Corso di Laurea in Informatica. Dipartimento di Scienze Fisiche -- Università di Napoli Federico II. Colori. Sistemi Informativi Multimediali

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1 Colori 1

2 La Percezione dei Colori Immanuel Kant (Königsberg,, ) 1804) tratta il fenomeno (Phainomenon)) percepito secondo quello che appare e non nella sua reale essenza 2

3 Rappresentazione dei colori Gli algoritmi di indicizzazione e di ricerca delle immagini devono essere basati su una corretta rappresentazione dei colori. La luce visibile è una radiazione elettromagnetica con lunghezza d onda tra 400 e 780 nm. Differenti lunghezze d onda producono differenti sensazioni di colore Spettro di luce visibile all occhio umano INFRAROSSO ULTRAVIOLETTO 750nm 700nm 650nm 600nm 550nm 500nm 450nm 400nm 1km 1metro 1cm 1mm 1nm Metri CORRENTE ALTERNATA RADIO TELEVISIONE - MICROONDE RADIAZIONE INFRAROSSA RADIAZIONE ULTRAVIOLETTA RAGGI X RAGGI GAMMA Le tre proprietà fisiche delle radiazioni di colore sono: Luminanza (illuminazione) Tinta (il colore) Saturazione (la purezza)

4 Sensibilità di percezione dei sistemi Percezione PELLICOLA FOTOGRAFICA OCCHI INFRAROSSO ULTRAVIOLETTO 750nm 600nm Spettro 450nm Retina Bastoncelli (luce) Coni (colore) Pellicola fotografica 4

5 Sintesi Additiva e Sottrattiva dei colori Sintesi ADDITIVA: È possibile sperimentare che una opportuna mescolanza di radiazioni di diversa lunghezza d'onda produce la visione del bianco: tale risultato è opposto a quanto accade nella scomposizione della luce bianca solare nei colori dello spettro visibile ad opera di un prisma. Il verificarsi di tale fenomeno da origine a quella che comunemente viene detta sintesi o mescolanza additiva.. Per convenzione si considerano 3 colori primari (una terna naturale non esiste) come quella RGB. Sintesi SOTTRATTIVA: Considerando il fenomeno non dalla parte della radiazione riflessa, ma da quella della radiazione assorbita,, allora le superfici che ci appaiono colorate (per es. pittura e stampa) sottraggono alla nostra visione una parte dello spettro visibile.. Nella sintesi sottrattiva si analizza l effetto prodotto sulla visione della combinazione delle proprietà riflettenti dei colori (cioè capacità di assorbimento della luce) SINTESI ADDITIVA SINTESI SOTTRATTIVA Sorgente LUCE BIANCA OSSERVATORE 5

6 Esempi di Modelli di Colore Spazio RGB P i (r i, g i, b i ) red P1 P2 P i (x i, y i ) Spazio CIE normalizzato (2D) Commission Internationale de l'eclairage (Commissione Internazionale per l'illuminazione) Spazi ( CIERGB, CIEXYZ, CIELUV, CIELAB ) P3 P1 P2 green P3 blue Spazio percettivamente NON uniforme Dipendente dal dispositivo. Spazio percettivamente uniforme Indipendente dal dispositivo Per la nostra capacità di percezione P ipj P RGB ipj CIE 6

7 Sistemi di rappresentazione dei colori Rappresentazione SPD (Spectral Power Distribution) Ogni colore fisico può essere rappresentato mediante la distribuzione dell energia energia radiante alle varie lunghezze d onda d SPD Vantaggi: e il modo più accurato per la specifica di un colore Svantaggi: Non descrive la relazione tra le proprietà fisiche del colore e la sua percezione visiva Complessa rappresentazioni numerica Esempi di Spettri Decomposizione Istogramma Potenza Radiante ( W / nm ) Spettro di assorbimento Lunghezza d onda ( nm ) Righe scure (assorbimento) 7

8 Funzioni di trasferimento x(t) h(t) y(t) A A Dimensione Forma Colore 8

9 Correzione Gamma Ogni strumento fisico di acquisizione o di riproduzione dei colori applica una funzione non lineare alla intensità di luce catturata/emessa in relazione al segnale in volts emesso/applicato Luminanza = V Per neutralizzare la non linearità del dispositivo si usa la Correzione Gamma = 1/ La correzione di gamma è quindi un'operazione non lineare usata per codificare e decodificare la luminanza o i valori tristimolo in un sistema video o fotografico. Nel caso più semplice la correzioni di gamma è definita dalla seguente legge potenziale V out V in Tale funzione di trasferimento serve per neutralizzare la non linearità del dispositivo; V denota il segnale elettrico analogico (voltaggio) che il dispositivo preleva al proprio ingresso 9

10 Correzione Gamma (dispositivo) 1.0 Espansione Gamma CODIFICA Compressione Gamma DECODIFICA Output (cd/mq) 0.5 Correzione = 0,45 Risposta lineare Tipico CRT = 2,2 Tubo Catodico CRT Input (Volt)

11 Correzione Gamma (schema generale) Telecamera con distorsione T Monitor CRT con distorsione M Conversione A D Conversione D A Segnale Luminoso Sensore Segnale elettrico distorto Espansione gamma Segnale elettrico lineare V (Standard) Segnale elettrico lineare V (Standard) Compressione gamma Segnale elettrico distorto CRT Segnale Luminoso Lineare V T (V T ) 1/ T = V V M (V M ) 1/ M = V 11

12 Problemi di indicizzazione e ricerca legati allo spazio di colore Nella ricerca e nella indicizzazione delle immagini basate sul colore è necessario assumere che tutte le immagini siano rappresentate nello stesso spazio di colore e che il valore dei loro pixel rappresentino la stessa cosa. Data un immagine nel formato RGB non e possibile interpretarla correttamente: Non vengono indicate le definizioni delle primitive RGB e quindi non e possibile interpretare l immagine in uno spazio comune Non viene indicato il valore della correzione gamma applicata dal device che ha prodotto l immagine Tutti i formati immagine più usati (GIF, JPEG, TIFF, ecc) non contengono informazioni sulle primitive dello spazio di colore e sulla correzione gamma usata. Il nuovo TIFF 6.0 contiene anche queste informazioni 12