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MGattass DI-PUC/Rio
Luz e Cor
fontesluminosasgeramluz
que interagemcomo meio(supeficies)
que nosos olhos captam
que produzem sensações no nossocérebro
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
luz
MGattass DI-PUC/Rio
Natureza da luz
c = f
c = velocidade da luz 3.0x108 m/s
v / f
v
Ondulatória ou partículas?
MGattass DI-PUC/Rio
Potência (fluxo) radiante
Watts =Joule/seg
exemplos: •lâmpadas: ~100 W•Sol: 3.911026 W
varia de ponto a ponto e depende da direção.
superfície
p
MGattass DI-PUC/Rio
Irradiação e Radiosidade
pdA
d
pdA
d
dA
dB
)(p
dA
dE
)(p
2m
W
2m
W
irradiação radiosidade
MGattass DI-PUC/Rio
Área aparente (foreshortening)
θ
A
Uma área A vista de um ângulo é equivalente a uma área menor, A cos, tanto para emitir quanto para receber radiação luminosa.
n
cosAA
MGattass DI-PUC/Rio
ângulo e ângulo sólido
rad 20 str40
radr
l strr
a2
esfera
r a
r
l
círculo
MGattass DI-PUC/Rio
dAp
d
ddA
dL
2
Radiância
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”;
emitidaL
recebidaL
)(
)(
p
p
srm
W2
MGattass DI-PUC/Rio
Modelo de câmera obscura
cn̂
dAp
dAc
Câmeras são sensíveis a radiância de pontos da cena
o que é projetado na parede é a radiância de dAc na direção do furo
)( pL
p
MGattass DI-PUC/Rio
Fluxo radiante em uma superfície em função da direção
pvidro
diferença entre uma janela e um pintura.
)()( 21 pp LL
12
MGattass DI-PUC/Rio
Ondas eletromagnéticas
(m)
VISÍVEL
f (Hertz)
102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020
rádioAM FM,TVMicro-Ondas
Infra-VermelhoUltra-Violeta
RaiosX
106 104 102 10 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12
vermelho (4.3 1014
Hz), laranja, amarelo,..., verde, azul, violeta (7.51014
Hz)
MGattass DI-PUC/Rio
Luz branca (Newton)
luzbranca
prisma
vermelhoalaranjadoamareloverdeazulvioleta
luz branca (acromática) tem todos os comprimentos de onda
luz branca (acromática) tem todos os comprimentos de onda
Cor Violeta 380-440 nmAzul 440-490 nmVerde 490-565 nmAmarelo 565-590 nmLaranja 590-630 nmVermelho 630-780 nm
Cor Violeta 380-440 nmAzul 440-490 nmVerde 490-565 nmAmarelo 565-590 nmLaranja 590-630 nmVermelho 630-780 nm
1 nm = 10-9 m
MGattass DI-PUC/Rio
Espectro de luz refletidas
Measurements by E.Koivisto.
)(nm
400 700
pétala branca
flor azul
flor amarela
flor laranja
MGattass DI-PUC/Rio
Medidas do espectro da luz solar
medidas feitas por J. Parkkinen and P. Silfsten.
400 700
levemente nublado, sol atrás das nuvens
nublado, céu cinza
céu sem nuvens
levemente nublado
céu sem nuvens, por do sol )(nm
MGattass DI-PUC/Rio
Espectros de luz “branca”
Idit Haran
MGattass DI-PUC/Rio
Espectro dos fosforos dos monitores
MGattass DI-PUC/Rio
Corpo negro (blackbody)
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
L KT o7500
KT o6500
KT o5500
12
51
Tc
e
cL
ou
MGattass DI-PUC/Rio
Temperatura de uma fonte luminosa
380 430 480 530 580 630 680 730 780
Sol
Corpo negro à 6500 oK
(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
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1900
2000
2800
2900
3300
3780
5500
6000
6500
7500
n
(nm)
T (o K)
Espectros normalizados de um corpo negro
MGattass DI-PUC/Rio
Temperatura da cor
2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
)( KT o
19001900 2800
2000
3300 6000
65005500 7500
MGattass DI-PUC/Rio
Caracterização do espectro de fontes luminosas
potê
ncia
comprimento de onda
luz branca ideal
luz colorida
380 780
)/( nmWatts
)(nm
MGattass DI-PUC/Rio
Espectro CIE D65 e da lâmpada incandecente (illuminant A)
380 480 580 680 780
nm
CIE D65
CIE Iluminante A
)/( nmWatts
MGattass DI-PUC/Rio
Espectro CIE D65 e da lâmpada incandecente (illuminant A)
CIE D65 CIE Iluminante A
MGattass DI-PUC/Rio
Espectro de quatro fontes luminosas artificiais
made by H.Sugiura.
MGattass DI-PUC/Rio
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.
http://www.sunriseinstruments.com/terminology.html
Correlated Color Temperature - the color temperature of the the black body that is closest to the chromaticity coordinates of the light source.
Temperatura da corTemperature Typical Sources
1000K 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 Open shade in mountains on a really clear day
Mo
nito
r ideal
http://webphysics.davidson.edu/alumni/MiLee/java/bb_mjl.htm
What is Color?
Reflectance
Spectrum
Spectral
Power
Distribution
Spectral
Power
Distribution
Illuminant D65
Electromagnetic Wave
(nm)
Frédo Durand and Barb Cutler MIT- EECS
Frédo Durand and Barb Cutler MIT- EECS
What is Color?
Reflectance
Spectrum
Spectral
Power
Distribution
Under F1
Spectral
Power
Distribution
Illuminant F1
Spectral
Power
Distribution
Under D65
Neon Lamp
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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
a
b
a+b
a+b
O olho não vê componentes!
)()()( baba
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Processos subtrativos de formação de cores
filtros
Luz branca
Filtro verde
Luz verde
EiEft
transparência
)()()( if EtE
MGattass DI-PUC/Rio
Processos de formação de cores:por pigmentos
índices de refração distinto do material base
por pigmentação
A sucessão de reflexão e refração determinam a natureza da luz refletida
tinta preta
tinta branca tinta colorida(saturada)
tons mais escuros(shade)
tons mais claros(tints)
Cinzas(greys)
PALHETADO
PINTOR
tons
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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
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3D Color Spaces
Tri-cromatico sugere espaço 3D
Polar
Luminância
Saturação
Matiz(Hue)
R
G
B
Cartesiano
What is Color?
Stimulus
ObserverObserver
Frédo Durand and Barb Cutler MIT- EECS
Frédo Durand and Barb Cutler MIT- EECS
What is Color?
Spectral
Sensibility
of the
L, M and S
Cones
S
M L
RodsRods ConesConesDistribution of Distribution of Cones and RodsCones and Rods
Light
Light
Retina Optic Nerve
AmacrineCells
GanglionCells
HorizontalCells
BipolarCells Rod
Cone
MGattass DI-PUC/Rio
Anatomia simpificada do olho humano
retina bastonetes
cones sml
Bastonetes
Cones
100 M 5Mfóvea10%
ponto cego
MGattass DI-PUC/Rio
Sensibilidade dos cones do olho humano
Olho humano: Cones (SML) e Bastonetes (cegos para cor)
Curvas se sobrepõe!Não temos como sabermos
qual a sensação de um dado cone!
(nm)
fraç
ão d
e lu
z ab
sorv
ida
por
cada
con
e
)()(m)(s
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
380 480 580 680 780
MGattass DI-PUC/Rio
Sensibilidade do olho em função do comprimento de onda
Fração da luz absorvida pelo olho
sens
ibil
idad
ere
lati
va
nm
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
380 480 580 680 780
)(V
MGattass DI-PUC/Rio
Brilho Luminosidade
dB )( (em Watts)
)(
dVkY m )()( (em lumens)
Brilho:
Luminosidade:
nm0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0 )(V
nm
km = 680 lumes/watt
MGattass DI-PUC/Rio
Sensibilidade relativa dos cones
)()( V
)()( mV
)()( sV
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
380 430 480 530 580 630 680 730 780
)(V
(nm)
fraç
ão d
e lu
z ab
sorv
ida
por
cada
con
e
MGattass DI-PUC/Rio
Medida da sensação de cor e o princípio da tri-cromaticide
não é assim! mas…
Luz()
)()( V
)()( mV
)()( sV
dV
dmVm
dsVs
)()()(
)()()(
)()()(
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.
Spectra obtained using a simulation by Hughes, Bell and Doppelt (Brown University)
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Metamerismo e reprodução de cor em CG
Mundo Real
Espaço Virtual objetivo: produzir a mesma sensação de cor
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).
BGRC bgr
r R
g G
b B
Cimagemprojetada
soma das coresprimárias
cor de teste
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2a Lei de Grassmann
Se os espectrps das luzes são intensificadas por um mesmo fator o metamerismo permanece
BGRC bgr
r R
g G
b B
Ccor de teste
soma das coresprimárias
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3a Lei de Grassmann
Se:BGRC 1111 bgr
eBGRC 2222 bgr
então
BGRCC )()()( 21212121 bbggrr
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Representação perceptual da cor CIE RGB
Problema:Não consegue se representar todas as cores visíveis (falta saturação)
R = 700 nmG = 546 nmB = 435.8 nm
C() luz pura(mono-freqüência)
BGRC )()()()( bgr
r() R
g() G
b() B
C()1931 - 2o
1964 - 10o
2o ou 10o
MGattass DI-PUC/Rio
Artifício para “subtrair” uma componente
C() luz pura(mono-freqüência)
R = 700 nmG = 546 nmB = 435.8 nm
r() R
g() G
b() B
C()1931 - 2o
1964 - 10o
2o ou 10o
BGRC )()()()( bgr
)()(:,)()()()( rrondebgr BGRC
MGattass DI-PUC/Rio
Combinação de três cores (RGB) para reproduzir as cores espectrais
C) = r) R + gG + bB
Componentes das cores monocromáticas- CIE RGB -
R = 700 nmG = 546 nmB = 435.8 nm
http://cvision.ucsd.edu/
(nm)
Val
ores
dos
tri-
esim
ulos
r)
g)b)
-1
0
1
2
3
380 430 480 530 580 630 680 730 780
r g b r g b390 0.0018 -0.0005 0.0122 565 1.4727 0.8804 -0.0138395 0.0046 -0.0010 0.0311 570 1.7476 0.8284 -0.0127400 0.0096 -0.0022 0.0624 575 2.0214 0.7469 -0.0114405 0.0190 -0.0044 0.1316 580 2.2724 0.6493 -0.0099410 0.0308 -0.0072 0.2275 585 2.4896 0.5632 -0.0084415 0.0425 -0.0126 0.3590 590 2.6725 0.4768 -0.0070420 0.0517 -0.0167 0.5240 595 2.8093 0.3848 -0.0057425 0.0528 -0.0212 0.6859 600 2.8717 0.3007 -0.0043430 0.0443 -0.0199 0.7960 605 2.8525 0.2285 -0.0029435 0.0322 -0.0161 0.8946 610 2.7601 0.1658 -0.0023440 0.0148 -0.0073 0.9640 615 2.5989 0.1137 -0.0020445 -0.0023 0.0014 0.9981 620 2.3743 0.0747 -0.0015450 -0.0291 0.0196 0.9188 625 2.1054 0.0465 -0.0009455 -0.0607 0.0435 0.8249 630 1.8145 0.0263 -0.0006460 -0.0962 0.0710 0.7855 635 1.5247 0.0127 -0.0003465 -0.1376 0.1102 0.6672 640 1.2543 0.0045 -0.0001470 -0.1749 0.1509 0.6110 645 1.0076 0.0001 0.0000475 -0.2126 0.1979 0.4883 650 0.7864 -0.0020 0.0001480 -0.2378 0.2404 0.3620 655 0.5966 -0.0026 0.0002485 -0.2567 0.2799 0.2663 660 0.4432 -0.0026 0.0002490 -0.2773 0.3335 0.1959 665 0.3241 -0.0023 0.0002495 -0.2913 0.4052 0.1473 670 0.2346 -0.0019 0.0002500 -0.2950 0.4906 0.1075 675 0.1688 -0.0014 0.0001505 -0.2971 0.5967 0.0767 680 0.1209 -0.0011 0.0001510 -0.2676 0.7018 0.0502 685 0.0858 -0.0008 0.0000515 -0.2173 0.8085 0.0288 690 0.0603 -0.0006 0.0000520 -0.1477 0.9108 0.0133 695 0.0415 -0.0004 0.0000525 -0.0352 0.9848 0.0021 700 0.0281 -0.0003 0.0000530 0.1061 1.0339 -0.0042 705 0.0191 -0.0002 0.0000535 0.2598 1.0538 -0.0083 710 0.0133 -0.0001 0.0000540 0.4198 1.0512 -0.0122 715 0.0094 -0.0001 0.0000545 0.5926 1.0498 -0.0140 720 0.0065 -0.0001 0.0000550 0.7900 1.0368 -0.0147 725 0.0045 0.0000 0.0000555 1.0078 0.9983 -0.0149 730 0.0032 0.0000 0.0000560 1.2283 0.9378 -0.0146
(nm)V
alor
es d
os tr
i-es
imul
os
r)
g)b)
-1
0
1
2
3
380 430 480 530 580 630 680 730 780
CIE RGB2O 1931
MGattass DI-PUC/Rio
- 0.2
0
0.2
0.4
400 500 600 700
(nm)
Val
ore
s d
os
tri-
esim
ulo
s r)
g)
b)
Componentes das cores monocromáticas- CIE RGB -
dbkB
dgkG
drkR
)()(
)()(
)()(
)(
MGattass DI-PUC/Rio
Mudança de Base do Espaço de Cor
G
B
R
nm380
nm780
G
B
R
Y
X
Z
z
y
x
b
g
r
009.101415.0053.0
0920.04352.15272.0
4701.0902.02372.2
MGattass DI-PUC/Rio
Conversão da base CIE RGB para CIE XYZ
b
g
r
z
y
x
990.0010.0000.0
011.0813.0177.0
200.0310.0490.0
BGRC )()()()( bgr
ZYXC )()()()( zyx
MGattass DI-PUC/Rio
Cores Básicas do CIE 1931
Componentes das cores monocromáticas- CIE XYZ -
nm
0.5
1.0
1.5
2.0
400 500 600 700
)(x)(y
)(z
Nota: No CIE 1931 Y foi escolhida de forma a y ser semelhante à curva de sensibilidade do olho (luminância)
ZYXC )()()()( zyx
MGattass DI-PUC/Rio
CIE XYZ (2o e 10o)
x y z x y z390 0.0042 0.0001 0.0201 565 0.6784 0.9786 0.0027395 0.0077 0.0002 0.0362 570 0.7621 0.9520 0.0021400 0.0143 0.0004 0.0679 575 0.8425 0.9154 0.0018405 0.0232 0.0006 0.1102 580 0.9163 0.8700 0.0017410 0.0435 0.0012 0.2074 585 0.9786 0.8163 0.0014415 0.0776 0.0022 0.3713 590 1.0263 0.7570 0.0011420 0.1344 0.0040 0.6456 595 1.0567 0.6949 0.0010425 0.2148 0.0073 1.0391 600 1.0622 0.6310 0.0008430 0.2839 0.0116 1.3856 605 1.0456 0.5668 0.0006435 0.3285 0.0168 1.6230 610 1.0026 0.5030 0.0003440 0.3483 0.0230 1.7471 615 0.9384 0.4412 0.0002445 0.3481 0.0298 1.7826 620 0.8544 0.3810 0.0002450 0.3362 0.0380 1.7721 625 0.7514 0.3210 0.0001455 0.3187 0.0480 1.7441 630 0.6424 0.2650 0.0000460 0.2908 0.0600 1.6692 635 0.5419 0.2170 0.0000465 0.2511 0.0739 1.5281 640 0.4479 0.1750 0.0000470 0.1954 0.0910 1.2876 645 0.3608 0.1382 0.0000475 0.1421 0.1126 1.0419 650 0.2835 0.1070 0.0000480 0.0956 0.1390 0.8130 655 0.2187 0.0816 0.0000485 0.0580 0.1693 0.6162 660 0.1649 0.0610 0.0000490 0.0320 0.2080 0.4652 665 0.1212 0.0446 0.0000495 0.0147 0.2586 0.3533 670 0.0874 0.0320 0.0000500 0.0049 0.3230 0.2720 675 0.0636 0.0232 0.0000505 0.0024 0.4073 0.2123 680 0.0468 0.0170 0.0000510 0.0093 0.5030 0.1582 685 0.0329 0.0119 0.0000515 0.0291 0.6082 0.1117 690 0.0227 0.0082 0.0000520 0.0633 0.7100 0.0782 695 0.0158 0.0057 0.0000525 0.1096 0.7932 0.0573 700 0.0114 0.0041 0.0000530 0.1655 0.8620 0.0422 705 0.0081 0.0029 0.0000535 0.2257 0.9149 0.0298 710 0.0058 0.0021 0.0000540 0.2904 0.9540 0.0203 715 0.0041 0.0015 0.0000545 0.3597 0.9803 0.0134 720 0.0029 0.0010 0.0000550 0.4334 0.9950 0.0087 725 0.0020 0.0007 0.0000555 0.5121 1.0000 0.0057 730 0.0014 0.0005 0.0000560 0.5945 0.9950 0.0039 735 0.0010 0.0004 0
0
1
2
380 480 580 680 780
)(x
)(y
)(z
CIE XYZ2O 1931
MGattass DI-PUC/Rio
CIE XYZ a partir do espectro de uma fonte
780
380
780
380
780
380
)()(
)()(
)()(
dzPkZ
dyPkY
dxPkX
)(P
nm
0.5
1.0
1.5
2.0
400 500 600 700
)(x)(y
)(z
780
380
)()(
100
dy
k
w
MGattass DI-PUC/Rio
Cor de um objeto no CIE XYZ
780
380
780
380
780
380
)()()(
)()()(
)()()(
dzSkZ
dySkY
dxSkX
nm
0.5
1.0
1.5
2.0
400 500 600 700
)(x)(y
)(z
)(S
)(
)()( S
780
380
)()(
100
dyS
k
reflexão do material
iluminante
MGattass DI-PUC/Rio
Cores visíveis representadas no sistema CIE XYZ
X
Y
Z
)(x)(y
)(z
)(P
780
380
780
380
780
380
)()(
)()(
)()(
dzPkZ
dyPkY
dxPkX
Conjunto dosvalores possíveisde (X,Y,Z)
MGattass DI-PUC/Rio
Valores típicos de luminosidade de umde uma superfície
Modo Valores (lux)Luz do dia (máximo) 100 000Luz de dia sombrio 10 000Interior próximo a janela 1 000Minimo p/ trabalho 100Lua cheia 0.2Luz das estrelas 0.0003
… e o olho se acomoda!
… e o olho se acomoda!
• Um parenteses sobre luminosidade ou brilho
Retirando a luminosidade ou brilhoda definição da cor em CIE XYZ
MGattass DI-PUC/Rio
MGattass DI-PUC/Rio
x = X/(X+Y+Z)y = Y/(X+Y+Z)z = Z/(X+Y+Z)
x = X/(X+Y+Z)y = Y/(X+Y+Z)z = Z/(X+Y+Z)
• Retirar o fator luminosidade ou brilho projetando no plano X+Y+Z=1
note que x+y+z =1
Retirando a luminosidade ou brilhoda definição da cor em CIE XYZ
X = (x / y ) YY = YZ = (1-x-y ) Y / y
X = (x / y ) YY = YZ = (1-x-y ) Y / y
X
Y
Z
Plano X+Y+Z=1
MGattass DI-PUC/Rio
Cores visíveis representadas no sistema CIE xyY
X
Y
Z
MGattass DI-PUC/Rio
520
480
490
500
510540
560
Purpura
580
600
= 700
400
Azul
Cian
Verde
Amarelo
Vermelho
x
y
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Branco
0.1
0.2
0.3
0.4
0.6
0.5
0.7
0.8
0.9
1.0
Cores visíveis representadas no sistema CIE xyY
MGattass DI-PUC/Rio
Nome das cores
MGattass DI-PUC/Rio
Nome das cores
x
650610
590
550
570
600
580
560
540
505
500
510
520530
490
495
485
480
470450
1.00.50.0
0.5
0.9
green
yellow-green
yellow
orange
red
magenta
purpleblue
cyan whitepink
y
MGattass DI-PUC/Rio
Planckian locus
MGattass DI-PUC/Rio
y
x0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Branco0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C2
C1
cores saturadas
a
b
saturação de C1
y
x0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Branco0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
C
C + C = Branco
Saturação e cor complementar no diagrama de cromaticidade xy
ba
as
C é complementar a C
MGattass DI-PUC/Rio
After-Image-white
MGattass DI-PUC/Rio
Opponent Colors
ImageImage AfterimageAfterimage
MGattass DI-PUC/Rio
x
y
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.6
0.5
0.7
0.8
0.9
1.0
gamute de um monitor
gamute de uma impressora
C1
C2
W
C2 cor não realizável
C1 cor não realizável na impressora
Gamute de cromaticidade de dispositivos
MGattass DI-PUC/Rio
Gamut de cores de um monitor RGB
Par de coresperceptualmenteequidistantes
Cores perceptualmente equidistantes representadas no sistema CIE xyY
MGattass DI-PUC/Rio
Weber's law
The change in a stimulus that will be just noticeable (JND) is a constant ratio of the original stimulus.
I
IL
)log(IL E. H. Weber, in 1834
I
L
MGattass DI-PUC/Rio
Correção Gama
inout
1xy
2yg
21xg
21xg 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
15.0
0.1
2.25.1
25.1
MGattass DI-PUC/Rio
Correção Gama
Intensidade luminosa
Per
cep
ção
hu
man
a "u
nif
orm
e"
MGattass DI-PUC/Rio
Correção Gama(a coincidência)
Per
cep
ção
hu
man
a
Sin
al
de
víd
eo
(vo
ltag
em
ou
có
dig
o)
Intensidade luminosa
MGattass DI-PUC/Rio
O sistema tem muitos Gamas!
http://www.w3.org/TR/2003/REC-PNG-20031110/
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
Gama de uma ponta a outra (end to end)
http://www.libpng.org/pub/png/spec/1.2/PNG-GammaAppendix.html
“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.”
MGattass DI-PUC/Rio
Que ajuste adotar?
0 36
73
10
9
14
6
18
2
21
9
25
5 0 96
13
6
16
7
19
3
21
6
23
6
25
5
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
5.0
0.1
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
MGattass DI-PUC/Rio
CIE L* Correção perceptual
L*
008850.019.903
008850.016116 3
*
ww
ww
Y
Yse
Y
YY
Yse
Y
Y
L
wYY
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
veja: http://www.graphics.cornell.edu/~westin/gamma/gamma.html
1 xdx
dy
MGattass DI-PUC/Rio
(X,Y,Z) = componentes da cor no espaço CIE XYZ(Xw,Yw,Zw) = componentes do branco de referência
Dados:
u* = 13L*(u’- uw)
v* = 13L*(v’- vw)
u’=4X/(X+15Y+3Z)v’=9Y/(X+15Y+3Z)
uw=4Xw/(Xw+15Yw+3Zw)vw=9Yw/(Xw+15Yw+3Zw)
Calcula-se:
L* = 116 (Y/Yw)1/3 - 16 se Y/Yw > 0.008850ou
L* = 903.19(Y/Yw) se Y/Yw 0.008850
a* = 500[(X/Xw)1/3- (Y/Yw)1/3]
b* = 200[ (Y/Yw)1/3) - (Z/Zw)1/3]
Sistemas de cor perceptualmente uniformes do CIE Luv e CIE Lab
(1976)
u*,v* (ou a*,b*) são as componentes de cromaticidade da corL* 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
116
16116*
31
nY
YL
L = Lightness (black= 0 and white = 100)
MGattass DI-PUC/Rio
CIE 1976 (L*a*b*) colour space, Hue and Chroma
31
31
500*nn Y
Y
X
Xa
31
31
200*nn Z
Z
Y
Yb
*
*arctan
a
bhab
Hue (Matiz):
22 ** baCab
Chroma:
MGattass DI-PUC/Rio
CIE 1976 a,b colour difference and CIELAB components
222* *** baLEab
5
1 just noticeble difference
small color differences
*abH variação de ângulo ou
2*22** * ababab CLEH
2*2*2* * ababab HCLE
MGattass DI-PUC/Rio
CIE 1994 colour difference
k parametric factors, industry dependent S weighting functions, depend on location in colour
space:
EL
k S
C
k S
H
k S94
2 2 21 2
**
/
L L
ab*
C C
ab*
H H
MGattass DI-PUC/Rio
Branco de referência
Observer 2° (CIE 1931) 10° (CIE 1964)
Illuminant 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
Conversão Lab - XYZ
var_X = X / 95.047 //Observer = 2°, Illuminant = D65var_Y = Y / 100.000var_Z = Z / 108.883
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 ) - 16CIE-a* = 500 * ( var_X - var_Y )CIE-b* = 200 * ( var_Y - var_Z )
var_Y = ( CIE-L* + 16 ) / 116var_X = CIE-a* / 500 + var_Yvar_Z = var_Y - CIE-b* / 200
if ( var_Y^3 > 0.008856 ) var_Y = var_Y^3else var_Y = ( var_Y - 16 / 116 ) / 7.787if ( var_X^3 > 0.008856 ) var_X = var_X^3else var_X = ( var_X - 16 / 116 ) / 7.787if ( var_Z^3 > 0.008856 ) var_Z = var_Z^3else var_Z = ( var_Z - 16 / 116 ) / 7.787
X = ref_X * var_X //ref_X = 95.047 Observer= 2°, Illuminant= D65Y = ref_Y * var_Y //ref_Y = 100.000Z = ref_Z * var_Z //ref_Z = 108.883
http://www.easyrgb.com/math.php
31
31
500*nn Y
Y
X
Xa
31
31
200*nn Z
Z
Y
Yb
116
16116*
31
nY
YL
MGattass DI-PUC/Rio
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)
Example: 5YR 8/4
MGattass DI-PUC/Rio
Munsell Book of Colors
MGattass DI-PUC/Rio
Munsell Book of Colors
MGattass DI-PUC/Rio
Sistemas de cores porenumeração
MunsellAlbert H. Munsell - artista plástico (1905)
Pantone (início dos 60’s)
mapas de cores
croma ou saturação
tonalidadeou matiz
valor ou intensidade
base para os sistemas de interface
MGattass DI-PUC/Rio
Monitores
I ) Sistemas dos Monitores - mRGB
processo aditivo
pixel
HiColor
MGattass DI-PUC/Rio
Sistemas de cor dependentes de dispositivo - mRGB
I ) Sistemas dos Monitores - mRGB
normalmentetemos 1 byte para cada componentemapeando[0, 255] em [0,1]
normalmentetemos 1 byte para cada componentemapeando[0, 255] em [0,1]
processo aditivo
R
G
B
1.0
1.0
1.0
Y
M
CW
K vermelho
azul
preto
verde
amarelo
ciano
magenta
branco
Componentes somam como vetores
MGattass DI-PUC/Rio
Sistemas de cor dependentes de dispositivo - mRGB
I ) Sistemas dos Monitores - mRGB
MGattass DI-PUC/Rio
Conversão do mRGB paraCIE 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. R G B whitex 0.64 0.30 0.15 0.3127y 0.33 0.60 0.06 0.3290
2) Determine a coordenada z = 1 - x - y
R G B whitez 0.04 0.12 0.787 0.3582
ex.
3) As coordenadas X,Y,Z são obtidas de:
XYZ
XR
YR
ZR
XG
YG
ZG
XB
YB
ZB
RGB
XR
YR
ZR
XG
YG
ZG
XB
YB
ZB
=GR B= + +
O problema agora consiste em encontrar as componentes XYZ do R, G e B
ITU-R BT.709International Telecommunication Union
MGattass DI-PUC/Rio
Conversão do mRGB paraCIE XYZ (cont.)
xR = XR/ (XR+YR+ZR), se CR = XR+YR+ZR então XR = xRCR
substituindo na matriz da equação
XYZ
xRCR
yRCR
zRCR
RGB
=XR
YR
ZR
XG
YG
ZG
XB
YB
ZB
RGB
=xGCG
yGCG
zGCG
xBCB
yBCB
zBCB
para determinar as componetes CR , CG e CB usamos o fato de que R=G=B=1 é a cor branca.
XW
YW
ZW
xRCR
yRCR
zRCR
111
=xR
yR
zR
xG
yG
zG
xB
yB
zB
CR
CG
CB
=xGCG
yGCG
zGCG
xBCB
yBCB
zBCB
YR = yRCR e ZR = zRCR eXG = xGCG , YG = yGCG e ZG = zGCG XB = xBCB , YB = yBCB e ZB = zBCB
da mesma forma
MGattass DI-PUC/Rio
Conversão do mRGB paraCIE XYZ (cont.)
Suponha que o a luminosidade do branco YW = 1.00, temos:
0.951.001.09
=CR
CG
CB
0.64 0.30 0.15 0.33 0.60 0.060.03 0.10 0.79
CR
CG
CB
resolvendo =0.6441.1921.203
=
0.412 0.358 0.1800.213 0.715 0.0720.019 0.119 0.950
XYZ
RGB
3.240 -1.537 -0.499-0.969 1.876 0.042 0.056 -0.204 1.057
RGB
=XYZ
Concluindo:
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
MGattass DI-PUC/Rio
RGB normalizado
Cubo RGB
222
222
222
BGR
Bb
BGR
Gg
BGR
Rr
BGR
Bb
BGR
Gg
BGR
Rr
MGattass DI-PUC/Rio
- 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.
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ITU-R BT.709
CIE chromaticities for ITU-R BT.709 reference primaries and CIE standard illuminant
Red Green Blue D65
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
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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%
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XYZ sRGB: Passo 1
Converte utilizando ITU-R BT.709:
]10[
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XYZ sRGB: Passo 2
The sRGB tristimulus values are next transformed to nonlinear sR'G'B' values as follows:
If
else if
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
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XYZ sRGB: Passo 3 –Digital Color
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XYZ RGB
ref_X = 95.047 //Observer = 2°, Illuminant = D65ref_Y = 100.000ref_Z = 108.883
var_X = X / 100 //X = From 0 to ref_Xvar_Y = Y / 100 //Y = From 0 to ref_Yvar_Z = Z / 100 //Z = From 0 to ref_Y
var_R = var_X * 3.2406 + var_Y * -1.5372 + var_Z * -0.4986var_G = var_X * -0.9689 + var_Y * 1.8758 + var_Z * 0.0415var_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 ) ) - 0.055else var_R = 12.92 * var_Rif ( var_G > 0.0031308 ) var_G = 1.055 * ( var_G ^ ( 1 / 2.4 ) ) - 0.055else var_G = 12.92 * var_Gif ( var_B > 0.0031308 ) var_B = 1.055 * ( var_B ^ ( 1 / 2.4 ) ) - 0.055else var_B = 12.92 * var_B
R = var_R * 255G = var_G * 255B = var_B * 255 http://www.easyrgb.com/
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sRGB XYZ
S
N
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XYZ RGB
var_R = ( R / 255 ) //R = From 0 to 255var_G = ( G / 255 ) //G = From 0 to 255var_B = ( B / 255 ) //B = From 0 to 255
if ( var_R > 0.04045 ) var_R = ( ( var_R + 0.055 ) / 1.055 ) ^ 2.4else var_R = var_R / 12.92if ( var_G > 0.04045 ) var_G = ( ( var_G + 0.055 ) / 1.055 ) ^ 2.4else var_G = var_G / 12.92if ( var_B > 0.04045 ) var_B = ( ( var_B + 0.055 ) / 1.055 ) ^ 2.4else var_B = var_B / 12.92
var_R = var_R * 100var_G = var_G * 100var_B = var_B * 100
//Observer. = 2°, Illuminant = D65X = var_R * 0.4124 + var_G * 0.3576 + var_B * 0.1805Y = var_R * 0.2126 + var_G * 0.7152 + var_B * 0.0722Z = var_R * 0.0193 + var_G * 0.1192 + var_B * 0.9505
http://www.easyrgb.com/
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Reflexão da luz num papel
Reflexão difusa ou lambertiana
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Sistemas de cor dependentes de dispositivo - CMY
II ) Sistemas das Impressoras -CMY ou CMYK
processo predominantementesubtrativo
C
Y
M
R G
B
K
luz branca (1,1,1)
tinta ciano (0,1,1)
luz ciano (0,1,1)
componente vermelha é absorvidapapel branco (1,1,1)
normal
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yellow
B G R
+
B G R
red
R
=
magenta
B G R
B G R
Idit Haran
R=M+Y
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Sistemas de cor dependentes de dispositivo - CMY
II ) Sistemas das Impressoras -CMY ou CMYK
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CMYK Color Model
CMYK = Cyan, Magenta, Yellow, blacK
Magenta – removes Green
B G R
Black – removes all
Yellow – removes Blue
B G R
B G R
tra
nsm
it
Cyan – removes Red
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Conversão RGB para CMY e vice-versa
B
R
G
1.0
1.0
1.0
Y
M
CW
K vermelho
azul
preto
verdeamarelo
ciano
magenta
branco
1.0
1.0
1.0
Y
M
C
W
K
preto
amarelo
ciano
magenta
branco
verde
vermelho
azul
(r,g,b) (c,m,y)
B
G
R
Y
M
C
1
1
1
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Sistemas de cor dependentes de dispositivo - CMYK
K := min (C, M, Y)
C := C - KM := M - KY := Y - K
K := min (C, M, Y)
C := C - KM := M - KY := Y - K
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.
M
Y
K
C
base linearmentedependente
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C + M + Y = K (black)
100 50 70
=
50 0 2050
+
C M Y C M YK
CMY + 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
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HSV
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HSV/HSB Color Space
Brightness Scale
Saturation Scale
HSV = Hue Saturation Value HSB = Hue Saturation Brightness
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HSV
ValueSaturation
Hue
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Sistemas de cor mais indicados para interface com usuário - HSV
R
G
B
C
M
Y
W
R
G
B
Vdecompor (r,g,b)na base de V e doespaço ortogonala ele.
K S
V
H
R
YG
C
B M
Saturation
Hue
Value
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Transformação RGB para HSV e vice-versa
R
G
B
Max = max(R,G,B)Min = min(R,G,B)
no caso G e B, respectivamente
R
G
B
V = Max
S = ( Max-Min ) / Max B
R
S=0
S=1
Min
Max
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Conversão RGB para HSVcálculo de H
R (0o)
Y (60o)G(120o)
C(180o)
B(240o) M(300o)
SH
V
0o
60o120o
180o
240o 300o
120o
180o
R
B
r
b gH
Hg b
g
120 60
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HLS Color Space
red0
green120 yellow
Blue240
cyan
magenta
V
black0.0
0.5
HS
HLS = Hue Lightness Saturation
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HLS
L
Pierre Courtellemont
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Opponent Color Spaces
+black-white
red-green
blue-yellow
+
+
-
-
-
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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:
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)
B
G
R
Q
I
Y
31.052.021.0
32.028.060.0
11.059.030.0
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Função de Transferência CCIR Rec.709
0
0,2
0,4
0,6
0,8
10
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9 1
Intensidade da luz
Sin
al d
e ví
deo
(v
olt
agem
ou
có
dig
o)
R’709 = 1.099 R0.45 - 0.099G’709 = 1.099 G0.45 - 0.099B’709 = 1.099 B0.45 - 0.099
Codificação de Vídeo
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Sistema (Y’, B’-Y’, R’-Y’)
=
0.299 0.587 0.114-0.299 -0.587 0.886 0.701 -0.587 0.114
Y’
B’- Y’R’- Y’
R’G’B’
Y’601 = 0.2999 R’ + 0.587 G’ + 0.114 B’ Componenteluma de vídeo
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’)
Componentede diferençade cor
Motivação:As componentes de diferença de cor podem ser sub-amostradas!
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Cubo RGB no espaço (Y’, B’-Y’, R’-Y’)
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Conversão para vídeo
vídeos analógicos
(BetaCam e M-II)vídeos
digitais com 8 bits/componente
(JPEG, MPEG)
P B Y
P R Y
b
r
0 5
1 01140 5
1 0 299
.
.( ' ' )
.
.( ' ' )
Y Y
C B Y
C R Y
b
b b
r b
' '
.
.( ' ' )
.
.( ' ' )
,
,
8
8
8
16 235
128 11205
1 0114
128 11205
1 0 299
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Uma fórmula para conversãopara video
RGB to YCrCb
YCrCb to RGB
http://www.efg2.com/Lab/Library/Color/Science.htm
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Aparencia de cor
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Banda de Mach
Posição
Branco
PretoIn
tens
idad
e
Efeito da Banda de Mach
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Contraste Simultâneo
MGattass DI-PUC/Rio
Contraste
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Conclusões do cérebro
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MGattass DI-PUC/Rio
25 6
45 8
5629
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Referências
http://www.cvrl.org http://www.poynton.com/Poynton-color.htmlhttp://www.efg2.com/Lab/http://www.easyrgb.com/http://cvrl.ioo.ucl.ac.uk/cmfs.htm
FIM
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Medidas do espectro da luz solar
made by J. Parkkinen and P. Silfsten.
Pot
ênci
a R
elat
iva
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Espectro de luz refletidas
Medidas feitaspor E.Koivisto.
flor laranja
flor branca
flor amarelapétala
branca
flor azul
flor violeta
refle
ctân
cia
(nm) 400 700
Medidas feitaspor E.Koivisto.
flor laranja
flor branca
flor amarelapétala
branca
flor azul
flor violeta
refle
ctân
cia
(nm) 400 700
Measurements by E.Koivisto.
MGattass DI-PUC/Rio
Espectro de luzes
380 480 580 680 780)(nm
380 480 580 680 780
)(nm
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Espectros do Sol e de um Corpo Negro
Corpo negro
Sol
adaptado de Robert Siegel, Thermal Radiation Heat Transfer, 1992