Prof: José Eustáquio Rangel de Queiroz

1. Prof:José Eustáquio Rangel de Queiroz Processamento Digital de Imagens Módulo II Representação de Imagens Carga Horária:60 horas

2. Roteiro 3 Representação de Imagens 3.1 Motivação 3.2 Imagem Colorida e P&B 3.3 Resolução Espacial 3.3 Resolução Radiométrica 3.4 Processamento de Imagens Coloridas 3.5 Luz e Cor 3.6 Espaços Cromáticos

3. Motivação • Uso de Cor • Simplificação da Identificação e extração de objetos de uma cena • Análise visual (manual) de imagens • Discernimento de milhares de nuances e intensidades de cores pelo sistema visual humano-cérebro • Limitação da capacidade humana de discernimento de tons de cinza (cerca de apenas duas dúzias) http://webexhibits.org/colorart/color.html

4. Representação da Imagem I r(x,y) g(x,y) f(x,y) = b(x,y) • Imagem Colorida I – Composição RGB

5. Representação da Imagem II • Imagem Colorida II – RGB composta e componentes separadas http://sipi.usc.edu/database

6. Representação da Imagem III • Imagem Colorida III – RGB composta e cada componente nas 3 entradas nas entradas R, G e B nas entradas R, G e B nas entradas R, G e B http://sipi.usc.edu/database

7. Representação da Imagem IV • Resolução Espacial I - Imagem Colorida 512 32 64 128 256 1024

8. Representação da Imagem V • Resolução Espacial II - Imagem P&B 512 32 64 128 256 1024

9. Representação da Imagem VI • Resolução Espacial III - Imagem Binária 512 32 64 128 1024 256

10. Representação da Imagem VII • Resolução Espacial IV - Imagem Binária com Dithering 512 32 64 128 1024 256

11. Representação da Imagem VIII • Redução da Resolução Espacial I FONTE: (Gonzalez & Woods, 2002)

12. Representação da Imagem IX 512 256 128 64 32 16 • Redução da Resolução Espacial II

13. Representação da Imagem X 256 128 64 32 • Resolução Radiométrica I Raio X do crânio convertido em uma imagem digital de 452x374 pixels com resolução radiométrica de 256, 128, 64 e 32 níveis de cinza. FONTE: (Gonzalez & Woods, 2002)

14. Representação da Imagem XI 16 8 4 2 • Resolução Radiométrica II Raio X do crânio convertido em uma imagem digital de 452x374 pixels com resolução radiométrica de 16, 8, 4 e 2 níveis de cinza. FONTE: (Gonzalez & Woods, 2002)

15. Representação da Imagem XII • Processamento de Imagens Coloridas • Coloração real (Full color) • Uso de imagens tipicamente adquiridas a partir de sistemas de imageamento em cores (full color) • Câmara de TV, scanner, câmara fotográfica digital • Pseudocoloração (Pseudocolor) • Atribuição de cores a faixas de intensidades monocromáticas

16. Representação da Imagem XIII • Espectro Eletromagnético - Luz Visível I Espectro Eletromagnético Ondas Curtas AC (Eletricidade) Ultravioleta Radar Gama Raios X FM TV AM Infravermelho -12 -8 -4 4 8 10 10 10 1 10 10  (m) Luz Visível  (nm) 400 500 600 700 http://www.phy6.org/stargaze/Sun4spec.htm http://www.woodfinishsupply.com/ColorTheory.html

17. Representação da Imagem XIV • Espectro Eletromagnético - Luz Visível II Decomposição da luz branca em um prisma triangular Carta de Cores (Boutet, séc. XVIII)

18. Representação da Imagem XV P() 1 0,5 Potência Relativa 0  400 500 600 700 Comprimento de Onda • Distribuição Espectral de Potência(SPD) • Função P() que define a potência de cada componente da luz emitida por uma fonte luminosa

19. Representação da Imagem XVI 6500 K (CIE Illuminant D65) Fluorescente Normal 2854 K (CIE Fonte A) Luz do Dia Média Comprimento de Onda (nm) • Exemplos de SPD

20. Representação da Imagem XVII • Metamerismo • Estímulos luminosos com mesma aparência visual e diferentes SPD

21. Representação da Imagem XVIII • Conclusões Históricas • Thomas Young (1773-1829) “A few different retinal receptors operating with different wavelength sensitivities will allow humans to perceive the number of colors that they do.” • James Clerk Maxwell (1872) “We are capable of feeling three different color sensations. Light of different kinds excites three sensations in different proportions, and it is by the different combinations of these three primary sensations that all the varieties of visible color are produced.”

22. Representação da Imagem XIX • Luz e Cor I • Cor • Resultado da percepção da luz incidente na retina pelo sistema visual-cérebro na região visível do espectro eletromagnético (400 ~ 700 nm) • Caracterização da luz • Acromática (sem cor) ou Monocromática • Caracterização pela intensidade  Mensuração escalar a partir do nível de cinza (variação do preto ao branco) http://iul.cs.byu.edu/450/F98/lectures/lect36/color.pdf

23. Representação da Imagem XX • Luz e Cor II • Caracterização da luz • Cromática • Caracterização por 3 atributos Radiância, brilho e luminância • Atributos da Luz Cromática • Radiância • Quantidade total de energia emitida pela fonte luminosa (em Watts) • Potência física da fonte luminosa • Expressa a partir de uma SPD

24. Representação da Imagem XXI • Luz e Cor III • Atributos da Luz Cromática • Brilho • Noção cromática de intensidade aplicada à descrição da sensação de cor • Associado à sensação visual segundo a qual uma superfície parece emitir mais ou menos luz • Exemplo Embora a luz emitida por uma fonte na região do FIR (far infrared) esteja associada a uma energia significativa (radiância), sua luminância será praticamente nula Embora a luz emitida por uma fonte na região do FIR (far infrared) esteja associada a uma energia significativa (radiância), sua luminância será praticamente nula

25. Representação da Imagem XXII • Luz e Cor IV • Atributos da Luz Cromática • Luminância • Medida da quantidade de energia percebida por um observador (em lúmens) • Versão mais tratável do brilho, definida em função da potência radiante ponderada por uma função da sensibilidade espectral característica da visão humana • Pico da eficiência luminosa  555 nm

26. Representação da Imagem XXIII • Luz e Cor V • Percepção Artística da Cor I • Fundamentação na fusão de branco e preto às cores puras • Tinta Cor pura + Branco • Sombra Cor pura + Preto • Tom Cor pura + Preto + Branco

27. Representação da Imagem XXIV SATURAÇÃO Tintas Branco Cor Pura Tons Tons de Cinza BRILHO Sombras Preto • Luz e Cor VI • Percepção Artística da Cor II

28. Representação da Imagem XXV • Luz e Cor V • Características para a Discriminação da Cor • Matiz (Hue) • Cor dominante conforme percepção do observador • Saturação (Saturation) • Pureza relativa da cor • Cores puras  Saturação de 100% SATURAÇÃO

29. Representação da Imagem XXVI Energia P(l) Comprimento de Onda Dominante e2 Saturação Brilho = área sob a curva e1 700 nm Vermelho 400 nm Índigo Matiz l • Luz e Cor V • Características para a Discriminação da Cor • Matiz (Hue) • Cor dominante conforme percepção do observador

30. Representação da Imagem XXVII • Luz e Cor V • Características para a Discriminação da Cor • Brilho • Noção cromática de intensidade • Terminologia • Objetos emissores de luz Brilho • Objetos refletores de luz Luminosidade • Luminância (quantidade de luz)

31. Representação da Imagem XXVIII • Luz e Cor V • Características para a Discriminação da Cor • Cromaticidade • Combinação de matiz e saturação • Possibilidade de expressão de uma cor em função desta característica e do brilho

32. Representação da Imagem XXIX • Luz e Cor V • Características para a Discriminação da Cor • Valores Triestímulo I • Componentes de uma cor, requeridas para a excitação dos 3 tipos de cones existentes no olho humano • Uso de funções espectrais ponderadas • Fundamentação nas curvas/funções padronizadas pela CIE (Commission Internationale de l’Éclairage)

33. Representação da Imagem XXX • Luz e Cor V • Características para a Discriminação da Cor • Valores Triestímulo II • Especificação da transformação da DSP de cada cor a partir de 3 números • Caracterização de uma cor a partir da quantidade presente de vermelho, verde e azul • Denotados por X, Y e Z

34. Representação da Imagem XXXI G Brilho Preto-Branco Matiz R R-G B B-Y • Espaços Cromáticos 3D • Três tipos de cones  Sugestão da definição de cor como uma quantidade 3D • Problema: Como definir o espaço cromático 3D? Espaços Cúbicos Espaços Polares Espaços Oponentes

35. Representação da Imagem XXXII + + = Cor A Cor B Cor C (A,B,C) • Espaços Cromáticos Lineares • Cores em espaços cromáticos 3D  Descrição como combinações lineares de 3 cores básicas, denominadas primárias

36. Representação da Imagem XXXIII • Modelo CIE I • Definição pela CIE (Commission Internationale de l’Éclairage) em 1931 • Fundamentação nas curvas de resposta do olho humano pelos 3 receptores cromáticos • Uso de cores primárias imaginárias • Inexistência física das componentes X, Y e Z • Seleção das componentes X, Y e Z de modo a representar TODAS as cores percebidas pelo olho humano

37. Representação da Imagem XXXIV • Modelo CIE II • Necessidade de um padrão • Diferenças apresentadas no RGB de um dispositivo para outro  Dependência de dispositivo

38. Representação da Imagem XXXV Triestímulo RGB Cor de Teste • Modelo CIE III • Experimento da CIE para a concepção do Diagrama de Cromaticidade

39. Representação da Imagem XXXVI r() b() 0,3 Intensidade g() 0,1 0 400 500 600 700  (nm) -0,1 • Modelo CIE IV • Resultado do Experimento da CIE • Três fontes de luz • R = 700 nm , G = 546,1 nm, B = 435,8 nm Cl = r(l) + g(l) + b(l)

40. Representação da Imagem XXXVII • Modelo CIE VI • Representação das cores a partir de 3 funções primárias padronizadas • X (vermelho), Y (verde) e Z (azul) • Definição de TODAS as cores visíveis • Uso de coeficientes apenas positivos • Correspondência da componente Y à percepção da luminância pela retina • Associação das componentes X e Y à cromaticidade • Uso típico de valores normalizados x, y e z (X +Y +Z =1 )

41. Representação da Imagem XXXVIII z() 1,5 y() x() 1,0 Intensidade 0,5 0 400 500 600 700  (nm) • Modelo CIE V • Espaço Cromático da CIE I

42. Representação da Imagem XXXIX Y Y X X Z • Modelo CIE VII • Espaço Cromático da CIE II

43. Representação da Imagem XL • Modelo CIE VIII • Fontes de Iluminação e Corpos Negros Padronizados pela CIE • Luz de tungstênio (A)  2500 • Por de Sol  4800 • Luz do dia típica (D65)  6500 • Céu azul  10K

44. Representação da Imagem XLI • Modelo CIE IX • Representação Gráfica x = X/(X + Y + Z) y = Y/(X + Y + Z) z = Z/(X + Y + Z) x + y + z = 1 z = 1 – (x + y)

45. Representação da Imagem XLII COR 1 COR 1 • Modelo CIE X • Exemplos OURO: x = 0,54 y = 0,46 0,55 z = 1 – (x + y) = 1 – 1 = 0 0,46 COR 1: x = 0,32 y = 0,55 z = 1 – (x + y) = 1 – 0,87 = 0,13 0,32 0,54

46. Representação da Imagem XLIII Filmes fotográficos • Modelo CIE XI • Gamut • Faixa de cores passível de reprodução por um determinado dispositivo Irregularidade devida à combinação de processos subtrativo e aditivo utilizada na impressão em cores

47. Representação da Imagem XLIV • Modelo CIE XII • Determinação do comprimento de onda dominante de uma cor • Traçado de uma linha interceptando simultaneamente o ponto de interesse, o ponto de igual energia e perímetro fechado do diagrama de cromaticidade • Leitura do valor do comprimento de onda dominante da cor de interesse na escala do perímetro do diagrama

48. Representação da Imagem XLV • Modelo CIE XIII • Exemplo • Cor A: lB Comprimento de onda dominante: lB B A Grau de saturação: AB/CB C

49. Representação da Imagem XLVI • Modelo Cromático RGB I • Modelo cúbico  Cubo unitário • Profundidade do Pixel • Número de bits empregado na representação de cada pixel no espaço do modelo • Profundidade de 24-bits  Cada pixel representado por 8 bits • Composição da imagem  Aquisição de planos de cor individuais

50. Representação da Imagem XLVII Branco G (0,1,0) (1,1,0) Preto (0,1,1) (1,1,1) (0,0,0) (1,0,0) R (1,0,1) (0,0,1) B • Modelo Cromático RGB II • Secundárias Ciano, Magenta e Amarelo