Processamento de Imagens
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Computação Gráfica Prof. MSc. André Yoshimi Kusumoto [email protected] Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Cores • A cor exerce uma ação tríplice • Impressionar • Expressar • Construir • O uso da cor na computação gráfica apresenta vários aspectos interessantes: • • • • melhora a legibilidade da informação possibilita gerar imagens realistas permite focar a atenção do observador permite passar emoções • Enfim, torna o processo de comunicação mais eficiente 2 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Cores A Noite Estrelada - Vincent van Gogh A New Day 2001 – Romero Britto Abaporu – Tarsila do Amaral 3 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Cores • Conjunto de técnicas que permite definir e comparar cores é chamado de colorimetria • Estuda e quantifica como o sistema visual humano percebe a cor • Aparelhos que permitem a determinação das componentes ou coordenadas tricromáticas de estímulo de cor, são chamados colorímetros. • Baseia-se na premissa de que qualquer cor pode ser definida por três parâmetros: • Intensidade – mede a luminância (intensidade luminosa). Brilho da cor. • Tonalidade cromática – caracteriza o comprimento de onda dominante de sua cor, sendo também chamado de matiz. Percepção à cor. • Saturação – mede a pureza da cor. Quantidade da cor. Mais cor, menos cinza (maior valor de saturação). Menor cor, mais cinza (menor valor de saturação). 4 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana • Sistema complexo • O olho é o órgão sensorial • captura a energia luminosa e a converte em sinais elétricos que são transmitidos para o cérebro para processamento e formação das imagens • também realiza as funções ópticas (i.e. focalização e controle da intensidade luminosa) que resultam no ato de ver ou enxergar dos seres humanos 5 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana Corte com os principais elementos do olho humano (CONCI, AZEVEDO e LETA, 2008) 6 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana O olho é quase uma esfera composta pela : • retina, que é o tecido nervoso que recebe os raios luminosos e os converte em sinais elétricos para o processamento visual • coróide, que é responsável pela sua nutrição do olho e pela córnea • córnea, que é formada por um tecido transparente que permite a passagem dos raios luminosos para a retina na formação da imagem. 7 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana O olho é quase uma esfera composta pela : • Íris - uma membrana que regula a quantidade de luz que passa pelo seu orifício central, que é a pupila. • A íris aumenta (i.e. dilatação) ou diminui (i.e. constrição) a área da pupila para controlar a intensidade de luz. Esse mecanismo de defesa foi sendo aperfeiçoado com a evolução do homem. • Logo atrás da íris se encontra o cristalino, que atua como uma lente para focalização da imagem. • Foco - processo chamado de acomodação 8 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana Variações de foco no globo ocular (CONCI, AZEVEDO e LETA, 2008) • Hipermetropia – dificuldade em enxergar perto • Miopia – dificuldade em enxergar longe 9 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana • A forma mais comum de deficiência da visão colorida é chamada de daltonismo (John Dalton - químico). • Atinge cerca de 8% dos homens e 0,5% das mulheres • Tricromata – exergam todas as cores (azul, vermelho e verde), mas utilizam proporções diferentes de tonalidades – mais leve e mais comum. • Dicromata – possuem dificuldade em identificar as cores vermelha, verde ou azul. Mais comum, não distinguir o vermelho do verde. Alguns, confundem o azul e o amarelo. • Monocromata – enxergam tudo em preto e branco (escala de cinza). How many types of fruit is this man selling? But people with red/green color blindness usually have trouble seeing all the different fruits. They see something that can be simulated like this: http://www.vischeck.com/daltonize/ 10 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana Ishihara Test 11 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana Ishihara Test O daltônico não enxerga o número 2 12 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana Ishihara Test 13 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana Ishihara Test O daltônico não enxerga o número 3 14 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana Ishihara Test 15 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana Ishihara Test O daltônico não enxerga o número 74, pode enxergar o número 21 16 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana Adaptação 17 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana Retina • Localiza-se na porção posterior do globo ocular • Através dos cones e bastonetes, a imagem é convertida em sinais nervosos que serão transmitidos para o cérebro pelo nervo óptico • A imagem formada na retina é invertida e isso é uma característica congênita Representação gráfica do olho focalizando uma árvore (GONZALEZ e WOODS, 2010) 18 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana • É possível calcular o tamanho da imagem projetada na retina (x), caso sejam conhecidas o tamanho (h) e a distância (d) do objeto focado e ainda a distância do centro do cristalino até a retina do globo ocular (D) ℎ 𝑥 = 𝑑 𝐷 15 𝑥 = → 𝑥 = 2,55 𝑚𝑚 100 17 19 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana Uma câmera fotográfica possui funcionalidades similares às do olho humano, no qual: • a retina é o filme que registra a imagem; • o cristalino é o conjunto de lentes (i.e. objetiva da câmera); • a sua acomodação ou modificação, pode ser considerado o foco; e • a íris é o diafragma que controla a quantidade de luz que entra no sistema óptico 20 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Visão Humana • No olho humano, a distância (D) entre a lente (i.e. cristalino) e o plano da imagem (i.e. retina) é fixa. • Sendo assim, a focalização de uma imagem na retina é obtida variando a forma do cristalino (i.e. dilatação e constrição). • Por outro lado, nas câmeras fotográficas, a focalização de uma imagem é obtida variando-se a distância entre a lente que é fixa e a imagem. 21 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Descrição da Luz • O que vemos como cores em uma luz, são na verdade, diferenças de comprimento de onda. O ser humano é capaz de visualizar só um subconjunto do espectro de luz solar: • desde 380 nanômetros (violeta) a 780 nanômetros (vermelho). • O olho humano está adaptado para captar os diferentes comprimentos de onda e interpretá-los de maneira tal que possamos distinguir cores e tons. • O olho humano pode distinguir aproximadamente entre 7 e 10 milhões de cores. Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Sistema de Cores Primárias • As cores primárias são as cores que podem ser usadas para produzir outras cores • As cores podem ser produzidas a partir de uma combinação das primárias, ou então, da composição de suas combinações. • Grande parte das cores pode ser produzida a partir de três primárias escolhidas das extremidades ao centro do espectro de luzes visíveis, como por exemplo, vermelha, verde e azul (RGB) • A razão pelo qual se usam três primárias é pelo fato do olho humano possui três tipos de sensores coloridos diferentes. • São chamados de fotopigmentos azul, vermelho e verde (tricromata). 23 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Sistema de Cores Primárias • Um sistema de cores é um modelo que explica as propriedades ou o comportamento das cores num contexto particular. • Não existe um sistema que explique todos os aspectos relacionados à cor. Por isso, são utilizados sistemas diferentes. • RGB, HSV (hue, saturation e value — matiz, saturação e brilho) e HLS (hue, lightness e saturation — matiz, luminosidade e saturação) • O universo de cores pode ser reproduzido por um sistema chamado espaço de cores (color space ou color gamut) 24 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Sistema de Cores Aditivas • É o sistema usado nos monitores de vídeo e televisão • A cor é gerada pela mistura de vários comprimentos de onda luminosa provocando uma sensação de cor quando atinge e sensibiliza o olho. • As cores primárias aditivas do sistema RGB são: vermelho, verde e azul • Preto – gerado pela ausência de qualquer cor. • Branco – mistura de todas elas (adição de todas elas – Sistema de Cores Aditiva). Quantidade máxima de vermelho, verde e azul. 25 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Sistema de Cores Aditivas • As cores primárias aditivas do sistema RGB são: vermelho, verde e azul • Preto – gerado pela ausência de qualquer cor. • Branco – mistura de todas elas. Quantidade máxima de vermelho, verde e azul. amarelo vermelho verde magenta ciano azul 26 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Sistema de Cores Aditivas • Em uma imagem colorida, a representação da cor C de cada pixel da imagem pode ser obtida matematicamente por: 𝐶 = r. R + g. G + b. B Onde R, G e B são as três cores primárias e r, g e b são os coeficientes de mistura correspondentes a cada uma das intensidades associadas a cada um dos canais RGB. • Esses coeficientes podem ser números reais ou inteiros. • Reais – mais utilizada para transformação entre espaços de cor, ou consultas em tabelas • Inteiros – utilizada nas aquisições de imagens digitais e em sua armazenagem na forma de arquivos de imagens 27 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Sistemas de Cores Subtrativas • É o processo usado nas impressoras e pinturas • Uma pintura é diferente de um monitor que, por ser uma fonte de luz, pode criar cores. • As cores primárias do sistema CMY para objetos sem luz própria são: ciano, magenta e amarelo. • São cores primárias subtrativas, ou cores secundárias (sistema de cores aditivas) • Quando a luz branca atinge um objeto, ela é parcialmente absorvida. A parte que não é absorvida é refletida e, eventualmente, atinge o olho humano, determinando a cor do objeto. • O processo subtrativo altera a cor através de uma diminuição (da luz incidente) dos comprimentos que são absorvidos. 28 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Sistemas de Cores Subtrativas • As cores primárias do sistema CMY para objetos sem luz própria são: ciano, magenta e amarelo. vermelho magenta amarelo azul verde ciano 29 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Sistemas de Cores Subtrativas • O sistema subtrativo leva esse nome tendo em vista que a mistura de suas cores primárias tendem ao preto, ou seja, ausência de luz. • No processo subtrativo, o branco corresponde à ausência de qualquer cor e o preto é a presença de todas. • Neste processo uma cor é vista como: • Ciano – soma das cores aditivas verde e azul. • Magenta – soma das cores aditivas vermelho e azul. • Amarelo – soma das cores aditivas verde e vermelho. vermelho amarelo magenta verde azul ciano 30 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Sistemas de Cores Subtrativas • É possível ainda obter cores secundárias pela combinação das primárias duas a duas em proporções iguais. vermelho magenta amarelo azul verde ciano • As cores terciárias podem ser obtidas pela combinação de duas primárias em proporções diferentes. 31 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Modelos de Cor • RGB - Red, Green e Blue • CMYK - Cyan, Magenta, Yellow e Black Key • HSV - Hue (matiz/tonalidade), saturation (saturação) e value (valor/brilho) • HSL - Hue (matiz/tonalidade), saturation (saturação) e lightness (luminância ou intensidade) 32 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Modelo RGB • Possui como primárias as cores aditivas vermelha (Red), verde (Green) e azul (Blue). • Baseia-se na sensibilidade do olho e usa um sistema de coordenadas cartesianas R, G e B, cujo subespaço de interesse é um cubo unitário. 33 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Modelo RGB • A diagonal principal do cubo que vai do preto ao branco, possui quantidade iguais de cores primárias e representa a escala de cinza • Cada ponto dentro dos limites do cubo, pode ser representado por (R,G,B), onde os valores de R, G e B variam entre zero e um valor máximo (255). • A resposta do olho aos estímulos espectrais não é linear, por isso, algumas cores não podem ser reproduzidas pela sobreposição das três primárias. 34 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Modelo CMYK • Modelo complementar ao RGB • Destinado a produtos e dispositivos não emissores de luz tais como impressoras • Emprega as cores complementares Ciano (C), Magenta (M), Amarelo (Y) e Preto (K - Black Key). • Atuam na luz incidente subtraindo desta as componentes RGB (Sistema Subtrativo) • Conhecido como modelo subtrativo onde, além das subtrações efetuadas pelo ciano, magenta e amarelo, tem-se o preto que subtrai todos as componentes. • RGB e CMYK não produzem os mesmos resultados visuais. Não existe transposição exata e precisa de cores entre esses modelos. • RGB/CMYK é o modelo de cores mais popular para processamento digital de imagens 35 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Uso de Cores nas Imagens Permite • • • • • • Mostrar as coisas conforme são vistas na natureza Representar associações simbólicas Chamar e direcionar a atenção Enfatizar alguns aspectos sociais Determinar um estado de espírito Tornar uma imagem mais fácil de ser memorizada Cautela no uso • Pode interferir na legibilidade da imagem • Seleção de cores deve ser realizado de modo a evitar a fadiga nos olhos do usuário, nem deixa-lo confuso • Cultura - branco no Ocidente representa pureza e alegria. No Oriente, é a cor da morte e da dor. 36 Prof. André Y. Kusumoto – [email protected] Referências • AZEVEDO, E. CONCI, A. Computação Gráfica: Teoria e Prática. Rio de Janeiro, Editora Campus, 2003. v. 1. • CONCI, A.; AZEVEDO, E.; LETA, F. R. Computação Gráfica: Teoria e Prática. Rio de Janeiro, Editora Campus, 2008. v. 2. • GONZALEZ, R. C.; WOODS, R. E. Processamento digital de imagens. 3. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010. • Material Prof. Sheila Cáceres - UNIP 37
