozszczepienie i skupienie światłaSiedem kolorówczerwony, 760÷620 nmpomarańczowy, 620÷585 nmżółty, 585÷575 nmzielony, 575÷500 nmniebieski, 500÷445 nmgranatowy, 445÷425 nmfioletowy, 425÷380 nmGrafika Komputerowa – p. 10

Teoria trzech kolorówG. Palmer, 1777T. Young, 1801Helmholtz, 1850(R,G,B) ↦→ barwaGrafika Komputerowa – p. 11

Wrażenie barwynośnikiem wrażeń barwnych jest światłoemitowane przez źródłopadajace ˛ na obiektcałkowicie odbitecałkowicie pochłonięteczęściowo odbite i częściowo pochłonięteGrafika Komputerowa – p. 12

Wrażenie barwyobiekt jest oświetlany przez światłopowierzchnia obiektu pochłania wszystkie składoweoprócz odpowiadajacych ˛ obiektowi, a ten odbija je dodetektoradetektor (oko) odbirea odbite światło i sygnalizuje tomózgowimózg wywołuje pewne wrażenie barwneGrafika Komputerowa – p. 13

Światło pierwotne i wtórneobiekty samoświecace ˛ sięodbijajace ˛ lub rozproszajace ˛ światło na nie padajace˛Grafika Komputerowa – p. 14

Barwy proste, złożone i podstawoweprosta reprezentuje jedna˛długość falizłożona — poprzez mieszanie barwpodstawowe — trzy barwy, poprzez mieszanie możnauzysać wrażenie dowolnej barwy, a poprzez mieszaniedwóch nie można uzyskać trzeciejludzkie oko nie rozróżnia braw prostych od złożonychGrafika Komputerowa – p. 15

Koło barwGrafika Komputerowa – p. 16

Mieszanie barwsynteza addytywna.synteza subtraktywna.´µ´µÙÖ ÎÁº½ ´µ Ì ØÚ ÓÐÓÖ× Ö Ö¸ ÖÒ¸ Ò ÐÙº ´µ Ì×ÙØÖØÚ ÓÐÓÖ× Ö ÝÒ¸ ÑÒظ Ò ÝÐÐÓÛº Ë ÓÐÓÖ ÔÐØ º¾ºGrafika Komputerowa – p. 17

Teoria procesu przeciwstawnegoEwald Hering, 1878ciemny ↔ jasnyR ↔ GB ↔ YGrafika Komputerowa – p. 18

Metameryzmróżne barwy daja˛to same barwne wrażenieróżny odbiór barwy (np. zawartej w farbie) uzależnionyod rodzaju światła.dwie substancje barwiace, ˛ ogladane ˛ w tym samymoświetleniu, odczytywane sa˛jako zbliżone, w innymoświetleniu jako różniace ˛ się między soba.˛Grafika Komputerowa – p. 19

Percepcyjne atrybuty barwyodcieńnasyceniejasność (jaskrawość)Grafika Komputerowa – p. 20

Modele barwokreślony trójwymiarowy układ współrzędnychbarwowych wraz z widzialnym podzbioremRGB, CMY(K), YUV, YIQHSV, HLSLABGrafika Komputerowa – p. 21

Model RGB32 (24) bitów (true color, milions of colors)8R+8G+8B +8α16 bitów (high color, thousands of colors)5R+5G+5B +1α8 bitów 3R+3G+2BGrafika Komputerowa – p. 22

Color Lookup TableCLUT (LUT)Barwy indeksowane.GIF k-bitowy index. (LZW kompressia).Grafika Komputerowa – p. 23

Web-safe Colorsbezpieczna paleta kolorówKażda liczba złożona z par 00, 33, 66, 99, CC oraz FFodpowiada barwie “bezpiecznej”.6 3 = 216Grafika Komputerowa – p. 24

Model CMYK⎧⎨CM⎩Y= 1−R= 1−G= 1−BProceudra generowania czerni (component colorsreplacement, ccr)Grafika Komputerowa – p. 25

Model HSVHue — Odcień (0 ◦ –360 ◦ )Saturation — nasycenie (0–1)Value (Brightness) — jaskrawośćGrafika Komputerowa – p. 26

Model HSLHue — Odcień (0 ◦ –360 ◦ )Saturation — nasycenie (0–1)Luminance — jasność (średnie światło białe, 0–1)ÖÒÐÐÓÛÝÒÊÐÙÅÒØÙÖ ÎÁº¾ ÀÙ × Ñ×ÙÖ Ò Ö׸ ÖÔÖ×ÒØÒ Ò ÒÐ ÖÓÙÒ Ø ÓÐÓÖÛк ÈÙÖ Ö × Ù ÕÙÐ ØÓ ¼¸ ÔÙÖ ÖÒ × Ù ÕÙÐ ØÓ ½¾¼¸ Ò ÔÙÖÐÙ × Ù ÕÙÐ ØÓ ¾¼º Ë ÓÐÓÖ ÔÐØ º¿ºGrafika Komputerowa – p. 27

HSV a HSLGrafika Komputerowa – p. 28

RGB↦→HSLRequire: R, G, BEnsure: H, S, LMax ← max{R,G,B}Min ← min{R,G,B}∆ ← Max −MinL ← Max+Min2if Max == Min thenS ← 0; H ← 0elseif L < 1 2 thenS ←elseS ←∆Max+Min∆2−Min−Maxend ifif R == Max thenH ← 60 G−B∆if H < 0 thenH = 360+Hend ifelse if G == Max thenH ← 120+60 B−R∆elseH ← 240+60 R−G∆end ifend ifGrafika Komputerowa – p. 29

Standard CIE1931, Comission Internationale de l’Eclairage:CIE-RGB, CIE-XYYGrafika Komputerowa – p. 30

Modele telewizyjneYUV⎛Y⎞⎝U −128⎠ =V −128PAL⎛⎞0,299 0,587 0,114⎝−0,14713 −0,28886 0,436 ⎠0,615 −0,51499 −0,10001⎛ ⎞R⎝G⎠BGrafika Komputerowa – p. 31

YUV, przykładGrafika Komputerowa – p. 32

YIQLuminance-Inphase-Quadrature⎛ ⎞Y⎝U −128⎠ =V −128⎛ ⎞0,299 0,587 0,114⎝0,596 −0,275 −0,321⎠0,212 −0,528 0,311⎛ ⎞R⎝G⎠BNTSCGrafika Komputerowa – p. 33

YCbCrsystemy fotograficzne i wideo⎛ ⎞R⎝G⎠ =B⎛⎞1,0 0,0 1,40210⎝1,0 −0,34414 −0,71414⎠1,0 1,77180 0,0⎛ ⎞Y⎝C b −128⎠C r −128podstawa JPEGGrafika Komputerowa – p. 34

Przestrzenie barw percepcyjnierównomierneCIE-Lu*v* (LUV)Grafika Komputerowa – p. 35

CIE-La*b* (LAB)Grafika Komputerowa – p. 36