Wstęp do Multimediów Wzrok i właściwości widzenia. Modele barw. Wykład 2 Wzrok i właściwości widzenia. Modele barw. Barwa w grafice komputerowej

A. Wieczorkowska Podstawowe pojęcia Bodziec wzrokowy/słuchowy – mierzalna cecha fizyczna: luminancja, długość fali, ciśnienie (dźwięk) etc. Wrażenie – natychmiastowy efekt pobudzenia fizycznego Percepcja – efekt zjawiska zmysłowego; na efekt ten wpływają procesy wyższego rzędu, takie, jak pamięć, uwaga, doświadczenie

Barwa Barwa jest psychofizyczną cechą percepcji wzrokowej A. Wieczorkowska Barwa Barwa jest psychofizyczną cechą percepcji wzrokowej jest wrażeniem wytwarzanym w mózgu jako reakcja na światło dopływające do siatkówki oka Wrażenie barwy jest zależne od rodzaju światła emitowanego przez źródła światła lub odbijanego przez obiekty

A. Wieczorkowska Barwa Wrażenie subiektywne – ocena obserwatora, który odbiera (i przetwarza) bodziec Metameryzm – różne widma mogą być postrzegane jako ta sama barwa światło odbierane przez siatkówkę oka może składać się z fal o różnych długościach, jednak barwy o różnym składzie widmowym mogą dawać takie samo wrażenie w pewnym warunkach oświetleniowych zależność od rodzaju światła barwy te nazywamy metamerami Barwa jest opisywana w przestrzeni trójwymiarowej Odcień barwy (kolor), nasycenie, jasność

Atrybuty barwy Barwa postrzegana w terminach obserwatora: Kolor – A. Wieczorkowska Atrybuty barwy Barwa postrzegana w terminach obserwatora: Kolor – kolor widziany przez człowieka (żółty itp.) Jasność/intensywność/luminancja Nasycenie/chrominancja

Jasność/intensywność/luminancja A. Wieczorkowska Jasność/intensywność/luminancja ilość światła emitowanego lub odbijanego – „ile czerni jest wmieszane w kolor” Luminancja – achromatyczny składnik barwy (ilość światła emitowanego lub odbitego) Intensywność dotyczy barw achromatycznych. Jest wielkością fizyczną (cd/m2), ale czasem używana jest zamiennie z terminami perceptualnymi, psychofizycznymi Jasność: lightness, brightness

A. Wieczorkowska Jasność lightness odnosi się do obiektów i jest związana z ilością odbijanego światła. Opisy słowne: bardzo jasny, jasny, średni, ciemny, bardzo ciemny brightness odnosi się do źródeł światła i jest związana z ilością światła emitowanego. Opisy: bardzo przyćmiony, przyćmiony, średni, jasny, bardzo jasny

Nasycenie/chrominancja A. Wieczorkowska Nasycenie/chrominancja Określa czystość (w terminach zmieszania z bielą) lub żywość barwy. Jest to stopień zróżnicowania w stosunku do szarości dla różnych barw o tej samej jasności

Nasycenie/chrominancja A. Wieczorkowska Nasycenie/chrominancja Nasycenie dotyczy jasności barwy - zwiększenie jasności jest postrzegane jako zmniejszenie nasycenia i na odwrót Chrominancja – porównanie z bielą; nie zmienia się przy zmianie jasności. Opisy słowne: szarawa, średnia, mocna, żywa

Atrybuty barwy Barwa specyfikowany w terminach światła A. Wieczorkowska Atrybuty barwy Barwa specyfikowany w terminach światła Dominująca długość fali Luminancja Czystość

Barwa w terminach światła A. Wieczorkowska Barwa w terminach światła Dominująca długość fali – określa, jaki „kolor” widzimy. Odpowiada subiektywnemu wrażeniu koloru Luminancja – określa ilość światła/światła odbitego. Dla światła achromatycznego jest to intensywność światła, dla chromatycznego odpowiada subiektywnemu pojęciu jasności

Barwa w terminach światła A. Wieczorkowska Barwa w terminach światła Czystość – określa rozkład widmowy, jaki powoduje powstanie światła o danej barwie. Jest to proporcja dominującej długości fali i światła białego, niezbędnego do zdefiniowania tej barwy. Czystość odpowiada perceptualnemu pojęciu nasycenia

Cechy fizyczne a cechy perceptualne barwy A. Wieczorkowska Cechy fizyczne a cechy perceptualne barwy Odpowiedniość między fizycznymi (opartymi na świetle) i perceptualnymi (postrzeganymi przez obserwatora) terminami opisu barwy Fizyczne Perceptualne (psychofizyczne) Luminancja Jasność: źródła światła – światło emitowane; obiekty – światło odbite Dominująca długość fali Kolor (koło barw; czerwony/fioletowy, itp.) Czystość Nasycenie (żywy/pastelowy)

Cechy fizyczne a cechy perceptualne barwy A. Wieczorkowska Cechy fizyczne a cechy perceptualne barwy Uwaga: Oko ludzkie jest bardziej czułe na zmiany luminancji niż na zmiany chrominancji, co wykorzystano w standardzie JPEG

Wzrok i widzenie człowieka A. Wieczorkowska Wzrok i widzenie człowieka

Wzrok i widzenie człowieka A. Wieczorkowska Wzrok i widzenie człowieka Źrenica kontroluje ilość światła dochodzącą do oka (analogicznie jak przesłona aparatu fotograficznego) Dwie soczewki powodują dostosowanie wzroku do odległości: rogówka (stała) i soczewka o zmiennej ogniskowej

Siatkówka Siatkówka zawiera 5 warstw komórek A. Wieczorkowska Siatkówka Siatkówka zawiera 5 warstw komórek Pierwsza warstwa zawiera 4 typy fotoreceptorów (komórek wrażliwych na światło) Pręciki – około 120 milionów – wrażliwe na światło achromatyczne (widzenie czarno-białe) Działają przy słabym świetle, nie dają wrażeń barwnych – widzenie skotopowe (pręcikowe) Czopki – około 8 milionów – odpowiadają za widzenie barw w świetle dziennym. Wyróżniamy 3 typy, działające jako filtry o różnych zakresach Widzenie fotopowe (czopkowe)

A. Wieczorkowska Czopki Dla krótkich fal (typ S), o maksymalnej czułości dla 440 nm, tj. fiolet, zwykle opisywany jako „niebieski” Czopki niebieskoczułe Dla średniej długości fal (typ M), o maksymalnej czułości dla 550 (545, 530-540) nm, tj. żółtawo-zielony, zwykle opisywany jako „zielony” Czopki zielonoczułe Dla długich fal (typ L), o maksymalnej czułości dla 570 (560-580) nm, tj. żółty, zwykle opisywany jako „czerwony” Czopki czerwonoczułe

A. Wieczorkowska Pręciki i czopki Pręciki są wysoce światłoczułe i głównie odpowiedzialne za wykrywanie kształtu i ruchu. Nie mogą one jednak rozróżniać kolorów czopki są mniej wrażliwe na światło, ale mają zdolność rozróżniania kolorów. Umożliwiają postrzeganie drobnych szczegółów A - czopki i pręciki podłączone do włókna nerwowego B - pojedyncze czopki podłączone do włókna nerwowego C - grupa pręcików podłączona do włókna nerwowego

A. Wieczorkowska Pręciki Około 100 pręcików jest połączonych z pojedynczym włóknem nerwowym W efekcie grupy pręcików są wysoce światłoczułe z powodu efektu sumowania się ich stymulacji ostrość jest niska, ponieważ mózg nie potrafi rozróżnić pojedynczych pręcików w grupie W warunkach widzenia wyłącznie pręcikowego otrzymuje się raczej zamazany obraz Pręciki nie rozróżniają kolorów, ale wrażliwość pigmentu pręcika różni się dla różnorodnych kolorów widmowych Maksymalna wrażliwość dla długości 507 nm (światło zielone) http://www.swiatlo.tak.pl/pts/pts-oko-proces-widzenia.php http://mars.iti.pk.edu.pl/~bartm/sm/w03.pdf

A. Wieczorkowska Czopki Czopki występują rzadko na powierzchni całej siatkówki, ale są gęsto upakowane w żółtej plamce każdy czopek w dołku środkowym jest połączony indywidualnie z mózgiem wysoka zdolność rozdzielcza wrażliwość na światło jest o wiele niższa dla czopków niż dla pręcików przy poziomach luminancji 3,5 cd/m2 i mniejszych, czopki stopniowo przestają działać Punkt maksymalnej czułości czopków - dla fali o długości 555 nm (kolor jasno żółty) Liczba barw postrzeganych – od 35 tys. do ok. 10 mln

A. Wieczorkowska Pręciki i czopki Przy bardzo niskim poziomie oświetlenia, gdy czopki przestają już funkcjonować, działanie przejmują pręciki Kolory niebieskie stają się wtedy jaśniejsze w porównaniu z barwami czerwonymi Zjawisko to zostało odkryte w 1825 roku przez czeskiego fizjologa o nazwisku Johann Evangelista Purkinje zjawisko Purkinjego ("przesunięcie Purkinjego" "objaw Purkinjego„)

A. Wieczorkowska Czopki 1nm=1/100000 mm (=10-9m) Zakres: 280-780 nm (380-400 – 700-780) -> 400-700 Czopki są skoncentrowane głównie w plamce żółtej w tzw. dołku środkowym plamki żółtej brak pręcików W plamce ślepej brak fotoreceptorów Ruchy oka - istotne dla widzenia człowieka, dla podtrzymania wrażenia wzrokowego 6 mięśni ukierunkowuje oko na przedmiot obserwacji

Czułość a rozdzielczość wzroku A. Wieczorkowska Czułość a rozdzielczość wzroku Czułość wzroku – zdolność ekstrakcji informacji przy niskich poziomach luminancji Rozdzielczość wzroku – zdolność rozróżniania małych detali przestrzennych

Czułość a rozdzielczość wzroku A. Wieczorkowska Czułość a rozdzielczość wzroku Połączenie 1:1 czopków w plamce żółtej poprzez nerw wzrokowy z komórkami zwojowymi daje dobrą rozdzielczość wzroku, ale przy dostatecznie dużych poziomach jasności Połączenie n:1 (many-to-one) pręcików na obrzeżach siatkówki poprzez nerw wzrokowy z komórkami zwojowymi daje najwyższą czułość

Czułość a rozdzielczość wzroku A. Wieczorkowska Czułość a rozdzielczość wzroku Stąd znacznie silniejsza czułość wzroku na zmiany „jasno-ciemno” w widzeniu peryferyjnym, kosztem zdolności rozróżniania detali Widzenie peryferyjne charakteryzuje się również większą czułością czasową, tj. na zmiany luminancji w czasie

Podstawowe mechanizmy widzenia A. Wieczorkowska Podstawowe mechanizmy widzenia Prawo Webera-Fechnera: percepcja w postępie arytmetycznym zależy od geometrycznego postępu faktów fizycznych Np. percepcja równomiernego przyrostu stopni szarości

Podstawowe mechanizmy widzenia A. Wieczorkowska Podstawowe mechanizmy widzenia Prawo Bezolda-Brückego: w zakresie widzenia fotopowego wraz ze zmianą jasności zachodzą zmiany barwy postrzeganej Przy znacznym zwiększeniu jasności barwy (rozjaśnienie monitora) kolory pasma czerwono-pomarańczowego ulegają przesunięciu w kierunku żółtych, a pasma niebiesko-fioletowego w kierunku błękitu Przy zmniejszeniu jasności poniżej granicy widzenia fotopowego następuje stopniowe znikanie kolorów żółtych i błękitnych

Podstawowe mechanizmy widzenia A. Wieczorkowska Podstawowe mechanizmy widzenia Prawo Talbota: Jeżeli punkt siatkówki zostaje pobudzony przez bodziec świetlny, którego wartość fotometryczna zmienia się okresowo z częstotliwością większą od zanikowej, to wywołuje on wrażenie takie same, jak bodziec o wartości stałej równej średniej wartości bodźca zmiennego w okresie światło migające postrzegane jest jako ciągłe o intensywności mniejszej o połowę Szybko następujące po sobie kolejne okresowe bodźce wywołują w oku wrażenie równomiernej jaskrawości, jeśli ich częstotliwość leży powyżej cz.zanikowej Oko ma zdolność uśredniania w czasie http://www.brilux.pl/wiedza.aspx?act=p_ssi&s_id=p_e&naglowek=797&wt=trojkat_mg6&litera=P http://sound.eti.pg.gda.pl/student/pp/widzenie.pdf http://lumen.iee.put.poznan.pl/studenci/niestacjonarne/W2-Zarowki.pdf

Podstawowe mechanizmy widzenia A. Wieczorkowska Podstawowe mechanizmy widzenia Widzenie wczesne: W dowolnym momencie, czułość oka jest ograniczona do 2 jednostek w skali logarytmicznej. Poziomy jasności poniżej dolnego poziomu są postrzegane jako najciemniejsze, a powyżej górnego poziomu – jako najjaśniejsze, co daje dynamiczną adaptację do zmian jasności

Podstawowe mechanizmy widzenia A. Wieczorkowska Podstawowe mechanizmy widzenia Postrzegana jasność nie jest liniową funkcją luminancji:

Podstawowe mechanizmy widzenia A. Wieczorkowska Podstawowe mechanizmy widzenia W skali logarytmicznej, liniowo postrzegane zmiany jasności wymagają geometrycznych zmian luminancji Postrzegana jasność: Skala wrażliwości układu wzrokowego człowieka ma 14 poziomów (w skali logarytmicznej)

Kontrast Percepcja kontrastu: C – kontrast l(O) – luminancja obiektu A. Wieczorkowska Kontrast Percepcja kontrastu: gdzie: C – kontrast l(O) – luminancja obiektu l(B) – luminancja tła

A. Wieczorkowska Kontrast Wrażliwość na kontrast zależy od przestrzennego rozkładu obszarów jasnych i ciemnych Minimalna modulacja konieczna do spostrzeżenia wzorca jest funkcją częstotliwości przestrzennej

A. Wieczorkowska Kontrast CSF – contrast sensitivity function

A. Wieczorkowska Kontrast W kodowaniu obrazów, można osiągnąć większą wydajność poświęcając więcej uwagi danym z tych zakresów częstotliwości przestrzennej, na które oko jest najbardziej czułe Można ukryć szum kwantyzacji (kropkowane wzory) stosując zakresy częstotliwości przestrzennej, na które oko jest najmniej czułe

A. Wieczorkowska Kontrast Uwaga: Kształt funkcji CSF jest obwiednią zbioru wahań wąskopasmowych, a dodatkowo kształt tej funkcji zależy od luminancji, koloru i modulacji czasowych

Migotanie Np. wczesne filmy, monitory, telewizory A. Wieczorkowska Migotanie Np. wczesne filmy, monitory, telewizory Percepcja migotania zależy od luminancji, a nie od koloru Czynniki: luminancja, częstotliwość odświeżania, przeplatanie, trwałość fosforu, wielkość monitora/tv, a także: warunki oglądania (widzenie z udziałem plamki żółtej/widzenie peryferyjne), wiek obserwatora, leki (środki uspokajające), kofeina

Migotanie Przeplot w tv A. Wieczorkowska Migotanie Przeplot w tv W tv w ciągu każdej sekundy 15 625 razy odbierana jest tzw. ramka (w uproszczeniu pozioma linia) pierwsza 1/50 sekundy zawiera 312.5 linii, które są wyświetlane na pozycjach 1, 3, 5... (nieparzystych) i tworzą one półobraz nieparzysty kolejna, druga 1/50 sekundy zawiera również 312.5 linii, wyświetlanych na pozycjach parzystych; tworzą one półobraz parzysty W trakcie 2/50 czyli 1/25 sekundy widzimy obraz o rozdzielczości 625 linii poziomych, gdyż oko ludzkie zachowuje bezwładność przez ok. 80ms, tj. 2/25 s. http://konrad.glibowski.ks-zeromskiego.info/przeplot.htm

A. Wieczorkowska Migotanie

Migotanie Ciemne szkło redukuje luminancję i zwiększa kontrast; A. Wieczorkowska Migotanie Ciemne szkło redukuje luminancję i zwiększa kontrast; Może posłużyć do redukcji dostrzeganego migotania

A. Wieczorkowska Widzenie barw Trójchromatyczność – czopki w siatkówce oka stanowią filtry pasmowoprzepustowe trzech rodzajów: „niebieski”, „zielony” i „czerwony” Trójchromatyczna teoria widzenia Younga-Helmholtza można otrzymać wszystkie barwy w wyniku zmieszania trzech barw podstawowych: czerwonej, zielonej i niebieskiej, zaś w oku są odpowiednie receptory Każdy z mechanizmów czopka jest „ślepy na kolor”: sygnał z filtru (czopka) będzie identyczny, niezależnie od tego, czy jest w zakresie lewej części szczytu filtru, czy prawej

A. Wieczorkowska Widzenie barw Dodatkowo, 40(50)% kobiet i 10% mężczyzn ma receptor pomarańczowy (zakres – pomiędzy zielonym a czerwonym)

Szczyt czułości jasności – dla 550 nm A. Wieczorkowska Widzenie Szczyt czułości jasności – dla 550 nm

A. Wieczorkowska Widzenie barw Zaobserwowany kolor zależy od trójwymiarowego wektora sygnałów wykrytych przez czopki i jest kombinacją tych sygnałów

A. Wieczorkowska Widzenie barw Ze względu na odwzorowanie many-to-one z nieskończenie wymiarowego wektora światła do trójwymiarowego wektora na siatkówce, wrażenie tego samego koloru może powstać w wyniku działania wielu różnych wektorów trójwymiarowych

A. Wieczorkowska Widzenie barw Np. pobudzenie falami długimi i średnimi – światłem bichromatycznym o długościach 530nm i 630nm, o równych energiach, wywoła wrażenie światła żółtego To samo wrażenie uzyskane zostanie poprzez dowolne pobudzenie światłem monochromatycznym o długości fali 550nm

A. Wieczorkowska Widzenie barw

A. Wieczorkowska Widzenie barw Dowolną barwę można otrzymać jako kombinację 3 barw podstawowych (pierwotnych, głównych - niezależnych kolorymetrycznie) – 3 barwy wystarczą do otrzymania milionów kolorów Stanowi to podstawę tv kolorowej i monitorów kolorowych Dowolny kolor otrzymywany jest jako kombinacja 3 barw pierwotnych: RGB Dla dowolnego systemu, zestaw barw pierwotnych definiuje zakres (gamut) barw które ten system może wygenerować Każdą barwę można otrzymać poprzez nieskończoną liczbę kombinacji fal różnej długości

Widzenie barw Podstawy mieszania barw: A. Wieczorkowska Widzenie barw Podstawy mieszania barw: Dowolne 3 barwy liniowo niezależne (tj. takie, że żadnej z nich nie można otrzymać jako mieszaniny pozostałych) mogą być barwami pierwotnymi

A. Wieczorkowska Widzenie barw Mieszanie addytywne – proces mieszania emisji ze źródeł światła, pokrywających różne części widma. Czerń otrzymywana jest, gdy nie miesza się żadnych barw (zerowa energia emisji), zaś biel otrzymywana jest jako zmieszanie 3 barw podstawowych z maksymalną energią opiera się emisji barw (przez lampy lub np. monitory komputera) Dodawanie do siebie barw prowadzi do jaśniejszej barwy wynikowej i zmierza do bieli Przykład – tv kolorowa i kolory podstawowe RGB (Red-Green-Blue, tj. czerwony-zielony-niebieski)

A. Wieczorkowska Widzenie barw Mieszanie subtraktywne – proces filtracji odbijanych części widma; mieszanie farb. W tym procesie rozkład widmowy światła ulega selektywnej redukcji. Użyta w mieszaniu farba usuwa ze światła białego te składowe, które pochłonęła, a odbija fale odpowiadające jej barwie opiera się na użyciu farby lub procesie druku. Kolor powstaje poprzez odbicie światła mieszanie kolorów prowadzi do ściemnienia-zmierza do czerni Biel – brak mieszania (odbijanie całego widma; nieprzezroczysta biała powierzchnia odbija i rozprasza wszystkie długości fal) Czerń – mieszanie 3 kolorów podstawowych w maksymalnych ilościach (czarna powierzchnia pochłania wszystkie długości fal) Przykład – druk kolorowy i CMY (Cyan-Magenta-Yellow, tj. zielonkawoniebieski-purpurowy-żółty), CMYK(CMY-Black, tj. dodany barwnik czarny)

Widzenie barw Mieszanie subtraktywne – druk A. Wieczorkowska Widzenie barw Mieszanie subtraktywne – druk http://wiem.onet.pl/ CMY są odpowiednio dopełnieniami barw, używanych do opisu RGB do światła białego. Dzięki tej właściwości CMYK lepiej nadaje się do opisu barwy w druku, gdzie rolę gra pochłanianie światła przez farbę drukarską Barwy procesowe to takie barwy, które powstały w procesie druku przez mieszanie barw podstawowych CMYK Barwy miejscowe (spotowe) to takie barwy, które powstały poprzez mieszanie farb wg ściśle określonej receptury producenta Do druku używana jest farba o barwie specjalnej wyprodukowana przez producenta, a nie poprzez mieszanie subtraktywne barw głównych

A. Wieczorkowska Kombinacje barw Wyjścia fotoreceptorów oka łączą się w nerwie optycznym, gdzie są konwertowane do 3 kanałów (tzw. przetwarzanie/kodowanie antagonistyczne) R+G R-G Y-B

Przetwarzanie antagonistyczne A. Wieczorkowska Przetwarzanie antagonistyczne

Przetwarzanie antagonistyczne A. Wieczorkowska Przetwarzanie antagonistyczne R+G: achromatyczna zawartość barwy (jasność). Błękit jest z tego kanału wykluczany – nie wpływa na percepcję jasności; zmiany błękitu nie są wystarczające do dostrzeżenia zmian barwy, a zatem nie jest konieczne ich kodowanie

Przetwarzanie antagonistyczne A. Wieczorkowska Przetwarzanie antagonistyczne R-G: jeden z kanałów chromatycznych („czerwony-lub-zielony”, „czerwony-minus-zielony”). Stąd nie jest możliwe uzyskanie wrażenia koloru czerwono-zielonego, w odróżnieniu od możliwości zobaczenia koloru zielono-żółtego, zielono-niebieskiego, czerwono-niebieskiego)

Przetwarzanie antagonistyczne A. Wieczorkowska Przetwarzanie antagonistyczne Y-B: drugi z kanałów chromatycznych („żółty-lub-niebieski”, „żółty-minus-niebieski”). Stąd nie jest możliwe uzyskanie wrażenia koloru żółto-niebieskiego

A. Wieczorkowska Widzenie barw Deuteranopia – nierozpoznawanie barwy zielonej Protanopia - nierozpoznawanie barwy czerwonej Tritanopia - nierozpoznawanie barwy niebieskiej Tetartanopia - nierozpoznawanie barwy żółtej http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/ http://www.biyee.net/v/color_vision_test/ Około 8% mężczyzn (w mniejszym procencie Azjaci) oraz ok. 1% kobiet cierpi na genetyczne zaburzenia widzenia barw Najczęstszą wadą (5% mężczyzn, 0.5% kobiet) jest niezdolność lub słabe rozróżnianie kolorów czerwonego i zielonego

Widzenie barw Deuteranomaly A. Wieczorkowska Widzenie barw Deuteranomaly Przyczyną jest anomalia czopków typu M, co powoduje słabe rozróżnianie fal średnich (M) i długich (L), ze względu na szczyt czułości takich czopków przypadający znacznie bliżej szczytu czopków L

A. Wieczorkowska Widzenie barw Podobny efekt wywołuje anomalia czopków typu L, gdy szczyt czułości czopków L jest przesunięty bliżej w stronę szczytu czułości czopków typu M

A. Wieczorkowska Widzenie barw Poważniejszą przyczyną nierozróżniania kolorów zielonego i czerwonego jest całkowity brak czopków typu M. Podobny efekt daje brak czopków typu L Taka wada wzroku jest jednak znacznie rzadsza W bardzo niewielkim odsetku populacji zdarza się całkowity brak percepcji barw, najczęściej jako rezultat urazu głowy

Widzenie barw a ich wyświetlanie A. Wieczorkowska Widzenie barw a ich wyświetlanie Projektując np. strony www wskazane jest uwzględnienie użytkowników mających trudności w rozróżnianiu kolorów Najważniejsze informacje powinny być wyświetlane nie tylko w wyróżnionym kolorze, ale również z dodatkową różnicą w luminancji

Widzenie barw a ich wyświetlanie A. Wieczorkowska Widzenie barw a ich wyświetlanie Należy unikać wyświetlania różnic używając barw z jednego kanału chromatycznego, w szczególności z kanału R-G, gdyż odpowiada on za najczęstszą wadę rozróżniania kolorów Np. zamiast kodować zakres wartości za pomocą odcieni czerwonego i zielonego, lub żółtego i niebieskiego, należy wybrać kombinację kolorów z kanału R-G oraz Y-B

Widzenie barw a ich wyświetlanie A. Wieczorkowska Widzenie barw a ich wyświetlanie Wiele osób nie zdaje sobie sprawy ze swojej wady rozróżniania barw Odrębnym problemem jest nazywanie kolorów (brak słownictwa, nieumiejętność właściwego nazwania koloru) Daltoniści mogą wykorzystywać znajomość typowego umieszczenia świateł na skrzyżowaniach: czerwone u góry, zielone na dole. Umieszczenie świateł poziomo (dość rzadkie) uniemożliwia to rozpoznanie

Interakcje kolor-luminancja A. Wieczorkowska Interakcje kolor-luminancja Mechanizmy percepcji koloru i luminancji uzupełniają się nawzajem; szczególnie dotyczy to rozdzielczości wzroku Luminancja a rozdzielczość kolorów System percepcji luminancji może rozróżniać bardzo drobne szczegóły. Szczyt czułości przypada na 2-4 cykle na stopień, z częstotliwością odcięcia 60 cykli na stopień

Interakcje kolor-luminancja A. Wieczorkowska Interakcje kolor-luminancja System percepcji koloru może rozróżnić jedynie zgrubne zmiany przestrzenne. Szczyt czułości dla krat o stałej luminancji przypada dla niskich częstotliwości, a częstotliwość odcięcia – około 10-20 cykli na stopień

Luminancja a rozdzielczość kolorów A. Wieczorkowska Luminancja a rozdzielczość kolorów Mechanizm postrzegania luminancji pośredniczy w postrzeganiu wysokiej częstotliwości przestrzennej Mechanizm luminancji ma szersze pasmo Mechanizm widzenia kolorów pośredniczy w postrzeganiu niskiej częstotliwości przestrzennej

Luminancja a rozdzielczość kolorów A. Wieczorkowska Luminancja a rozdzielczość kolorów Mechanizm luminancji pośredniczy w postrzeganiu wysokiej częstotliwości przestrzennej Np. trudno odczytać żółty tekst na białym tle, gdyż różnica w luminancji jest wówczas bardzo mała Wysoka rozdzielczość przestrzenna zależy od luminancji i jest niezależna od koloru

Luminancja a rozdzielczość kolorów A. Wieczorkowska Luminancja a rozdzielczość kolorów 2. Mechanizm luminancji ma szersze pasmo Konieczne jest szersze pasmo do zakodowania przestrzennych zmian luminancji Dodanie koloru przy konwersji tv czarno-białej do kolorowej wymagało niewiele dodatkowego pasma W kompresji obrazów barwnych należy poświęcić większe pasmo na kodowanie luminancji, aby osiągnąć wyższy stosunek kompresji nie tracąc na jakości obrazu

Luminancja a rozdzielczość kolorów A. Wieczorkowska Luminancja a rozdzielczość kolorów 3. Mechanizm widzenia kolorów pośredniczy w postrzeganiu niskiej częstotliwości przestrzennej Małe punkty kolorowe „tracą” kolor i wydają się być achromatyczne Barwy wydają się być bardziej nasycone i intensywne na większych powierzchniach Obraz na wielkim ekranie wydaje się być bardziej kolorowy niż na mniejszym Przy projektowaniu GUI (graphical user interfaces) małe różnice koloru między oknami są wystarczające do odróżnienia okien i nie ma potrzeby używania ostrych, nasyconych barw

Modele barw Przestrzeń barw jest trójwymiarowa A. Wieczorkowska Modele barw Przestrzeń barw jest trójwymiarowa Istnieje wiele modeli przestrzeni barw, np. HSB/HSL (kolor, nasycenie, jasność), RGB http://www.ic.al.lg.ua/~ksv/gimpdoc-html/color.html G C Y W K B M R http://www.lon-capa.org/~mmp/applist/RGBColor/c.htm

CMYK i RGB http://mars.iti.pk.edu.pl/~bartm/sm/w03.pdf A. Wieczorkowska CMYK i RGB http://mars.iti.pk.edu.pl/~bartm/sm/w03.pdf

Modele barw Systemy fizyczne: RGB, CMY(K) A. Wieczorkowska Modele barw Systemy fizyczne: RGB, CMY(K) Systemy kolorymetryczne: CIE XYZ; CIE - Commision Internationale de l'Eclairage (Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa) umożliwiają obiektywne porównanie barw za pomocą kolorymetrii (analizy chemicznej z użyciem kolorymetru do oznaczenia zawartości substancji barwnych) Systemy perceptualne: CIELUV, CIE La*b*, HSB (Munsella), HLS, GLHS - Generalized LHS model La*b*: wartości zmieniają się w sposób równomierny perceptualnie; L od czerni do bieli, a* od zieleni (wartości ujemne) do czerwieni (dodatnie), b* - od błękitu (ujemne) do żółci (dodatnie) Systemy naturalne (nazewnicze): czerwony, zielony, niebieski; jasny, średni, ciemny

A. Wieczorkowska Diagram CIE XYZ Krawdzie diagramu odpowiadają „czystym” kolorom widmowym Biel (temperatura 6447 K) – punkt W Dla każdych 2 kolorów ich kombinacja daje punkt leżący na linii je łączącej Dla każdych 3 kolorów ich wszystkie mieszanki leżą we wnętrzu trójkta rozpiętego na nich

Temperatura barwowa Kelvina A. Wieczorkowska Temperatura barwowa Kelvina Temperatura barwowa Kelvina – t. ciała doskonale czarnego wysyłającego promieniowanie po podgrzaniu do tej temperatury http://www.xenon-hid.info/temperatura-barwowa.html

Modele barw Model odpowiadający określaniu barw przez artystów A. Wieczorkowska Modele barw Model odpowiadający określaniu barw przez artystów

Model YUV Używany do reprezentacji kolorów w video PAL A. Wieczorkowska Model YUV Używany do reprezentacji kolorów w video PAL Y – luminancja Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B Chrominancja – różnica między kolorem a światłem białym o tej samej jasności; reprezentowana przez składowe U, V Definicja pierwotna: U = B – Y V = R – Y Aktualnie używa się wartości przeskalowanych (aby sygnał composite video był w wygodnym zakresie): U = 0.492 (B – Y) V = 0.877 (R – Y) http://mars.iti.pk.edu.pl/~bartm/sm/w03.pdf

Składowe chrominancji przeskalowane i przesunięte: A. Wieczorkowska Model YCrCb Składowe chrominancji przeskalowane i przesunięte: Cb = (B – Y)/1.772 + 0.5 Cr = (R – Y)/1.402 + 0.5 Tak zdefiniowane współczynniki Y, Cb, Cr mają wartości pomiędzy 0 a 1 Model YCbCr jest używany w kompresji JPEG i MPEG

Model YIQ Używany do reprezentacji kolorów w systemie NTSC A. Wieczorkowska Model YIQ Używany do reprezentacji kolorów w systemie NTSC Cel: lepiej niż YUV dopasować do zdolności percepcyjnych oka ludzkiego I, Q – przeskalowane i obrócone U, V I – oś pomarańczowo-niebieska; Q – purpurowo-zielona I = 0.877 (R – Y) cos 33° – 0.492 (B – Y) sin 33° Q = 0.877 (R – Y) sin 33 ° + 0.492 (B – Y) cos 33° Oko najbardziej czułe na Y, następnie I, potem Q

A. Wieczorkowska Gamut Gamut – zakres barwowy, określa możliwości odwzorowania barw i dotyczy wszystkich urządzeń technologicznych tworzących barwy

Wpływ koloru na percepcję informacji A. Wieczorkowska Wpływ koloru na percepcję informacji Utrudnienie HZVKOLORXYBZ YTQIMOŻERSĘC JUTRUDNIĆPGW MPERCEPCJĘDB

Wpływ koloru na percepcję informacji A. Wieczorkowska Wpływ koloru na percepcję informacji Ułatwienie: HZKOLORMXAWSM YTQMOŻEYDYLGS JUŁATWIĆZPGBJ MWPERCEPCJĘBS

Ikony – połączenie koloru i tekstury A. Wieczorkowska Wizualizacja danych Skale używane w wizualizacji danych Tęcza Heated-object, magenta – przejście przestrzeni barw od czerni do bieli zaczynając od osi R heated object: przejście poprzez kolory “zimne”, a następnie „ciepłe”, implementowane poprzez zwiększanie intensywności kolorów podstawowych w kolejności R,G,B magenta: kolejność R,B,G Inne Ikony – połączenie koloru i tekstury

Barwa w internecie Standardy: A. Wieczorkowska Barwa w internecie Standardy: CompuServe GIF (Graphics Interchange Format) JPEG (Joint Photographic Experts Group) File Interchange Format MPEG (Moving Pictures Experts Group)

GIF http://www.lintilla.demon.co.uk/gif89a.htm A. Wieczorkowska GIF http://www.lintilla.demon.co.uk/gif89a.htm Może być użyty do przechowywania wielu obrazów typu bitmapa w jednym pliku i do przesyłania między różnymi platformami sprzętowymi Najczęściej w 1 pliku przechowywany jest 1 obraz Do 256 kolorów http://www.web-source.net/216_color_chart.htm

JPEG JPEG (Joint Photographic Experts Group) File Interchange Format A. Wieczorkowska JPEG JPEG (Joint Photographic Experts Group) File Interchange Format 6-24 bit/pixel dobrze nadaje się do kompresji obrazów o ciągłej gamie barw (zdjęcia) kompresja stratna, chroniąca przy zapisie luminancję i tracąca informację o chrominancji najlepszy obraz przy wyświetlaniu 24-bitowym does not compress well black-and-white images, line art, vector graphics, ray-traced images, animations large areas of a single color end up with artifacts that degrade them significantly

MPEG MPEG (Moving Pictures Experts Group) A. Wieczorkowska MPEG MPEG (Moving Pictures Experts Group) wykorzystanie podobieństw sąsiednich klatek wykorzystanie podobieństw sąsiednich fragmentów obrazu

A. Wieczorkowska Literatura A.Wieczorkowska, Multimedia. Podstawy teoretyczne i zastosowania praktyczne. PJWSTK, 2008 H. Levkowitz, Color Theory and Modeling for Computer Graphics, Visualisation, and Multimedia Applications, Kluwer AP, London 1997 W. Pastuszak, Barwa w grafice komputerowej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000 B. Hansen, The Dictionary of Multimedia, Terms and Acronyms, Fitzroy Dearborn, Chicago, 1998

Literatura uzupełniająca A. Wieczorkowska Literatura uzupełniająca C. Lewis (tech. cons.) 101 Essential Tips, Exploring Multimedia. Dorling Kindersley’97 W.Skarbek: Metody reprezentacji obrazów cyfrowych. Akademicka Oficyna Wydawnicza, W-wa, 1993 K.Skarbek (red.): Multimedia – Algorytmy i standardy kompresji. Akademicka Oficyna Wydawnicza, Warszawa 1998 R.Tadeusiewicz, M.Flasiński: Rozpoznawanie obrazów. PWN, W-wa, 1991 J.Zabrodzki (red.): Grafika Komputerowa. Metody i narzędzia. WNT Warszawa 1994 http://januszg.hg.pl/ksiazki/graf_komp_met_narz.html