Oficina de Informática e telemática Cor e Visão Humana

1. Oficina de Informática e telemática Cor e Visão Humana • Prof. Dr. Rogério R. de Vargas • http://rogerio.in

2. 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

3. 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

4. Imagens Digitais 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

5. Imagens Digitais • Podem ser: • Bidimensionais • Tridimensionais

6. Imagens Digitais • Podem ser (cont.): • Binárias, monocromáticas ou multibandas (coloridas)

7. Imagens Digitais Até década de 1980 seu emprego consistia em imagens oriundas da pesquisa espacial Atualmente difundidas em muitas aplicações

8. Representando Imagens Divide a imagem em pequenos quadrantes, referenciados por linhas e colunas.

9. Representando Imagens Pixel – picture element: pequeno elemento da imagem

10. 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

11. Imagem 8 x 8

12. 32 x 32

13. 128 x 128

14. 512 x 512

15. Tamanho da imagem impressa em qualidade fotográfica (300 DPI (Dot Per Inch)Pontos Por Polegada ou PPP - Pixel Por Polegada)

16. Armazenando

17. 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

18. 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

19. 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)

20. 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:

22. 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

23. 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 coresdiferentes

24. 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

25. 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

26. 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.

27. 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

28. 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)‏

29. 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

30. 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

31. 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 totalmentecompreendida pela ciência

32. 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

33. 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)‏

34. 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

35. 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

36. 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

37. 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

38. 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

39. 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

40. 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)‏

41. 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)‏

43. 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

44. 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

45. 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