Sisteme de culoare * ComplementeFiziologia vederii umane

Ochiul uman

Retina

rods cones

light

bipolar

ganglion

horizontal

amacrine

Fotoreceptorii retinei

Distributia si tipurile de conuri

• Mai putin sensibile decat bastonasele

• 5 milioane x 2; densitate mare in zona fovea

• L-conuri - rosu (610 nm)• M-cones - verde (560 nm)• S-cones - albastru (430 nm)

• Culoarea percepută este rezultatul interacţiunii dintre lumină, obiect şi observator.

• Fiecare dintre cele trei componente influenţează culoarea. • Din punct de vedere fizic spectrul vizual este compus din unde între UV

(ultra violet) şi IR (infraroşu) adică undeva între 400 şi 700 nm.

Percepţia umană a culorilor * unda luminoasa

600 nm

Lungimea de unda in metri (m)

Gamma X rays Infrared Radar FM TV AMUltra-violet

10-12

10-8

10-4

104

1 108

electricityACShort-

wave

400 nm 500 nm 700 nmLungimea de unda in nanometri (nm)

Visible light

Percepţia umană a culorilor * unda luminoasa

Ochiul uman percepe culoarea sub forma unui amestec de trei componente:R-ROŞU (RED)G-VERDE (GREEN)B-ALBASTRU (BLUE)

• Reproducerea culorii prin amestecul proporţional al celor 3 culori de bază este specific modelulelor de culoare aditive.

• Acest principiu este folosit la redarea culorii de către toate dispozitivele ce emit lumină: televizoare, monitoare, etc Practic, examinaţi cu ajutorul lupei ecranul monitorului/televizorului!Fiecare punct de pe ecran (pixel) este format din 3 subpuncte mici de culori diferite (roşu, verde şi albastru).

Percepţia umană a culorilor * modelul RGB

CIE (1931): red=700 nm, green=546.1 nm, and blue=435.8CIE = The Commission International d’Eclairage

Modelul de culoare CMYK

• Modelul substractiv CMYK(cyan, magenta,yelow, black) este folositla reprezentarea culorilor ce urmează a fi imprimate pe hârtie.

• Litera „B“ este folosită pentru a desemna albastrul „Blue“, deci “B” nu esteun bun candidat pentru a prescurta “Black”. Dar litera „K“ untilizata pentru a desemna “Black” din CMYK nu vine de la ultimul caracter din „Black“.“K“ este iniţiala din „Key Black“, ceea ce denotă faptul că în procesul de tipărire negrul este o placă specială (denumită în jargon tipografic „key plate“), responsabilă cu obţinerea contrastului şi a detaliului.

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛−⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛=

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

B

G

R

Y

M

C

1

1

1

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛−⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛=

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

Y

M

C

B

G

R

1

1

1

RGB vs. CMYK

O diferenţă între modelele de culoare RGB si CMYK este dată de numărulde nuanţe posibile ale fiecărei culori primare = de numărul de combinaţiiposibile (culori diferite care pot fi exprimate).

În RGB fiecare dintre culorile primare are 256 de nuanţe (fiind exprimatăprintr-un număr de la 0 la 255), de la saturaţia minimă (0) la cea maximă(255). Se obtin 256 x 256 x 256 = 16.777.216 nuanţe posibile.

În modelul CMYK nuanţele de culoare se exprima în procente, având, deci, 100 de trepte: de la intensitatea minimă (0%) la cea maximă (100%).

In standardul CMY (cyan + magenta + galben, fără negru) sunt posibilemult mai puţine combinaţii decât în RGB: 100 x 100 x 100 = 1.000.000 de nuanţe.

Adăugând şi negrul K, obţinem 100 x 100 x 100 x 100 = 100.000.000 nuanţe, mult mai multe decât în cazul modelului RGB.

Sistemul de culoare CMYK * Imprimarea color

Utilizarea culorii negre K are ca efect micşorarea consumului din culorile C, M, Y, şi îmbunătăţirea calităţii imaginii. Imaginea color din figură a fost descompusă în CMY (stânga), apoi în CMYK (dreapta) pentru a pune în evidenţă economia de consumabil.

Pentru mărirea calităţii imprimării foto la imprimantele inkjet se foloseşte sistemul CcMmYK cu 6 culori, cele în plus fiind Cyan deschis şi Magenta deschis. Ochiul este mai puţin sensibil la galben, aşa că lipseşte Y deschis. Avantajul este la nuanţe deschise de culoare, acolo unde punctele cu cerneală CMY pot face nota discrepanta.

O imprimanta laser color

Sistemul de culoare Munsell

Hue = Nuanta: R, YR, Y, GY, G, BG, B, PB, P, RP(fiecare subdivizat la 10)

Valoare = Value: 0 ... 10 (negru ... alb)Croma = Chroma: 0 ... 20 (neutru ... saturat)

Culoarea are următoarele atribute importante: nuanţă, saturaţie şi strălucire. Toate trei trebuie să fie controlate pentru a reproduce culoarea, ţinând cont de definirea lor. Astfel:

H * Nuanţa (HUE) descrie "culoarea" culorii; ex: roşie, verde, albastră, cyan, magenta, galbenă, etc. Nuanţa rezultă din lungimea de undă dominantă a luminii.

S * Saturaţia (SATURATION) descrie intensitatea culorii şi depărtarea faţă de gri, putând sa varieze de la tare la slab. Un exemplu pentru schimbarea saturaţiei este adăugarea de pigment în vopsea. Cu cât se adaugă mai mult pigment cu atât creşte saturaţia, neschimbându-se nuanţa.

L * Strălucirea (BRIGHTNESS / LIGHTNESS) descrie iluminarea culorii - putând fi mai închisă sau mai deschisă. De exemplu, un roşu foarte saturat poate fi închis (vinul rosu) sau mai strălucitor (macul).

Sistemul de culoare HSL

Nuanta – saturatia - luma

Scheme de culori * culori analoge

Culori analoge = adiacente; contrastul este minimal

Pictor: Vincent van GoghNume: The Iris; 1889

Scheme de culori * culori calde

Culori calde: jumatatea “rosie” a discului de culoare; “culorile focului”

Pictor: Jan VermeerNume: Fata adormita; 1657

Scheme de culori * culori reci

Culori reci: jumatatea “cyan”a discului de culoare

Pictor: Pablo PicassoNume: Femme Allongée 1939

Scheme de culori * culori acromatice sinuante de gri cromatice

Acromatice = monocrome(nivele ge gri)

Gri cromatic = “neutral relief”. Culori sterse, contrast scazut.

( ) ( )[ ]( ) ( )( )

HHtunciGBDaca

BGBRGR

BRGRH

−=>−−+−

−+−=

π2:a

21

arccos2/12

I

BGRS

),,min(31−=

Sistemul de culoare HSV / HSI

I/ V * intensitatea I (intensity=brightness), resp. valoarea (value)Intensitatea: I = R + G + B

H – S * Cromatica – nu contine informatii despre intensitate si stralucire,este formata din nuanta H (hue) ~ valoarea medie a lungimii de unda a culorii) si saturatie S (saturation)

HSI

Geometrie * RGB (cub) vs. HSV (“hexa-con”)

proiectia cubului RGB ortogonala pe diagonala (0,0,0)-(1,1,1) hexagon 2D -> unind cu (0,0,1), se obtine un “hexacon” , in care

H – unghi cu: R => 0; G => 2π/3; B => 4π/3S – a treia coordonata (lipsa albului din culoare)I/V – axa verticala (diagonala cubului)

a) Hexagonul culorii b) hexa-conul culorii

RGB => RGB => HSV

HSV => RGB

RGB => HSI

HSI => RGB

RGB => HSVRGB => HSV

ConversiaConversia RGB / RGB / monocrommonocromLuminanta: Y=0.587G+0.299R+0.114B

ConversiiConversii intreintre sistemesisteme culoareculoare

Tipuri de transformari:liniare: OPP, YUV, YIQ, YCbCr, XYZ, Ohta I1I2I3 ; Y=luminanta

neliniare: CIE L*a*b*, CIE L*u*v*, HSV, HSL, HSI, Munsell

Transformari liniare si afine RGB => Sistem alternativ

;

121

211

111)(

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−−−=OPPT

.

..

...

...)XYZ(

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

9900100

011081201770

20310490

T.

4/12/14/1

2/102/1

3/13/13/1)( 321

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−−−=− IIIOhtaT

CRT:

C = 255 -Y - 1.4021(Cr-128)M = 255 - Y + 0.3441(Cb-128) + 0.7142(Cr-128)Y = 255 - Y - 1.7718(Cb -128)K = min (C, M, Y)

NTSCNTSC, PAL, SECAM

Video encoding

Printer

The Commission Intl. d’Eclairage

Opponent axis c.s. [2048]

K-L approximation, 1980

Y = 0.257*R + 0.504*G + 0.098*B + 16

Cr = 0.439*R - 0.368*G - 0.071*B + 128

Cb = - 0.148*R - 0.291*G + 0.439*B + 128

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114BU = 0.492(B – Y)V = 0.877(R – Y)

RGB => CIE XYZ

RGB => CIE Lab

X, Y, Z – coordonatele culorii in spatiul CIE XYZ;X0,Y0, Z0 – culoarea iluminantului (sursei primare de radiatie)

x

650610

590

550

570

600

580

560

540

505

500

510

520 530

490

495

485

480

470450

1.00.50.0

0.5

0.9

green

yellow-green

yellow

orange

red

magenta

purpleblue

cyan whitepink

YX+Y+Z

Y= y

XX+Y+Z

X= x

x+y+z = 1

ZX+Y+Z

Z= z

Imprimarea caracterelor

Metode de imprimare a caracterelor:

1. Modul grafic: litera A se poate imprima de exemplu printr-o matrice de 8 linii şi 7 coloane. În acest mod trebuie transferată o informaţie de 7 octeţi.

2. Modul text (caracter): se trimite doar codul ASCII al caracterului, deci doar un octet, ceea ce înseamnă un trafic de informaţie de 7 ori mai mic. În acest mod nu se pot imprima decât caractere. Mod folosit la imprimantele vechi, cuplate la sisteme cu mod de operare DOS.

Acest mod nu mai este implementat pe imprimantele noi, fiind utilizat doar acolo unde este nevoie doar de imprimare text la viteză mare- contabiltate, imprimare bilete de tren (la care grafica este realizată pe hârtie), informaţii, etc.

Imprimarea în mod caracter are la bază o memorie EEPROM adresată de codul ASCII al caracterului şi de numărătorul de coloane. Fiecare bit de date de ieşire acţionează scrierea unui punct pe coloană.

7 coloane

8 linii

EEPROMAdrese

Coloană(LSB)

Cod ASCII caracter

Date

Aplicatii * Restaurarea unei imagini

Aplicatii * imbunatatirea culorilor unei imagini

Aplicatii * reducerea zgomotului intr-o imagine

Aplicatii * halftoning

Aplicatii * detectarea feţelor

Aplicatii * recunoasterea amprentelor digitale