Sistema Visual Humano e Cor

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Sistema Visual Humano e Cor

• Eng 639 - Processamento de Imagens Digitais

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Confucio tinha razão !

• Learning consists of a sucession of confusion at
  higher and higher levels

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Sistema Visual Humano

• Livro páginas 15-21

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Classes de receptores existentes na retina

• CONES
• 6 a 7 milhões
• concentrados na fóvea (depressão na parte central
  da retina)
• sensíveis a cores (3 tipos de cones)
• visão fotópica ou de luz clara

• BASTONETES
• 75 a 150 milhões
• não estão envolvidos na visão colorida
• melhor resposta a luz
• visão escotópica ou de luz escura

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Cones e Bastonetes
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Formação da imagem no olho
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O que é LUZ ?
Radiação magnética entre 380 nm a 780 nm que
sensibiliza o sistema visual permitindo a visão
de objetos.
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Luz e onda
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Distribuição Espectral de Potência (Spectrum)
IntensidadeRelativa
Comprimento de Onda
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O que é Cor ?

• Sensação humana de diferentes espectros de luz
• Característica perceptual da espécie humana
• A grande lição da mais perfeita obra de
  engenharia
• Podemos representar cor usando um número pequeno
  e finito de sensores

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Descritores da LUZ

• Brilho
• Matiz
• Saturação

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Descritores da LUZ

• Brilho
• Matiz
• Saturação

• Cor !
• Comprimento de onda dominante no spectrum

Qual é a matiz ?
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Descritores da LUZ

• Brilho
• Matiz
• Saturação

• Descreve a brancura de uma luz
• Quanto menos saturado, mais branco
• Quanto mais saturado, mais o spectrum é
  concentrado

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Descritores da LUZ

• Brilho
• Matiz
• Saturação

Qual é a matiz e a saturação?
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Descritores da LUZ

• Brilho
• Matiz
• Saturação

• Segundo definição da CIE (Commission
  International de LEclairage)
• brilho é um atributo de PERCEPÇÃO do sistema
  visual que faz com que uma área PARECE emitir
  mais ou menos

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Descritores da LUZ

• Brilho
• Matiz
• Saturação

Qual é a matiz, a saturação e o brilho ?
?
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Brilho x Intensidade x Luminância

• INTENSIDADE
• é a mensuração da potência irradiada da (ou
  incidente na) superfície de um determinado
  intervalo do espectro magnético (Ex. Watts/m2)

• LUMINÂNCIA
• Segundo a CIE, é a potência radiante PONDERADA
  por uma função espectral de sensibilidade que é
  característica do sistema de visão
• candelas/m2
• na prática normalizada para 1 com respeito a um
  branco

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Brilho x Intensidade x Luminância

• INTENSIDADE

• LUMINÂNCIA

Qual é a matiz, a saturação e a intensidade ?
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Brilho x Intensidade x Luminância

• Luminância é proporcional a potência da luz
  refletida pelo objeto. Nesse sentido luminância é
  PARECIDO com a intensidade. Porém a composição
  espectral da luminância está relacionada com a
  sensibilidade do brilho do sistema visual humano.

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Características das fontes Luminosas
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Luminância de um corpo C

• Y(C)-luminância de C
• C(?)-spectrum de C
• V(?)-função de eficiência luminosa do sistema
  visual

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Adaptação do Brilho - intensidade x brilho
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Adaptação do Brilho - intensidade x brilho
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Adaptação do Brilho - intensidade x brilho

• Conclusão
• O brilho depende do ambiente

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Visão Colorida

• Livro páginas 156-168
• Fundamentos ... Pags 22-41
• O que é cor ?
• É o resultado da PERCEPÇÃO da luz gt sensação
  cerebral
• Spectrum existe no mundo físico, porém a cor
  existe somente no olho e no cérebro
• Brilho, matiz e saturação são atributos de
  percepção da cor

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Sistema HSI (MSI) de representação de cor
Matiz Saturação CROMATICIDADE
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Teoria das 3-cores - Sensor

• 3 tipos de cones (sensores)
• cada um com diferente resposta espectral
  produzindo uma cor ?i(?), i1,2,3

• Si(?) - absorção espectral (resposta espectral)

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Teoria das 3-cores
Dois objetos com diferentes spectrum C(?) e
C(?), porém igualmente sensibilizados, ? i(?)
iguais gt são percebidos como da mesma cor pelo
sistema visual
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Reprodução da cor - Emissor

• Apesar da cor ser uma percepção do sistema de
  visão, é de crucial importância para sistemas de
  processamento de imagens coloridas a
  quantificação (representação) das cores
• De acordo com a teoria das 3-cores, não é
  necessário a reprodução exata da cor original
  C(?), basta reproduzir C(?) que gere a mesma
  sensação cromática (iguais ? i)

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Reprodução da cor

• A reprodução da cor é conseguido através das
  cores primárias
• Segundo a teoria das 3-cores, são necessárias,
  pelo menos, três fontes Pk(?), k1,2 e 3, para
  reprodução arbitrária das cores

• Exemplo CIE tem recomendado 3 cores
  monocromáticas como primárias
• Vermelho ?1700,0 nm
• Verde ?2546,1 nm
• Azul ?3435,8 nm
• Ou seja,
• P1(?)?(?- ?1)
• P2(?)?(?- ?2)
• P3(?)?(?- ?3)

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Reprodução da cor

• Para reproduzir a cor C(?), pode-se combinar as
  primárias Pk, cada uma em uma proporção ?k,
  gerando C(?) com a mesma sensação cromática de
  C(?).

Problema ? Achar os ?k
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Produção salivar e bastonete de caulim !

• Acompanhar na folha sobre COR !

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Experiência CIE - RGB
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Resultado médio do experimento de semelhança de
cor e as curvas que representam a quantidade de
luz de três primárias da sensação causada pela
luz na faixa do visível (funções de semelhança da
cor r,g,b)
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Problema

• Se um ou mais coeficiente ?k lt 0
• Se ?k.Pk(?) representa uma energia e não pode ser
  negativo, tem-se neste caso uma mistura de cores
  fisicamente irrealizável
• Para representar C(?), outro conjunto de cores
  primárias deveria ser utilizado

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Conclusão

• Não existem 3 cores primárias que possam gerar
  todas as cores
• Qualquer cor pode ser reproduzida usando cores
  primárias apropriadas
• Sistemas de reprodução de imagens coloridas usam
  3 cores primárias fixas e um branco de
  referência, o que limita o número de cores
  reproduzíveis

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Diagrama de CromaticidadeCIE RGB
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De forma a não utilizar valores negativos, o CIE,
em 1931, definiu padrões primários X, Y e Z, para
substituir as cores RGB, para representar o
espectro de cor, como por exemplo apresentado
para a cor C(l)x(l)Xy(l)Yz(l)Z. Estes padrões
não correspondem a estímulos reais de cor, ou
seja, não são cores visíveis. Estes resultados
são obtidos por transformação linear do sistema
RGB CIE. Um outro detalhe importante, é que o
padrão Y foi escolhido, de forma a ser semelhante
à curva de sensibilidade do olho humano
(luminância)
CIE - XYZ
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Diagrama de CromaticidadeCIE XYZ
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Sistemas de Coordenadas de Cor

• RcGcBc - CIE Cores Primárias Espectrais
• RNGNBN - NTSC Cores Primárias
• RSGSBS - SMPTE Cores Primárias
• YIQ - NTSC Cores para transmissão
• XYZ - CIE
• Lab
• HSI