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Luz e Cor

Luz e Cor. 10 2. 10 4. 10 6. 10 8. 10 10. 10 12. 10 14. 10 16. 10 18. 10 20. f(Hertz). Micro-Ondas. Ultra-Violeta. FM,TV. rádioAM. RaiosX. Infra-Vermelho. 10 6. 10 4. 10 2. 10. 10 -2. 10 -4. 10 -6. 10 -8. 10 -10. 10 -12. l (m). VISÍVEL.

cianna
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Presentation Transcript

  1. Luz e Cor

  2. 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 f(Hertz) Micro-Ondas Ultra-Violeta FM,TV rádioAM RaiosX Infra-Vermelho 106 104 102 10 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12 l(m) VISÍVEL vermelho (4.3x1014hz), laranja, amarelo,..., verde, azul, violeta (7.5x1014hz) Luz Onda eletro-magnética

  3. Comprimento de Onda c = Velocidade da Luz @ 3.0x108 m/s c = l f l = c/ f l Corl Violeta 380-440 mm Azul 440-490 mm Verde 490-565 mm Amarelo 565-590 mm Laranja 590-630 mm Vermelho 630-780 mm 1 mm = 10-9 m

  4. incidente refletido h2 sen qr = sen qi lei de Snell (1621) h1 qi qi material 1 material 2 velocidade da luz no vácuo hi= qr refratado velocidade da luz no material i luz branca prisma Reflexão e Refração vermelho alaranjado amarelo verde azul violeta hi luz branca (acromática) tem todos os comprimentos de onda Newton

  5. E 100 50 0 l (mm) 400 500 600 700 E comprimento de onda dominante define a matiz (hue) 100 50 0 l (mm) 400 500 600 700 Fontes luminosas fonte luminosa branca fonte luminosa colorida

  6. E comprimento de onda dominante define a matiz (hue) E intensidade define o brilho (brightness) l (mm) l (mm) 400 500 600 700 400 500 600 700 matiz (hue) brilho (brightness) a concentração no comprimento de onda dominante define a saturação ou pureza E l (mm) 400 500 600 700 saturação Características das fontes luminosas cores pastéis são menos saturadas ou menos puras

  7. tons mais claros (tints) tinta colorida (saturada) tinta branca Cinzas (greys) tons mais escuros (shade) tinta preta 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 tons PALHETA DO PINTOR

  8. Ea Ea+b l a Eb a+b b l Processos de formação de cores aditivos Ea+b(l) = Ea (l)+Eb(l) l O olho não vê componentes! subtrativos filtros ou corantes transparência Ef Ei t Ef(l) = t(l) . Ei (l) l l l Filtro verde Luz branca Luz verde azul índices de refração próximo do material base amarelo

  9. Espaço de cor do olho humado Olho humano: Cones (RGB) e Bastonetes (cegos para cor) .20 G R .18 .16 .14 .12 fração de luz absorvida por cada cone .10 .08 .06 .04 B .02 0 400 440 480 520 560 600 640 680 l comprimento de onda (mm)

  10. 100 sensibilidade relativa 50 0 l (mm) 400 500 600 700 Fração da luz absorvida pelo olho luminosidade

  11. Tons de cinza igualmente espaçados Preto Intensidade Branco Posição

  12. Tons de cinza perceptualmente espaçados e bandas de Mach Preto Intensidade Branco Posição Efeito da Banda de Mach

  13. Contraste Simultâneo

  14. Luz Colorida Luz Branca G Intensidade R B 400 440 480 520 560 600 640 680 l comprimento de onda (nm) Percepção de cor componente vermelha r = ò c(l) R(l) dl não é bem assim!

  15. O problema de reprodução de cor em CG Mundo Real E l 400 700 Espaço Virtual E R G B l • mesma sensação de cor Þ Metamerismo • só distingue 400 mil cores (< 219) Þ19 bits deveriam ser suficientes

  16. 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)

  17. 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)

  18. 400 500 600 700 Componentes das cores monocromáticas- CIE RGB - C(l ) = r(l) R + g(l) G + b(l) B 0.4 b(l ) r(l ) g(l ) 0.2 Valores dos tri-esimulos l (mm) 0 438 nm 546 nm r(l ) - 0.2 Combinação de três cores (RGB) para reproduzir as cores espectrais

  19. R G B 2.36470 -0.51515 0.00520 -0.89665 0.14264 -0.01441 -0.46808 0.08874 1.00921 X Y Z = Conversão da base CIE RGB para CIE XYZ C(l) = r(l) R + g(l) G + b(l) B Escolhendo-se XYZ tal que: 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)

  20. 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Componentes das cores monocromáticas- CIE XYZ - C(l ) = X(l) X + Y(l) Y + Z(l) Z Z(l) Cores Básicas do CIE 1931 X(l) Y(l) Valor X(l) l (mm) 400 500 600 700 Nota: Y foi escolhida de forma a Y(l) ser semelhante à curva de sensibilidade do olho (luminância)

  21. Y X Z Cores visíveis representadas no sistema CIE XYZ Plano X+Y+Z=1

  22. Retirando a luminosidade ou brilhoda definição da cor em CIE XYZ • Um parenteses sobre luminosidade ou brilho Valores típicos de iluminamento 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 0,000 3 … e o olho se acomoda! • Retirar o fator luminosidade ou brilho projetando no plano X+Y+Z=1 X = (x/ y) Y Y = Y Z= (1-x-y ) Y/ y x = X/(X+Y+Z) y = Y/(X+Y+Z) z = Z/(X+Y+Z) note que x+y+z =1

  23. Cores visíveis representadas no sistema CIE xyY

  24. y 1.0 520 0.9 540 0.8 510 Verde 0.7 560 0.6 500 580 Amarelo 0.5 Cian 600 0.4 Branco 490 0.3 Vermelho 700 Azul 0.2 480 Purpura 0.1 400 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 x Cores visíveis representadas no sistema CIE xyY

  25. 1.0 0.8 a 0.6 saturação de C1 = a + b 0.4 0.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Saturação e cor complementar no diagrama de cromaticidade xy y C2 b cores saturadas C1 a Branco x 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 y C é complementar a C Û aC + b C = Branco C C Branco 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x

  26. 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Gamute de cromaticidade de dispositivos y C2 cor não realizável C1 cor não realizável na impressora C2 gamute de um monitor C1 W gamute de uma impressora x

  27. Par de cores perceptualmente equidistantes Cores perceptualmente equidistantes representadas no sistema CIE xyY

  28. 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) v* = 13L*(v’- vw) a* = 500[(X/Xw)1/3- (Y/Yw)1/3] 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

  29. Cores perceptualmente equidistantes representadas no sistema CIE LUV

  30. Sistemas de cores porenumeração Munsell Albert H. Munsell - artista plástico(1905) valor ou intensidade mapas de cores base para os sistemas de interface croma ou saturação tonalidade ou matiz Pantone (início dos 60’s)

  31. Sistemas de cor dependentes de dispositivo - mRGB I ) Sistemas dos Monitores - mRGB G processo aditivo verde Y 1.0 amarelo W C branco ciano K vermelho preto 1.0 R normalmente temos 1 byte para cada componente mapeando [0, 255] em [0,1] azul M 1.0 magenta B

  32. X Y Z XR YR ZR XG YG ZG XB YB ZB XR YR ZR XG YG ZG XB YB ZB R G B = R + G + B = 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 white x 0.64 0.30 0.15 0.3127 y 0.33 0.60 0.06 0.3290 2) Determine a coordenada z = 1 - x - y ex. R G B white z 0.04 0.12 0.787 0.3582 3) As coordenadas X,Y,Z são obtidas de: O problema agora consiste em encontrar as componentes XYZ do R, G e B

  33. xR yR zR xG yG zG xB yB zB CR CG CB Conversão do mRGB paraCIE XYZ (cont.) xR = XR/ (XR+YR+ZR), se CR = XR+YR+ZR então XR = xRCR da mesma forma YR = yRCReZR = zRCRe XG = xGCG , YG = yGCGeZG = zGCG XB = xBCB , YB = yBCBeZB = zBCB 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 xRCR yRCR zRCR xGCG yGCG zGCG xBCB yBCB zBCB 1 1 1 = =

  34. 0.412 0.358 0.180 0.213 0.715 0.072 0.019 0.119 0.950 X Y Z R G B = R G B 3.240 -1.537 -0.499 -0.969 1.876 0.042 0.056 -0.200 1.057 X Y Z = Conversão do mRGB paraCIE XYZ (cont.) Suponha que o a luminosidade do branco YW = 1.00, temos: YW = yW CW ÞCW = YW / yW = 1.0/0.3290 = 3.04 XW = xW CW = 0.31x3,04 = 0.9506 ZW =zW CW = 0,3582x316.45 =1.089 0,644 1.192 1.203 0.64 0.30 0.15 0.33 0.60 0.06 0.03 0.10 0.79 CR CG CB CR CG CB 0.95 1.00 1.09 = resolvendo = Concluindo:

  35. Y R G K C M B Sistemas de cor dependentes de dispositivo - CMY II ) Sistemas das Impressoras -CMY ou CMYK processo predominantemente subtrativo luz branca (1,1,1) luz ciano (0,1,1) tinta ciano (0,1,1) componente vermelha é absorvida

  36. Conversão RGB para CMY e vice-versa C G verde ciano verde Y 1.0 1.0 amarelo W preto C branco K azul ciano amarelo branco K W vermelho preto 1.0 1.0 R Y magenta azul M 1.0 1.0 vermelho magenta M B (r,g,b) (c,m,y) (c,m,y) = (1-r, 1-g, 1-b)

  37. 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 Î[0,1] C := C - K M := M - K Y := Y - K M base linearmente dependente C

  38. G Y C W R M B Sistemas de cor mais indicados para interface com usuário - HSV V Value Y G R C B M H Hue S K G Saturation decompor (r,g,b) na base de V e do espaço ortogonal a ele. V R B

  39. 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 V = Max B G R S=1 Min Max S=0 R B B S = ( Max-Min ) / Max

  40. Conversão RGB para HSVcálculo de H V G(120o) Y (60o) C(180o) R (0o) 120o 60o 180o B(240o) M(300o) 0o 240o 300o H S r R 120o H b g 180o B

  41. Função de Transferência CCIR Rec.709 1 0,8 0,6 (voltagem ou código) Sinal de vídeo 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 0 0 1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Intensidade da luz Correção Gama

  42. 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’ = 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’) Componente de diferença de cor Motivação: As componentes de diferença de cor podem ser sub-amostradas!

  43. Cubo RGB no espaço (Y’, B’-Y’, R’-Y’)

  44. Conversão para vídeo vídeos analógicos (BetaCam e M-II) vídeos digitais com 8 bits/componente (JPEG, MEG)

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