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

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

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)

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

3a Lei de Grassmann

Se:BGRC 1111 bgr

eBGRC 2222 bgr

então

BGRCC )()()( 21212121 bbggrr

MGattass DI-PUC/Rio

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.

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

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%

MGattass DI-PUC/Rio

XYZ sRGB: Passo 1

Converte utilizando ITU-R BT.709:

]10[

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

XYZ sRGB: Passo 3 –Digital Color

MGattass DI-PUC/Rio

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/

MGattass DI-PUC/Rio

sRGB XYZ

S

N

MGattass DI-PUC/Rio

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/

MGattass DI-PUC/Rio

Reflexão da luz num papel

Reflexão difusa ou lambertiana

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

yellow

B G R

+

B G R

red

R

=

magenta

B G R

B G R

Idit Haran

R=M+Y

MGattass DI-PUC/Rio

Sistemas de cor dependentes de dispositivo - CMY

II ) Sistemas das Impressoras -CMY ou CMYK

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

HSV

MGattass DI-PUC/Rio

HSV/HSB Color Space

Brightness Scale

Saturation Scale

HSV = Hue Saturation Value HSB = Hue Saturation Brightness

MGattass DI-PUC/Rio

HSV

ValueSaturation

Hue

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

HLS Color Space

red0

green120 yellow

Blue240

cyan

magenta

V

black0.0

0.5

HS

HLS = Hue Lightness Saturation

MGattass DI-PUC/Rio

HLS

L

Pierre Courtellemont

MGattass DI-PUC/Rio

Opponent Color Spaces

+black-white

red-green

blue-yellow

+

+

-

-

-

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

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!

MGattass DI-PUC/Rio

Cubo RGB no espaço (Y’, B’-Y’, R’-Y’)

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

Uma fórmula para conversãopara video

RGB to YCrCb

YCrCb to RGB

http://www.efg2.com/Lab/Library/Color/Science.htm

MGattass DI-PUC/Rio

Aparencia de cor

MGattass DI-PUC/Rio

Banda de Mach

Posição

Branco

PretoIn

tens

idad

e

Efeito da Banda de Mach

MGattass DI-PUC/Rio

Contraste Simultâneo

MGattass DI-PUC/Rio

Contraste

MGattass DI-PUC/Rio

Conclusões do cérebro

MGattass DI-PUC/Rio

MGattass DI-PUC/Rio

25 6

45 8

5629

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

MGattass DI-PUC/Rio

Medidas do espectro da luz solar

made by J. Parkkinen and P. Silfsten.

Pot

ênci

a R

elat

iva

MGattass DI-PUC/Rio

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

MGattass DI-PUC/Rio

Espectros do Sol e de um Corpo Negro

Corpo negro

Sol

adaptado de Robert Siegel, Thermal Radiation Heat Transfer, 1992