Processamento de Imagens

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
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Cores
A Noite Estrelada - Vincent van Gogh
A New Day 2001 – Romero Britto
Abaporu – Tarsila do Amaral
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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).
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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
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Visão Humana
Corte com os principais elementos do olho humano (CONCI, AZEVEDO e LETA, 2008)
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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.
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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
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Visão Humana
Variações de foco no globo ocular (CONCI, AZEVEDO e LETA, 2008)
• Hipermetropia – dificuldade em enxergar perto
• Miopia – dificuldade em enxergar longe
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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/
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Visão Humana
Ishihara Test
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Visão Humana
Ishihara Test
O daltônico não enxerga o número 2
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Ishihara Test
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Ishihara Test
O daltônico não enxerga o número 3
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Ishihara Test
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Ishihara Test
O daltônico não enxerga o número 74, pode
enxergar o número 21
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Visão Humana
Adaptação
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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)
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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
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𝑥
=
→ 𝑥 = 2,55 𝑚𝑚
100 17
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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
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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.
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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.
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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).
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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)
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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)
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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