Mikalojus Konstantinas Ciurlionis

1
Mikalojus Konstantinas Ciurlionis
Karaliu pasaka Vaikyste
2
Spalvos
Vaizdas
Skaitmeninis vaizdas
Stebetojas
Sintezuotas vaizdas
3

• Ekskursas i spalvu teorijos ištakas
• Šviesos spektras
• Regos fiziologija,Grasmano desniai
• Šviesos ir spalvu terminai
• CIE XYZ spalvu standartas
• Oponentines spalvos
• Spalvu kubai RGB, CMY, YIQ
• HSL ir HSV spalvu sistemos
• Euklidines CIE LAB ir CIE LUV sistemos
• Spalvu sistemu trukumai

• Literatura
• Henrikas Vaitkevicius, Sensorine psichofizika,
  VU, 1997.
• James D. Foley etc., Computer Graphics,
  principles and practice, 1996.
• Seppo Rihlama, Colour world, Tammer-Paino Oy,
  Tampere 1999.
• John C. Russ, Image processing, 1999.
• J. D. Murray W.V. vanRyper, Encyclopedia of
  Graphics File Formats, 1996

4
I. Niutonas (1672)
700 nm
600 nm
500 nm
Balta šviesa
400 nm
I. Niutonas (1642 - 1727) 29 metu (1672) padare
atradima
Balta šviesa sudaryta iš spalvu violetines,
melynos, žalios, geltonos, oranžines ir raudonos
ir 30 (!) metu nedriso skelbti šio beprotiško
atradimo
Poetas J. Gete Spalva nera fizikinis spalvu
mišinys pvz., balta spalva yra daugiau negu
dvieju spalvu mišinys, tai visiškai naujas
pojutis, o ne pojuciu mišinys
Abu teisus
5
Spalvinis matymas
Vaivorykštes spalvos (Niutono spalvu ratas)
Spalvu maišymas
Oranžine
G
O
Geltona
R
Raudona
Žalia
Violetine
Indigo
Melyna
6
Šviesos spektras

• Analogija su
• Pozicine skaiciu išraiškos sistema 1997
  110391029101 7100
• Garso grynuoju tonu do, re, mi, fa, sol, la
  (440 Hz), si ir vel do

p - garso slegis, A - amplitude, f - dažnis, f -
faze

• Furje integralas

Furje transformaciju pora
Šviesos spektras
I - šviesos intensyvumas, S - kompleksinis
spektras. S2 - galingumo spektrinis tankis
7
Spalvu spektru pavyzdžiai
Balta spalva
P(l)
Monochromatines spalvos
3
2
1
0
Bangos ilgis, nm
400
700
435.8
546.1
500
600
8
Spalvu spektru pavyzdžiai
P(l)
3
X
Y
2
Z
1
0
Bangos ilgis, nm
400
700
435.8
546.1
500
600
9
Regos fiziologija
Akies tinklaines fotografija
10
Gamtos klaida
Fotoreceptoriai klaidingai patalpinti
tinklaines apatiniame sluoksnyje. Pagal viena
hipoteziu - šviesa, prieš patekdama i
fotoreceptorius, yra papildomai fokusuojama
(stiprinama) gangliniu ir bipoliniu
lasteliu. http//palaeo-electronica.org/2000_1/re
tinal/fig_3.htm
11
Kugeliu mozaika tinklaines fovea srityje
http//www.univie.ac.at/Vergl-Physiologie/www/rese
arch/morphretframe.html
12
Vienodos energijos monochromatiniu
šviesos šaltiniu spalvos RGB koordinates
Santykine energija
0.3
0.2
0.1
0
Bangos ilgis, nm
400
700
435.8
546.1
500
600
13
Grasmano desniai

• Regos sistema skiria tik 3-s šviesos parametrus
• spalvos tona, sodri ir ryški.
• Tolygiai keiciant spalvos parametrus spalvos
• suvokimas kinta tolygiai
• Maišant vienodas spalvas, nepriklausomai nuo
• ju spektrines sudeties, gausime vienodus
  spalvos
• pojucius

14

• Fizikiniai šviesos parametrai
• Bangos ilgis (rentgeno 1 nm, šilumos 1 mm,
  radio 1 m)
• Matomu bangu diapozonas 380-760 nm
• Šviesos stiprumas (stipris) - light intensity
• Šviesos srautas - luminance flux, liumenais
• Apšvieta - illuminance, liuksais (pasyvi)
• Skaistis - brightness, nitais, fotolamberais
  (spinduliuojanti)

15
Terminai naudojami spalvoms aprašyti

• Hue - spalvos tonas, tampriai susijes su
  elektromagmetines
• bangos ilgiu.
• Pvz. raudona, žalia, geltona - pažymi spalvos
  tona.
• Saturation - spalvos sodris, pažymi regimos
  spalvos grynuma
• Pvz. skaisciai raudonos spalvos sodris yra 1,
  o pilkos - 0.
• Luminance - spalvos ryškis, charakterizuoja
  subjektyviai
• suvokiama šviesos stipruma.
• Pvz. baltos spalvos ryškis yra 1, o juodos -
  0.
• Transparency - permatomumas.
• Pvz. jei permatomumo koeficientas k0 -
  objektas
• visiškai neskaidrus, o kai k1 - objektas
  skaidrus ir per
• ji matome fona

16
Spalvos sodris ir tonas
Spalvos tonas
sodris
17
Keitimasis spalvotais paveiksliukais. Miškas, ka
daryti?
Displejus PC
Naujas
Rašalinis spausdiklis
Skeneris
Lazerinis spausdiklis
Displejus MAC
18
Išeitis! - spalvu aprašymo standartas
Displejus PC
Naujas
Spalvu standartas (CIE sistema)
Rašalinis spausdiklis
Skeneris
Lazerinis spausdiklis
Displejus MAC
Transformacijos iš spalvu sistemos i standartine
CIE vad. Color Profiles
19
465.8 nm indigo
546.1 nm gelsvai žalia
700 nm tamsiai raudona
Maksvelo trikampis
20
CIE spalvu standartas
Pasiulytas W.D. Wright ir J. Guild,
priimtas standartu Commission Internationale de
1Eclairage German 1931
Fiksuojamos 3 monochromatines spalvos B1 700, B2
546.1, B3 435.8 nm Bet kokia spalva išreiškiama
3-is komponetemis (X,Y,Z)
Paprastumo delei apibrežiamos xX/(XYZ) yY/(X
YZ) zZ/(XYZ)
xyz1
21
Pastabos

• Fizikine prasme trys spalvos parametrai XYZ
• nevienareikšmiai aprašo šviesa, kuri yra
  subjektyviai
• suvokiamos spalvos šaltinis
• XYZ yra šviesos projekcijos triju
  fotoreceptoriu atžvilgiu

• Gete buvo teisus - spalva yra begalines
  dimensijos objektas

Išvada
Ateityje spalva gali buti aprašinejama tiesiogiai
tankiu P(l)
22
Vienodos energijos monochromatiniu
šviesos šaltiniu spalvos XYZ koordinates
Santykine energija
3
2
1
0
Bangos ilgis, nm
400
700
435.8
546.1
500
600
23
Ryškio suvokimas
Monochromatinis skotopinis skaistis
V V(l)R(l)4,50907B(l) 0,0601G(l)
l
550 nm
550 nm
V(l)
max
1.0
0.5
l, nm
0
400
500
600
700
24
Adityvus ir subtraktyvus spalvu maišymai
Adityvus maišymas
Subtraktyvus
25
Subjektyvios spalvu sistemos
Ryškis
Pvz.
Spalvi(nguma)s
Oponentiniu spalvu sistema (Herring 1878 m.
pasiule, JamesonHurvich 1955 patv.)
Spalvos tonas
L
M
S
A LMS R/G L-MS Y/B LM-S

-


-




L 0.400 0.708 -0.081 X M
-0.226 1.165 0.046 Y S 0.000 0.000
0.918 Z
A
R-G
Y-B
26
RGB spalvu sistema

• Naudojamos trys pirmines spalvos Raudona (R),
  Žalia (G) ir Melyna (B)

Pirmines spalvos ir ju adityvus maišymas
RGB - triju pirminiu spalvu ryškiai

• Kitos spalvos gaunamos adityviai komponuojant su
  svoriais 0ltr,g,blt1

RGB spalvu kubas (1,0,0) - raudona (0,1,0) -
žalia (0,0,1) - melyna (1,1,0) -
geltona (.5,.5,.5) - pilka ir t.t.
27
Ryšys tarp XYZ ir RGB koordinaciu
Matricos koeficientai priklauso nuo
irenginio! Tuo paciu RGB pavadinimu vadinamos
skirtingos sistemos!
Su vienu RGB standartizavimo pasiulymu galite
susipažinti http//www.w3.org/Graphics/Color/sRGB
28
RGB-gtXYZ matricos A apskaiciavimas
Duodama displejaus
Apskaiciuojama z1-x-y
29
Ryšys tarp CIE XYZ ir RGB 709 spalvu sistemu
RGB parametrai
30
Trimaciu spalvu kubu sistemos
Fiksuojamos trys pirmines spalvos A, B ir C,
kitos formuojamos su koef. iš vienetinio kubo
M xAyBzC, 0ltx,y,zlt1.

• RGB - realizuotos kompiuteriu displejuose
• CMY (Cyan, Magenta , Yellow - RGB papildiniai)
• substraktine spalvu sistema, naudojama
  spausdikliuose

Dažnai spausdikliai naudoja papildomai juoda
pigmenta ir atitinkama spalvu sistema CMYK,
Kmin(C,M,Y)

• YIQ amerikos spalvosios televizijos naudojama
  spalvu
• sistema

31
R
Skirtumas tarp RGB ir CMY sistemu
RGB, naudojama displejuose, skeneriuose, yra
adityvi (spinduliuojanti)
R
G
B
32
Apšvietimas
C
M
CMY, naudojama fotografijoje, spausdikliuose, yra
substraktyvi (absorbcine)
Y
C
M
Y
33

• YIQ amerikos spalvosios televizijos naudojama
  spalvu sistema

YIQ spalvu sistemoje Y žymi ne geltona, bet ta
pati ryški kaip ir CIE XYZ spalvu sistemoje
YIQ sistemos pagrindine ideja jei televizorius
nespalvotas, jis naudos tik Y komponente, o
spalvotas - visas tris. Y aprašo ryški, o I ir Q
komponentes - spalva. Kadangi spalvai žmogaus
regos sistema mažiau jautri negu ryškiui,
kvantuojant Y skiriama daugiau bitu. Tai
naudojama spalvotu vaizdu duomenu kompresijoje
(pvz. JPEG).
34
Patogios vartotojui HSV ir HSL sistemos
HSV Hue, Saturation, Value, pasiule A.R. Smith,
1978, Color Gamut Transform Pairs, SIGGRAPH 78,
12-19
120 Žalia
V
Geltona
Balta
1.0
Raudona 0
Ciano
Melyna 240
Fuksine
H
0.0
Juoda
1.0
S
35
(No Transcript)
36
Spalvu sistemu (HSB, HSI, HSL, HSV) santrauku
reikšmes
H hue - spalvos tonas S saturation - sodris B
brightness - skaistis I intensity -
intensyvumas L luminance - apšviestumas L
lightness - ryškis V value - reikšme
RGB - tiesine, RGB - netiesine su gama
korekcija
37
Euklidines spalvu sistemos CIELUV ir CIELAB
CIELAB (CIELab) standartas sukurtas 1976 m.
baltos spalvos šaltiniui
38
CIELUV (CIELuv) standartas sukurtas 1976 m.
L
Balta
-v
-u
u
v
Juoda
39
Visi prietaisai atvaizduoja tik dali suvokiamu
spalvu diapazono!
40
Ivairiu spalvu emocine išraiška

• Raudona - pavojus, stok, neigiamas,
  susijaudines, karštas
• Tamsiai melyna - stabilumas, ramumas, patikimas,
  subrendes
• Šviesiai melyna - jaunas, vyriškas, šaltakraujis
• Žalia - augimas, teigiamas, organiškas, eik,
  patogus
• Balta - tyras, švarus, garbingas, doras
• Juoda - rimtas, sunkus, mirtis (Europietiškoje
  kulturoje)
• Pilkas - vientisumas, neutralumas, ramus,
  subrendes
• Ruda - sveikas, organiškas, kuklus
• Geltona - konservatyvus, stabilus, elegantiškas
• Oranžine - emocingas, teigiamas, harmoningas
• Fuksine - jaunas, trumpalaikis, puikus
• Ryškiai rožine - jaunyste, moteriškumas,
  šiltumas
• Pasteliškumas - jaunyste, švelnumas,
  moteriškumas, jautrumas
• Metališkumas - elegantiškumas, patvarumas,
  turtingumas

41
Psichologiniai spalvu naudojimo aspektai
salygojami

• Akies lešiuko
• Tinklaines
• Smegenu
• Daltonizmo

42
Tos pacios linzes (lešiuko) ilgu bangu židinio
taškas labiau nutoles už trumpu bangu. A)Todel
i greta patalpinti raudonas ir melynas objektai
vargina aki. B) Taip pat atsiranda spalvine
stereopse raudonas objektas (ilgos bangos)
atrodo arciau už melyna (trumpabangi) C) Melynas
objektas vakaro matomumo salygom matysis
neryškiai D) Pagyvenusiu žmoniu ragena blogiau
praleidžia trumpas bangas. Todel jiems taip pat
bus sunkiau analizuoti objekta. Išvada Vengti
komponuoti greta oponentinius spalvos tonus
trumpabanges spalvas nenaudoti smulkiems
objektams spalvinti.
Objektas
Lešiukas
Tinklaine
43
Tinklaineje apie 64 R(560nm), 32
G(530nm), 2 B(430nm) kugeliu. Foveos centre
vyrauja žali, periferijoje - melyni.

• Vaizdu konturai turi skirtis
• ne tik spalva, bet ir ryškiu
• Melsvas ir rausvas spalvas
• naudoti didesnio intensyvumo,
• kad matytusi blogo apšvietimo
• salygom

44
Tinklaines schemine struktura
H
A
A
Receptorius Horizontalioji Bipoline Amakrinine Gan
gline
G
45
Akies tinklaines
Receptorinis Laukas (RL)
Receptoriai
H-B
G
46
Kitos spalvu vartojimo rekomendacijos

• Tekstinei informacijai skaityti neturi trukdyti
  fono/teksto spalvu derinys
• Prognozuokite jusu spalvinio produkto vartojimo
  apšvietimo salygas
• Pvz. Spalvu suvokima labai iškraipo
  fluoroscensiniu lemu apšvietimas
• Mažu objektu spalvinimui galima rinktis
  santykinai sodresnes spalvas
• Objekto spalva neturi kirstis su to paties
  objekto realiom gamtos spalvom
• Namu fasado spalvas derinkite prie aplink
  vyraujanciu gamtos ir
• gretimu statiniu spalvu
• Nevenkite oponentiniu spalvu, nesodriu/achromatin
  iu, taciau didžiausio
• sodrio oponentines retai dera
• Atsižvelkite kaip dažytos medžiagos senejimas
  keis spalvos pojuti
• Jei aplinka sodriai spalvinga, naudokite
  santuresni spalvinima
• Reciau vartojamos kraštutines - ypac sodrios ir
  labai nesodrios spalvos
• Šaltos spalvos plecia erdves pojuti ir šaldo,
  karštos - atvirkšciai
• Paveikslus išrikiuokite taip, kad greta
  kabanciuju spalvines erdves butu greta

47
Gretimu kvadratu kraštines dideja aritmetine
progresija
Gretimu kvadratu kraštines dideja geometrine
progresija
48
RGB sistemos ryškio ar apšviestumo netiesiškumas
Kadangi ryškiu poru 0.1/0.11 ir 0.5/0.55
skirtumai suvokiami vienodai, tai RGB sistemoje
reikšmes parenkamos taip, kad apšviestumas L
kistu
8-iu bitu pilkumo reikšmes
CIE ryškis L
10
30
0
50
75
100
CIE apšviestumas L (santykinis)
0.04
0
0.7
0.2
0.5
1
49
V - reikšme vaizdo matricos (i,j) taške (V -
0255)
U
N elektronu skaicius
I
Intensyvumas taškelyje
taškelis
Displejus
Pvz. N255
50
Displejaus sureguliavimo svarba
Black level arba Brightness
Pilkasis pjedestalas
Prarastas signalas
51
Simbolinis vaizdo aprašymas
ASCII tekstas
WMF BMP PostScript
Reikšmes Geometr. duom.
Pilkumo lygm. 8-i bitai
Rastriniai vaizdo duomenys
Dvieju lygm. d. 1-as bitas
Spalvos 3x824-i bitai
Hi-spalvos 16-a bitu 5-5-5 ar 5-6-5
Pseudospalvos 8-i bitai
Suglaudinti vaizdo duomenys
Aritm.
RLE
LZW
JPEG
VQ
Juostinis filtravimas
Spalvu peržiuros lentele ColorLookUpTable CLUT
52
Tarkime video-kortoje yra 1 MB RAM atminties
(VRAM1MB)
640x480 (VGA) 3x824 bitu spalvos
800x600 (SVGA) 16 bitu Hi-spalvos
1152x870 (SVGA) 8 bitu pseudospalvos
53
Vaizdu GIF formatas Nors HTML faile gali
buti bet kokio formato vaizdai, dauguma naudoja
GIF arba JPEG. Cia aprašysime GIF (Graphics
Interchange Format ) formato struktura. GIF
vaizdai gali buti dvitoniai arba spalvoti. GIF
failas turi dvi dvimati taškeliu (pixel) masyva.
Taškeliai reikšmes (sveikieji skaiciai nuo 0 iki
255) netiesiogiai nurodo spalva, bet yra indeksu
reikšmes i peržiuru lentele. Šios lenteles ilgis
yra dvejeto sveikieji laipsniai nuo 1 iki 8.
Lenteleje spalvos aprašomos trimis skaiciais,
t.y., trim komponentem, nurodanciom raudona,
žalia ir melyna (Red, Green, Blue RGB).
Kiekvienos komponentes gylis yra 8 bitai. Todel
GIF failuose naudojamos 256 spalvos iš
25625625616 milijonu galimu spalvu rinkinio.
GIF formatas dominuoja WEB-e del istoriniu ir
techniniu priežasciu. ComputerServer pastangomis
GIF formata galima naudoti laisvai internete (be
specialiu mokesciu). Techniškai formatas nera
sudetingas. Spalvu peržiuru lentele sudaryta
taip, kad ja galima suspausti 31 santykiu.
Vaizdo matricai GIF failuose naudojama LZW
duomenu kompresija. Šis duomenu kompresijos budas
gerai dokumentuotas ir lengvai realizuojamas.
Deja, LZW kompresijos algoritmas yra patentuotas
ir reikalauja licenzijos, ko nenumate
ComputerServer. Ieškomi budai kaip išspresti
susidariusia kolizija. Vienas sprendimu yra
pereiti prie PNG (Portable Network Graphics),
kurio mes nenagrinesime. Taigi GIF faile
kiekvienas vaizdo taškelio reikšme per peržiuru
lentele apibrežia tris reikšmes raudona, žalia ir
melyna. Šios reikšmiu santrauka yra RGB. Taciau
prasme raudona, žalia ir melyna nera
tiksliai definuota. Dauguma irenginiu RGB sistema
sutapatina su displeju RGB spalvu sistema. Taciau
skirtingu displeju sukurti RGB vaizdai gali
skirtis ir skirias del skirtingu ivairiu displeju
markiu charakteristiku. Dažnai vaizdai yra
nuskenuojami skeneriais. Ju RGB taip pat skiriasi
nuo displeju RGB sistemu. Bet kuriuo atveju -
kuriant vaizda skirtingu markiu irenginiais
gausite vis kitokius originalaus portreto
skaitmeninius RGB vaizdus. Reziumuojant, galime
padaryti išvada, kad skeneriu ar monitoriumi
gaunama vaizdo kopija priklauso nuo irenginio.
Net jeigu ta pati RGB reikšmiu vaizda rodyti
skirtingu markiu kompiuteriuose, gausime
skirtingus vaizdus. Tas pats displejus vaizda
rodys skirtingai ivairaus apšvietimo ar
sureguliavimo salygomis. Esmine RGB spalvu
sistemos problema yra ta, kad joje raudona,
žalia ir melyna prasme nera griežtai
definuota ir priklauso nuo irenginio.
54
Standartine interneto naršykliu palete turi
2166x6x6 spalvu
ffff66
ccff66
ccff33
ccff00
ffffff
ffff33
ffff00
ccffff
ccffcc
ccff99
ffffcc
ffff99
66ff33
99ff66
99ff33
99ff00
66ffff
66ff99
66ff66
66ff00
99ffff
99ffcc
99ff99
66ffcc
33ff66
00ff66
00ff33
00ff00
33ffff
33ff33
33ff00
00ffff
00ffcc
00ff99
33ffcc
33ff99
cccc33
ffccff
ffcc66
ffcc33
ffcc00
ccccff
cccc99
cccc66
cccc00
ffcccc
ffcc99
cccccc
99cc66
66cc33
99cc33
99cc00
66ccff
66cc99
66cc66
66cc00
99ccff
99cccc
99cc99
66cccc
33cc66
00cc66
00cc33
00cc00
33ccff
33cc33
33cc00
00ccff
00cccc
00cc99
33cccc
33cc99
ff99ff
cc9933
ff9966
ff9933
ff9900
cc99ff
cc9999
cc9966
cc9900
ff99cc
ff9999
cc99cc
9999ff
999966
669966
669933
669900
999933
999900
6699ff
6699cc
669999
9999cc
999999
009933
3399ff
339966
339933
339900
0099ff
009999
009966
009900
3399cc
339999
0099cc
ff66ff
ff6666
cc6666
cc6633
cc6600
ff6633
ff6600
cc66ff
cc66cc
cc6699
ff66cc
ff6699
9966ff
666633
996666
666666
666600
9966cc
996699
996600
6666ff
6666cc
666699
996633
3366ff
006633
336666
336633
336600
0066ff
006699
006666
006600
3366cc
336699
0066cc
ff33ff
ff3366
cc3366
cc3333
cc3300
ff3333
ff3300
cc33ff
cc33cc
cc3399
ff33cc
ff3399
9933ff
663333
993366
993333
993300
6633ff
663399
663366
663300
9933cc
993399
6633cc
3333ff
333366
003366
003333
003300
333333
333300
0033ff
0033cc
003399
3333cc
333399
ff00ff
ff00cc
ff0099
cc00cc
ff0066
ff0033
ff0000
cc00ff
cc0099
cc0066
cc0000
cc0033
9900cc
990099
6600cc
9900ff
990066
990033
990000
6600ff
660099
660066
660000
660033
3300cc
330099
3300ff
330033
330000
0000ff
0000cc
000099
330066
000066
000033
000000
55
Ivairiu irenginiu gama reikšmiu specifika Pvz
Internetu siunciamo vaizdo šaltinis Silikon
grafikos irenginys
56
Grafiniu failu internetu perdavimo ir naudojimo
rekomendacijos

• Naudokite RGB arba gama koreguota RGB spalvu
  modeli
• Laikykite, kad vartotoju nutylimoji displeju
  gama2.5
• Paruošiant ir naudojant grafinius failus
  stenkites, kad displejaus
• apšvietimas neiškraipytu suvokiamu spalvu
• Gerai sureguliuokite displejaus Black level ir
  Picture parametrus
• Reikalaukite, kad irenginiu ir programines
  irangos tiekejai pateiktu
• dokumentacija apie gamas, signalu perdavimo
  funkcijas,
• grafines informacijos paruošimui naudota
  irengini
• Venkite transformaciju iš vieno spalvu modelio i
  kita, nes visos
• jos neapgrežiamos del apvalinimo paklaidu
• Prognozuokite kokiu problemu gali iškilti jusu
  vartotojui,
• kai ateityje grafiniu failu formatai bus
  praplesti informacija
• reikalinga gauti nuo irenginio nepriklausoma
  vaizda
• Pasverkite argumentus už ir prieš GIF ar JPEG
  tipo failo formata
• atsiminkite, kad spalvos bus transformuotos i
  216 spalvu rinkini

57
Projektu temos
4. Iliustruoti internete Maksvelo trikampyje
valstybiu veliavu spalvas
5. Vasaros/rudens gamtos spalvu virsmo
iliustracija internete
6. Silpnu atspalviu išryškinimas spalvu paletes
pagalba
Pvz. Aura virš galvos gali švyteti ne vien
šventiesiems Laikraštis Lietuvos rytas
Savaitgalis, 2000 m. rugsejo 1 d. g.m.d. Vytautas
Matuolis
58
Sepo Rihlama Color World