Percepcja wizualna i modele barw

(1)

1 / 38

Grafika Komputerowa. Percepcja wizualna i modele

barw

Aleksander Denisiuk

Polsko-Japo ´nska Akademia Technik Komputerowych

Wydział Informatyki w Gda ´nsku

ul. Brzegi 55

80-045 Gda ´nsk

(2)

Percepcja wizualna i modele barw

Percepcja informacji wizualnej

Modele barw

2 / 38

Najnowsza wersja tego dokumentu dost ˛epna jest pod adresem

(3)

Percepcja informacji wizualnej

informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm Modele barw

(4)

Percepcja informacji wizualnej

informacja wizualna

Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm Modele barw

4 / 38

zmysł wzroku

_oko

_{receptory: czopki i pr ˛eciki}

_{informacja wizualna}

_tekstowa

obrazowa

(5)

˙Zródło informacji wizualnej

informacja wizualna

5 / 38

_{promieniowanie fotonowe, fale elektromagnetyczne}

_{promieniowanie monochromatyczne}

_barwa

(6)

Rozszczepienie i skupienie ´swiatła

informacja wizualna

6 / 38

Izaak Newton, 1666 r

(7)

Siedem kolorów

informacja wizualna

7 / 38

_czerwony,

760 ÷ 620

_nm

_{pomara ´nczowy}

_,

620 ÷ 585

_nm

_˙zółty

_,

585 ÷ 575

_nm

_zielony

_,

575 ÷ 500

_nm

_niebieski

_,

500 ÷ 445

_nm

_granatowy

_,

445 ÷ 425

_nm

_fioletowy

_,

425 ÷ 380

_nm

(8)

Barwy proste, zło˙zone i podstawowe

informacja wizualna

8 / 38

prosta reprezentuje jedn ˛

a długo´s´c fali

_{zło˙zona — poprzez mieszanie barw}

_{podstawowe — trzy barwy, poprzez mieszanie mo˙zna uzysa´c}

wra˙zenie dowolnej barwy, a poprzez mieszanie dwóch nie mo˙zna

uzyska´c trzeciej

(9)

Koło barw

informacja wizualna

(10)

´

Swiatło pierwotne i wtórne

informacja wizualna

10 / 38

obiekty samo´swiec ˛

ace si ˛e

(11)

Percepcja barwy

informacja wizualna

Percepcja barwy

Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm Modele barw

11 / 38

no´snikiem percepcji wizualnej jest ´swiatło

_{wra˙zenie wzrokowe wywołuje cały skład widma wpadaj ˛}

_{acego do oka}

_{sposób percepcji jest zło˙zon ˛}

_{a funkcj ˛}

_a

(12)

Sposób percepcji brawy zale˙zy od

informacja wizualna

Percepcja barwy

12 / 38

wła´sciwo´sci ˙zródła ´swiatła

_{wła´sciwo´sci o´srdoka i odległo´sci mi ˛edzy ˙zródłem a obiektem}

_{zdolno´sci fizycznych obiektu do odbijania i/lub pochłoniania ´swiatła}

o okre´slonej długo´sci fal

_{wła´sciwo´sci otaczaj ˛}

_{acych obiektów}

_{stanu oka i systemu wzrokowego}

_{charakterystyk transmisyjnych receptorów i o´srodków nerwowych}

_{poprzednich do´swiadcze ´n przy obserwowaniu podobnego obiektu}

(13)

Wra˙zenie barwy

informacja wizualna

Percepcja barwy

13 / 38

obiekt jest o´swietlany przez ´swiatło

_{powierzchnia obiektu pochłania wszystkie składowe oprócz}

odpowiadaj ˛

acych obiektowi, a ten odbija je do detektora

_{detektor (oko) odbirea odbite ´swiatło i sygnalizuje to mózgowi}

_{mózg wywołuje pewne wra˙zenie barwne}

_{całkowicie odbite}

_{całkowicie pochłoni ˛ete}

(14)

Wzrok i wła ´sciwo ´sci widzenia

informacja wizualna

Percepcja barwy

(15)

Receptory

informacja wizualna

Percepcja barwy

15 / 38

pr ˛eciki — o´swietlenie słabe

(16)

Teoria trzech kolorów

informacja wizualna Percepcja barwy

Teoria trzech kolorów

Teoria procesu przeciwstawnego Metameryzm Modele barw

16 / 38

_{G. Palmer, 1777}

_{T. Young, 1801}

_{Helmholtz, 1850}

(

R

,

G

,

B

_{) 7→}

barwa

(17)

Mieszanie barw

informacja wizualna Percepcja barwy

Teoria trzech kolorów

17 / 38

synteza addytywna.

_{synteza subtraktywna.}

(a) (b)

Figure VI.1: (a) The additive olors are red, green, and blue. (b) The subtra tive olors are yan, magenta, and yellow. See olor plate C.2.

(18)

Teoria procesu przeciwstawnego

informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów

18 / 38

Ewald Hering, 1878

ciemny

↔

jasny

R

↔

G

B

↔

Y

(19)

Metameryzm

informacja wizualna Percepcja barwy Teoria trzech kolorów Teoria procesu przeciwstawnego

Metameryzm

Modele barw

19 / 38

_{ró˙zne barwy daj ˛}

_{a to same barwne wra˙zenie}

_{ró˙zny odbiór barwy (np. zawartej w farbie) uzale˙zniony od rodzaju}

´swiatła.

_{dwie substancje barwi ˛}

_{ace, ogl ˛}

_{adane w tym samym o´swietleniu,}

odczytywane s ˛

a jako zbli˙zone, w innym o´swietleniu jako ró˙zni ˛

ace si ˛e

mi ˛edzy sob ˛

a.

(20)

Modele barw

Percepcja informacji wizualnej Modele barw Modele barw Modele techniczne Modele percepcyjne Modele teoretyczne

20 / 38

(21)

Modele barw

21 / 38

okre´slony trójwymiarowy układ współrz˛ednych barwowych wraz

z widzialnym podzbiorem

_{RGB, CMY(K), YUV, YIQ}

_{HSV, HLS}

(22)

Model RGB

22 / 38

_{32 (24) bitów (true color, milions of colors)}

8R + 8G + 8B + 8α

_{16 bitów (high color, thousands of colors)}

5R + 5G + 5B + 1α

_{8 bitów}

3R + 3G + 2B

(23)

Color Lookup Table

23 / 38

_{CLUT (LUT)}

_{Barwy indeksowane.}

_{GIF, PNG}

k

_{-bitowy index}

(24)

Web-safe Colors

24 / 38

bezpieczna paleta kolorów

Ka˙zda liczba zło˙zona z par 00, 33, 66, 99, CC oraz FF odpowiada barwie

“bezpiecznej”.

(25)

sRGB

25 / 38

_{HP, Microsoft 1996}

_{Odmiana RGB}

C

_srgb

=

(

12,92C,

C 6

_0.0031308

(1,055)C

1/2,4

−

0,055, C > 0.0031308

_{Alternatywa: Adobe RGB}

(26)

Model CMYK

26 / 38











C

= 1 −

R

M

= 1 −

G

Y

= 1 −

B

(27)

Modele telewizyjne

27 / 38

YUV





Y

U

V





=





0,299

0,587

0,114

−

0,14713 −0,28886

0,436

0,615

−

0,51499 −0,10001









R

G

B





_PAL

(28)

YUV, przykład

28 / 38

(29)

YIQ

29 / 38

_{Luminance-Inphase-Quadrature}





Y

I

Q





=





0,299

0,587

0,114

0,596 −0,275 −0,321

0,212 −0,528

0,311









R

G

B





_NTSC

(30)

YCbCr

30 / 38

_{systemy fotograficzne i wideo}





R

G

B





=





1,0

0,0

1,40210

1,0 −0,34414 −0,71414

1,0

1,77180

0,0









Y

C

_b

−

128 C

_r

−

128 



_{podstawa JPEG}

(31)

Percepcyjne atrybuty barwy

31 / 38

_{odcie ´n}

_nasycenie

_{jasno´s´c (jaskrawo´s´c)}

(32)

Model HSV

32 / 38

_{Hue — Odcie ´n (}

0 ◦

_–

360 ◦

₎

_{Saturation — nasycenie (0–1)}

Value (Brightness) — jaskrawo´s´c

(33)

Model HSL

33 / 38

Hue — Odcie ´n (

0 ◦

–

360 ◦

)

_{Saturation — nasycenie (0–1)}

_{Luminance — luminancja (´srednie ´swiatło białe, 0–1)}

Red Yellow Green Cyan Blue Magenta

FigureVI.2: Hueismeasuredindegrees,representingananglearoundthe olor wheel. Purered has hueequal to0, puregreen has hueequalto 120,and pure bluehas hueequalto 240. See olorplate C.3.