ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)TRANSFORMAESNOESPAODECORESO emprego da cor no processamento de imagens tem base na maior capacidade do olhohumano para diferenciar variaes de tons do que de valores.A aplicao da cor facilita os processos de anlise visuale a preparao para outrostratamentos digitais.T i B i d C E RGB Teoria Bsica das Cores: o Espao RGBTrabalho desenvolvido por Thomas Young (1773-1829) revelou os princpios da teoria bsicadas cores.Ele descobriu que, projetando luz atravs de filtros vermelho, azul e verde no sentido deproduzir crculos superpostos, diversos efeitos eram obtidos:- Onde os crculos coincidiam, a luz branca era produzida (apesar de saber-se na pocaque a luz branca era composta por um espectro continuo de cores, ao usar apenas 3filtros no se esperava o resultado obtido). p )- Onde qualquer duas cores coincidiam, outras cores eram produzidas (vermelho e azul = magenta;vermelho e verde amarelo e vermelho e verde = amarelo eazul e verde = cyano).ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Teoria Bsica das Cores: o Espao RGB(continuao...)- A variao da quantidade relativa de vermelho, verde e azul na rea de sobreposioera possvel produzir uma enorme gama de cores.- Qualquer uma das 3 cores utilizadas nos filtros no podiam ser produzidas pelamistura de duas delas. Por isso, chamou elas de cores primrias aditivas.A bt i lh d l d l b d filt bt h h d Ao subtrair vermelho, verde e azul da luz branca, usando filtros obtenho as chamadas coresprimrias subtrativas.Branca Vermelho = Cyano;Branca Verde = Magenta e gBranca Azul = Amarelo.Usando-se ento as cores primrias ou secundrias possvel se obter todas as tonalidadesde co es de cores.Considerando o espao tridimensionalque geram os eixos ortogonais,das trs coresprimrias, a cor de cada pixel ser dado por: p , p ponde R,G,B so as trs cores primrias e r,g,b so os coeficientes de mistura, os quais sogeralmente limitados ao intervalo 0r g b1 geralmente limitados ao intervalo 0r,g,b1.ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Teoria Bsica das Cores: o Espao RGB(continuao...)ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Escolha da melhor combinao de bandasCom o objetivo de visualizar o mximo de informao no redundante (maior varincia) necessrio utilizar as bandas que apresentam a maior varincia e o menor coeficiente decorrelao entre elas. correlao entre elas.Para termos a mxima varincia a disperso dos dados de cada banda deve ser a maiorpossvel e isso significa que a banda aporta mais informaes a composio colorida dol t b d t h ND d t d t i d l qualquer outra banda que tenha seus ND agrupados em torno a um determinado valor.Os menores coeficientes de correlao supem que a informao aportada por cada uma dasbandas tende a ser independente das demais bandas. pPor outro lado uma composio de bandas com pequena varincia e alta correlao originaruma composio colorida de baixo contraste.Para tal poderemos utilizar o Optimum Index Factor(OIF) desenvolvido por Chavez (1982),para selecionar as 3 melhores bandas para a composio colorida.onde: sk o desvio padro dos ND de cada uma das trs bandas;rj o coeficiente de correlao entre cada um dos possveis pares de bandas.ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo de MunsellUm dos primeiros sistemas criados (e tambm um dos mais conhecidos) para classificao Um dos primeiros sistemas criados (e tambm um dos mais conhecidos) para classificaode cores, foi desenvolvido em 1905 pelo artista americano Albert H. Munsell baseado emtrs atributos distintos:M ti ( T > HUE H ) lid d di ti d t it d Matiz (ou Tom -> HUE H ): a qualidade que distingue uma cor da outra, o conceito decor usando os termos comuns das cores, vermelho, amarelo, azul, etc, com cores detransio e outras subdivises. A matiz depende do comprimento de onda dominante.Saturao (ou croma -> SATURATION S ): dada pela intensidade ou pureza dacor. Munsell estabeleceu uma escalad t d t 14 ascendente de at 14 graus paracorrelacionar as diferenas entre a corpura e o cinza neutro.Valor (ou brilho -> VALUE V ): a medidasubjetiva de refletncia, aparncia claraou escura de acordo com uma escala de0 ( t ) 10 (b ) 0 (preto) a 10 (branco).ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo XY ZProposto pela CIE (Commission Internationale de lEclairage) baseado nas cores primrias Proposto pela CIE (Commission Internationale de l Eclairage) baseado nas cores primriasimaginrias X, Y e Z.Neste modelo terico, qualquer combinao aditiva entre duas cores sempre ser localizadat t t d l XY na reta que conecta estas duas cores no plano XY.As cores primrias X, Y e Z esto linearmente relacionadas com o modelo RGB porA cor branca representada por X = Y = Z = 1.Os coeficientes de cromaticidadex = X/ (X+Y+Z) e y = Y/ (X+Y+Z)podem ser utilizados para produzir o diagrama:ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo C MYModelo com base nas cores primrias subtrativas ciano (C, cyan), magenta (M, magenta) e Modelo com base nas cores primrias subtrativas ciano (C, cyan), magenta (M, magenta) eamarelo (Y, yellow), as quais podem ser obtidas do sistema RGB da seguinte forma:Outra maneira de obter o modelo CMY realizar a mudana de coordenadas subtraindo-se as cores primrias R, G e B da cor branca (W, white), representada por W = (1, 1, 1), ouem sensoriamento remoto por W = (255, 255, 255), para um sensor 8bits. Assim:Nos modelos de impresso dificilmente se obteria a cor preta com a combinao dequantidades iguais das cores CMY (teramos uma tonalidade prxima ao marron escuro) epor este motivo que se adiciona o cartucho preto ao modelo de cores, obtendo-se assimo que chamamos de CMYK (K black no se utiliza a letra B para a cor preta porque foi o que chamamos de CMYK (K, black no se utiliza a letra B para a cor preta porque foiconsagrado o uso para a cor Azul, blue em ingls).ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo Y I QNeste modelo, o componente Y corresponde luminncia e os componentes I (matiz) e Q Neste modelo, o componente Y corresponde luminncia e os componentes I (matiz) e Q(saturao) juntos codificam as informaes de crominncia.A converso do modelo RBG para YIQ definida como:em que 0 R, G, B 1.A soma dos elementos da p imei a linha da mat i ig al a 1 enq anto a soma das d as A soma dos elementos da primeira linha da matriz igual a 1, enquanto a soma das duasoutras linhas igual a zero. Assim, para uma imagem tom de cinza, em que todos oscomponentes RGB so iguais, os componentes I e Q so 0.O modelo YIQ utilizado para transmisso de sinal de televiso em cores, o que possibilita acompatibilidade de televisores preto-e-branco e coloridos (padro americano da NTSC National Television System Committee).ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo Y UV utilizado para representar cores nos padres de televiso PAL (Phase Alternation by Line) e utilizado para representar cores nos padres de televiso PAL (Phase Alternation by Line) eSECAM (Squentiel Couleur Mmoire).O componente Y corresponde luminncia e os componentes U e V codificam asi f d i i informaes de crominncia.A converso do modelo RBG para YUV definida como:em q e 0 R G B 1 em que 0 R, G, B 1.ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo Y CbCrModelo largamente utilizado em vdeos digitais. A informao de luminncia representada Modelo largamente utilizado em vdeos digitais. A informao de luminncia representadapelo componente Y, enquanto a informao de cor armazenada nos componentes Cb eCr.O t Cb dif t l l d f i O componente Cb a diferena entre a cor azul e um valor de referncia.O componente Cr a diferena entre a cor vermelhar e um valor de referncia.A converso do modelo RBG para YCbCr definida como:ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo HSVDefinido pelos parmetros matiz (H, hue), saturao (S, Definido pelos parmetros matiz (H, hue), saturao (S,saturation)e luminncia (V,value).A representaogrfica tridimensional do modelo HSV uma pirmidehexagonal derivada do cubo RGB.Os diferentes matizes esto representados na parte superiorda pirmide, a saturao medida ao longo do eixohorizontal e a luminncia medida ao longo do eixo gvertical, o qual passa pelo centro da pirmide.Nessa base hexagonal cada vrtice corresponde a uma dasco es p im ias RGB o s co es p im ias cores primrias RGB ou s cores primriascomplementares CMY. O ngulo entre os vrtices de60. O vermelho corresponde a 0, o amarelo a 60, overde a 120 e assim por diante. pA saturao varia de 0 a 1 e representada como sendo arazo entre determinado matiz e sua pureza mxima(S 1) Um determinado matiz possui de pureza em (S=1). Um determinado matiz possui de pureza emS=0,25. Quando S = 0, tem-se a escala de cinzas.ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo HSVA luminncia varia de 0 (no pico da pirmide), que representa a cor preta, a 1 (na base), A luminncia varia de 0 (no pico da pirmide), que representa a cor preta, a 1 (na base),onde as intensidades das cores so mximas.A converso do modelo RGB para o modelo HSV ser:em que m=min(R,G,B) e M=max(R,G,B). A luminncia V e a saturao S estonormalizadas entre 0 e 1.O matiz H varia entre 0 e 360 graus O matiz H varia entre 0 e 360 graus.ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo HSLDefinido pelos parmetros matiz (H, hue), saturao Definido pelos parmetros matiz (H, hue), saturao(S, saturation) e luminosidade (L, lightness). Arepresentao grfica do modelo HSL formadapordoisconesde altura 1,cujasbasessoi id t coincidentes.O matiz determinado pelos pontos no crculo daborda das duas bases comuns aos cones.A saturao varia de 0 a 1, conforme a distncia aoeixo do cone.A luminosidade varia de 0 (preto) a 1 (branco) aolongo do eixo comum aos dois cones, onde seencontra a escala de cinza.Os matizes puros so encontrados no plano onde aluminosidade igual a 0,5 e a saturao igual a11.ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo HSLA converso do modelo RGB para o modelo HSL ser: A converso do modelo RGB para o modelo HSL ser:em que m=min(R,G,B) e M=max(R,G,B). A luminosidade L e a saturao S estonormalizadas entre 0 e 1.O matiz H varia entre 0 e 360 graus O matiz H varia entre 0 e 360 graus.ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo I HSDefinido pelos parmetros intensidade (I,intensity),matiz (H,hue)e saturao (S, Definido pelos parmetros intensidade (I,intensity),matiz (H,hue)e saturao (S,saturation). A combinao desses parmetros em um espao de cores tridimensionaisresulta num estrutura piramidal de trs lados.Os atributos HSI descrevem a formao de cores de Os atributos HSI descrevem a formao de cores deuma maneira muito mais prxima quela pela qualo sistema visual humano as percebe e, devido aisso, este sistema apresenta vantagens em relaoi RGB ao sistema RGB.Intensidade a medida de energia total envolvidaemtodos os comprimentos de onda, sendo emtodos os comprimentos de onda, sendoportanto responsvel pela sensao de brilhodessa energia incidente sobre o olho.M ti d bj t did d di d l Matiz de um objeto a medida do mdio da luzque ele reflete ou emite, definindo portanto a cordo objeto.Saturao, ou pureza, expressa o intervalo de aoredor do mdio no qual a energia transmitidaou refletida.ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo I HSUtiliza coordenadas cilndricas polares para representar as cores. Utiliza coordenadas cilndricas polares para representar as cores.A distncia de um ponto at a origem ou pice docone representa a intensidadeou brilho(normalizado entre 0 e 1). (normalizado entre 0 e 1).A distncia radial do ponto at o eixo central docone representa a saturao da cor( li d t 0 1) (normalizado entre 0 e 1).O matiz representado como uma sequncia radialao redor dos crculos de saturao e do eixo de aoedodos c cu os de satu ao e do e o deintensidade.Embora o matiz varie na prtica de 0 a 255, devido t ti d i di it i l s caractersticas das imagens digitais, seu valorrepresenta na verdade um ngulo entre 0 e360, onde:0 = verde (ND=0) ( )120 = vermelho (ND=85)240 = azul (ND=170)360 = verde (ND=255)ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo I HSA representao no espao de cores IHS apresenta algumas propriedades, entre as quais se A representao no espao de cores IHS apresenta algumas propriedades, entre as quais sedestaca o ordenamento das resolues espaciais dos componentes I, H e S, na formacomo o olho humano capaz de perceb-las.A t I bid i l id d H S d id f t d A componente I percebida por mxima resoluo, seguida de H e S, devido ao fato de quea retina do olho humano compe-se de maior nmero de bastonetes (responsveis pelapercepo de luminosidade ou brilho I) do que de cones (responsveis pela percepo domatiz H). )Para exemplificar isso imagine uma foto area tomada com um filme preto e branco do visvelde uma rea do terreno, portanto, colorida.As cores mais vivas da paisagem corresponderiam na foto preto e branco aos tons de cinzaclaros e as cores escuras corresponderiam aos tons de cinza escuros.A foto area em preto e branco seria, portanto, uma representao da intensidade I.Para compensar a falta dos outros dois atributos da cor, elas tm com principal caractersticaa alta resoluo espacialde 1 m ou mais que possibilita a identificao dos objetos pela a alta resoluo espacial, de 1 m ou mais, que possibilita a identificao dos objetos pelaanlise de suas formas e no pelas propriedades de matiz e saturao.ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo I HSElas possuem assim, uma baixa resoluo espectral, mas uma alta resoluo espacial. Elas possuem assim, uma baixa resoluo espectral, mas uma alta resoluo espacial.Ento, o ideal seria ter um sensor que pudesse registrar com a mxima eficincia os trscomponentes das cores com alta resoluo espacial.Mas o que vemos uma maioria de sistemas sensores orbitais com um mdulo multiespectralcom baixa resoluo espacial, adicionado com uma banda de ampla largura espectral, talcomo das fotos areas e com uma alta resoluo espacial. pEssa banda tem sido denominada de banda pancromtica.Utili ando a tcnica IHS podemos p ocessa conj ntamente as imagens m ltiespect ais e a Utilizando a tcnica IHS podemos processar conjuntamente as imagens multiespectrais e abanda pancromtica, combinando as suas resolues e obtendo como resultado umaimagem com alta resoluo espectral e espacial como ser visto no prximo tpico deestudos.ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo I HSA converso do modelo RBG para IHS segue os seguintes passos: A converso do modelo RBG para IHS segue os seguintes passos:1) Muda-se a escala dos NDs de 0 a 255 para 0 a 1.2) Calculam-se os novos valores de RGB com as seguintes equaes: ) g q ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo I HSA converso do modelo RBG para IHS segue os seguintes passos: A converso do modelo RBG para IHS segue os seguintes passos:3) Clculo da Intensidade (I).4) Calcula-se a Saturao (S) observando os seguintes condicionantes de Intensidade (I): ) ( ) g ( )ColgioPolitcnicodaUFSM DPADP0024:ProcessamentoDigitaldeImagens(Prof.Dr.Eldio Sebem)Outros modelos utilizados para a representao de coresModelo I HSA converso do modelo RBG para IHS segue os seguintes passos: A converso do modelo RBG para IHS segue os seguintes passos:5) Calcula-se o Matiz (H) observando os seguintes condicionantes: