Oficina de Informática e telemática

Cor e Visão Humana

Prof. Dr. Rogério R. de Vargashttp://rogerio.in

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

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

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

Imagens Digitais Podem ser:

Bidimensionais Tridimensionais

Imagens DigitaisPodem ser (cont.):

Binárias, monocromáticas ou multibandas (coloridas)

Imagens Digitais Até década de 1980 seu emprego

consistia em imagens oriundas da pesquisa espacial

Atualmente difundidas em muitas aplicações

Representando Imagens

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

Representando Imagens

Pixel – picture element: pequeno elemento da imagem

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

Representando Imagens

Imagem 8 x 8

32 x 32

128 x 128

512 x 512

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

Armazenando

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

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

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)

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:

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

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 cores diferentes

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

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

Sistema de Visão Humano

•Visão: resposta ao estímulo luminoso que atravessa camadas transparentes da retina, chegando aos cones e bastonetes, gerando reações fotoquímicas

Sistema de Visão Humano

• Interpreta cor, profundidade, textura, movimento, etc.

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

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)

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

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

Ilusão de óticaFenômeno 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 totalmente compreendida pela ciência

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

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)

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

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

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

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

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

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

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)

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)

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

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

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