Università degli Studi di Trieste Corso di Elaborazione Elettronica di Immagini 1 IL COLORE NELLE IMMAGINI DIGITALI 31 Ottobre 2007
Sommario 1 Cenni sul funzionamento dell occhio 2 Proprietà delle sorgenti luminose 3 Cenni di fotometria 4 5 Spazi colore device-dependent : RGB e CMYK 6 Spazi colore percettivamente uniformi 7 Cenni sugli spazi colore YUV e HSV
Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria CENNI DI FISIOLOGIA E FISICA
La sensibilità dell occhio Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria L occhio contiene due categorie di recettori: bastoncelli e coni. I bastoncelli: Sono 120 10 6, prevalentemente alla periferia della retina Sono sensibili a basse luminosità (1 fotone) Sono responsabili della visione notturna, o scotopica. I coni: Sono 6 10 6, prevalentemente al centro della retina (fovea) Sono meno sensibili alla luce (100 1000 fotoni) Sono responsabili della visione diurna, o fotopica.
Risposta dei recettori Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria I coni e i bastoncelli, illuminati da luce con spettro I (λ), producono una tensione elettrica V S(λ) I (λ) dλ S(λ) è detto spettro di assorbimento Esistono 3 tipi di coni, sensibili alle lunghezze d onda lunghe (L), medie (M) e corte (S). Questo consente di discriminare, in una certa misura, la lunghezza d onda della luce incidente Visione a colori.
Risposta dei recettori Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria Fonte: J. K. Bowmaker, H. J. Dartnall, Visual pigments of rods and cones in a human retina, The Journal of Physiology, Vol 298, Issue 1, pp. 501-511, 1980.
Metameri Cenni di fisiologia e fisica Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria Il colore è dato da 3 grandezze scalari, funzione dello spettro I (λ) della luce incidente. La corrispondenza non è iniettiva. Spettri diversi possono corrispondere allo stesso colore: metameri. Conseguenza: Per riprodurre un colore, non è necessario riprodurre lo spettro. È sufficiente che le risposte L, M, S dei coni siano uguali
Metameri Cenni di fisiologia e fisica Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria Esempio di metamerismo. Ai due spettri in figura corrisponde lo stesso colore.
Sintesi additiva Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria Idea: Riprodurre un colore dato mescolando opportunamente 3 colori primari, ad esempio rosso (R), verde (G) e blu (B): = + + Ovvero: Scelgo 3 sorgenti con spettri I R (λ), I G (λ) e I B (λ) Calcolo una loro combinazione lineare che sia un metamero della sorgente in esame:
Sintesi additiva Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria Devo imporre l equivalenza (metamerismo) dei due spettri R I R (λ) + G I G (λ) + B I B (λ) I (λ) Moltiplico per le risposte spettrali dei coni e integro Ottengo un sistema lineare: R L R + G L G + B L B = L R M R + G M G + B M B = M R S R + G S G + B S B = S L R S L (λ) I R (λ) dλ,... Il colore è riproducibile soltanto se i valori R, G e B sono 0. L uso di rosso, verde e blu (RGB) consente di riprodurre una gamma di colori sufficientemente ampia.
Sorgenti luminose Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria Lo spettro della luce che arriva all occhio è dato da due componenti Spettro della sorgente luminosa che illumina la scena Riflettanza degli oggetti nella scena In generale, vale una legge moltiplicativa I (λ) = L(λ) R(λ) È utile studiare le caratteristiche delle sorgenti luminose.
Spettro della luce solare Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria
Temperatura colore Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria Molte sorgenti luminose sono formate da corpi incandescenti (sole, fiamme, lampadine a incandescenza). Un corpo nero a temperatura T emette radiazione elettromagnetica con spettro dato dalla legge di Planck: I T (λ) 1 λ 5 1 exp( hc kt λ ) 1 Si definisce temperatura colore di una sorgente la temperatura (in K) di un corpo nero che emette luce con lo spettro più simile a quello della sorgente in esame.
Temperatura colore Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria 10000 K 6500 K 2800 K 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Temperatura [K]
Temperatura colore Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria Temp. Esempi 1200 K Candela 2800 K Lampadina a incandescenza, alba e tramonto 3000 K Lampade di studio fotografico 5000 K Flash, luce solare media 6500 K Luce solare intensa a mezzogiorno 7000 K Cielo leggermente nuvoloso 8000 K Cielo nuvoloso 10000 K Cielo fortemente nuvoloso
Temperatura colore Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria La luce emessa dalle lampade fluorescenti non è rappresentabile con questo modello: 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 Per queste sorgenti si può comunque definire la temperatura colore correlata.
Color constancy Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria Lo spettro della luce riflessa da un oggetto dipende dallo spettro della sorgente luminosa, che in generale è molto variabile. La sensazione di colore è data prevalentemente dalla variazione spaziale o temporale dello stimolo. Il meccanismo è tuttora oggetto di studio. Se lo spettro della sorgente luminosa è sufficientemente uniforme, il sistema visivo umano è in grado di compensarlo, quindi il colore percepito dipende unicamente dalla riflettanza degli oggetti Se invece lo spettro è eccessivamente irregolare, la distorsione rimane visibile. È possibile caratterizzare le sorgenti luminose mediante il color rendering index
Bilanciamento del bianco Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria Quando si scatta una fotografia, è necessario fare una correzione: Fotografia analogica Pellicole tarate o filtri Fotografia digitale Bilanciamento del bianco
Fotometria Cenni di fisiologia e fisica Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria Motivazione: Dare una misura dell intensità luminosa che rispecchi il funzionamento dell occhio. L intensità luminosa è definita come I K m V (λ) I (λ) dλ K m = 683 Lm W Distinguiamo tra intensità luminosa totale o per unità di area: [ I (λ) ] = W m Lumen (Lm) [ I (λ) ] = W m 3 Lux (Lx)
Efficienza fotopica Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria La curva V (λ) misura la sensibilità dell occhio umano al variare di λ: Efficienza fotopica 1 0 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 Standardizzata dalla Commission Internationale de l Eclairage (CIE) nel 1924.
Fattori di conversione Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria In precedenza, era stata definita la candela (cd) come unità di misura dell intensità luminosa. Il fattore K m = 683 Lm/W è stato fissato in modo che 1 cd = 1 Lm/sr. L intensità luminosa si può misurare anche in cd/m 2 o nit. Vale la corrispondenza 1 nit = 4π Lx.
Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria Esercizio: Rendimento di una lampadina Una lampadina è, con buona approssimazione, un corpo nero con T = 2800 K. L intensità luminosa è per definizione I = K m V (λ) I T (λ) dλ 0 [Lm] La potenza consumata si può supporre uguale alla potenza irradiata P = 0 I T (λ) dλ [W]
Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria Esercizio: Rendimento di una lampadina Definiamo come rendimento luminoso il rapporto tra intensità luminosa e potenza: η I P 14.9153Lm W La sorgente con massimo rendimento è monocromatica con λ = 555 nm, e presenta η = 683 Lm/W Il rendimento di una lampadina è 2, 18 %.
Lampade a basso consumo Funzionamento dell occhio Proprietà delle sorgenti luminose Cenni di fotometria Il rendimento di una lampadina a incandescenza è basso perché buona parte della radiazione emessa è infrarossa Per avere un alto rendimento, è necessario concentrare l emissione nello spettro visibile. Ad esempio: Lampade fluorescenti: η 50 67 Lm/W LED: η 120 Lm/W stimati Low pressure sodium: η 200 Lm/W
Motivazione Definizione del modello Il diagramma di cromaticità LO SPAZIO COLORE STANDARD CIE-XYZ(1931)
Motivazione Cenni di fisiologia e fisica Motivazione Definizione del modello Il diagramma di cromaticità Necessità di definire una misura del colore indipendente dal sistema di visualizzazione. Nel 1931 la CIE propone lo standard XYZ. Idea: Rappresentare il colore mediante le risposte dei coni: X = S L (λ) I (λ) dλ Y = S M (λ) I (λ) dλ Z =... Problema: Nel 1931 non era possibile misurare lo spettro di assorbimento dei coni Misura indiretta.
Esperimenti di color matching Motivazione Definizione del modello Il diagramma di cromaticità Proposti già nel XIX secolo (Grassmann); realizzati in modo rigoroso da Wright (1928) e Guild (1931). Un osservatore regola l intensità di 3 lampade primarie, in modo da riprodurre il colore di una sorgente monocromatica. Alcune lunghezze d onda non sono riproducibili Si aggiungono una o più componenti primarie alla sorgente di prova: R I (λ) + I add (λ) G R R add I (λ) G G add B B B add
Esperimenti di color matching Motivazione Definizione del modello Il diagramma di cromaticità Variando la lunghezza d onda della sorgente di prova, si ottengono le seguenti color matching functions (CMF): r(λ) ḡ(λ) b(λ) 350 400 450 500 550 600 650 700 750 La CMF dipendono dalle 3 sorgenti primarie scelte e possono avere valori negativi
Definizione del modello Motivazione Definizione del modello Il diagramma di cromaticità Ipotesi: Le CMF calcolate sperimentalmente sono una combinazione lineare degli spettri di assorbimento dei coni Gli spettri di assorbimento dei coni sono funzioni non-negative Gli spettri di assorbimento vengono stimati calcolando una combinazione lineare delle CMF che produca valori 0 λ. Impongo alcune normalizzazioni: Area uguale ȳ(λ) = V (λ)
Definizione del modello Motivazione Definizione del modello Il diagramma di cromaticità Le risposte dei coni, stimate in questo modo, sono le seguenti: x(λ) ȳ(λ) z(λ) 350 400 450 500 550 600 650 700 750 Le curve sono standardizzate e si trovano tabulate, es: http://cvrl.ioo.ucl.ac.uk/basicindex.htm http://www.cis.rit.edu/mcsl/online/cie.php
Il diagramma di cromaticità Motivazione Definizione del modello Il diagramma di cromaticità Rappresentazione grafica dello spazio colore XYZ. Lo spazio colore XYZ è tridimensionale Considero il piano X + Y + Z = 1. Definisco le coordinate normalizzate: x X X + Y + Z y Y X + Y + Z
20000 10000 6500 5000 4000 3000 2500 2000 1500 1000 Cenni di fisiologia e fisica Il diagramma di cromaticità Motivazione Definizione del modello Il diagramma di cromaticità 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 520 525 515 530 535 510 540 545 550 505 500 495 490 555 560 565 570 575 580 585 590 595 600 610 620 640 700 0.2 485 0.1 480 475 470 460 380 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Il diagramma di cromaticità Motivazione Definizione del modello Il diagramma di cromaticità I colori monocromatici si trovano sul bordo del diagramma. I numeri in figura indicano la lunghezza d onda La gamma rappresentabile mescolando 3 colori primari è data dal triangolo che li ha come vertici. In figura è rappresentata la gamma rappresentabile dal monitor. I colori fuori gamma sono desaturati per consentirne la visualizzazione. In generale, la gamma rappresentabile con n colori primari è data dal più piccolo poligono convesso che li contiene. Uno spettro può essere pensato come la combinazione di infinite sorgenti monocromatiche L intera gamma visibile è data dai punti interni alla curva dei colori monocromatici
Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK SPAZI COLORE RGB e CMYK
Motivazione Cenni di fisiologia e fisica Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK Due colori appaiono uguali quando le risposte dei coni sono uguali (metameri). Conseguenza: Per riprodurre un colore non è necessario riprodurre lo spettro. Un modo semplice per riprodurre una vasta gamma di colori consiste nel mescolare opportunamente 3 sorgenti primarie fissate. Lo spazio colore RGB rispecchia il funzionamento dei monitor e televisori device dependent.
Definizione di uno spazio colore RGB Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK Le coordinate RGB si ricavano dalle XYZ mediante un opportuna matrice. Per definire la matrice di trasformazione, è necessario specificare: Il colore dei primari Il punto di bianco che si ottiene accendendo i 3 primari contemporaneamente alla massima potenza Quindi uno spazio colore RGB è definito dalle coordinate colorimetriche (x, y) dei primari e del punto di bianco
Definizione di uno spazio colore RGB Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK Ricordiamo la definizione delle coordinate normalizzate x, y: x X X + Y + Z y Y X + Y + Z La trasformazione inversa è possibile se si conosce la luminanza Y X Y = Y x x y k y y Z 1 x y z Imponiamo alcune normalizzazioni I valori RGB variano tra 0 e 1 Il bianco ha luminanza Y = 1
Definizione di uno spazio colore RGB Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK Indichiamo con M la matrice di trasformazione RGB XYZ. Si impongono le seguenti condizioni: 1 x R 0 x G 0 x B M 0 = k R y R M 1 = k G y G M 0 = k B y B 0 z R 0 z G 1 z B I fattori di scala k R, k G e k B si calcolano mediante il punto di bianco (esercizio): 1 M 1 = 1 x W y W y 1 W z W
Spazi colore RGB Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK Sono stati definiti numerosi spazi colore RGB Denominazione Rosso Verde Blu Bianco CIE RGB 0.7347 0.2738 0.1666 E 0.2653 0.7174 0.0089 srgb 0.64 0.33 0.30 0.60 0.15 0.06 D65 Adobe RGB 0.64 0.34 0.21 0.71 0.15 0.06 D65 PAL/SECAM 0.64 0.33 0.29 0.60 0.15 0.06 D65 Wide Gamut 0.735 0.265 0.115 0.826 0.157 0.018 D50 I punti di bianco utilizzati sono: E = (1/3, 1/3); D65 = (0.3127, 0.3290); D50 = (0.3457, 0.3585)
Spazi colore RGB Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK Ad alcuni colori visibili corrispondono componenti RGB negative Non rappresentabili su un monitor. Una gamma ampia non è sempre preferibile: Maggiore rumore di quantizzazione Difficoltà costruttive (richiede sorgenti monocromatiche). I monitor per PC utilizzano lo spazio colore srgb. Lo spazio Adobe RGB è utilizzato talvolta nella grafica professionale.
Codifica digitale Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK I valori RGB devono essere quantizzati per poter essere elaborati dal calcolatore. Una quantizzazione lineare non è adatta, per due motivi: Non linearità dell occhio (legge di Weber) Non linearità tubi catodici
Non linearità dell occhio Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK Si è dimostrato sperimentalmente che la percezione della luminanza è non lineare: La distanza percepita tra due livelli I e I + δi è data approssimativamente dalla legge di Weber δp δi I
Non linearità dell occhio Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK Se si usa una quantizzazione uniforme, il rumore è più visibile nelle zone scure. Sarebbero necessari 12 bit. È più efficiente usare una quantizzazione non uniforme, più fitta nelle zone scure. In pratica, ogni pixel viene mappato mediante una funzione non lineare opportuna e poi quantizzato linearmente. Problema: La risposta dell occhio è difficile da misurare.
Non linearità dell occhio Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK Esempio di funzione non lineare, usata per display medicali: DICOM Grayscale Standard Display Function 1023 JND Index 0 0 1000 2000 3000 4000 Luminanza [cd/m 2 ]
Non linearità dei monitor Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK Il convertitore D/A della scheda video produce una tensione elettrica proporzionale al valore numerico del pixel La luminosità emessa da un tubo catodico è una funzione non lineare della tensione applicata L out V γ in γ 2.2 Per visualizzare correttamente un immagine, è necessario distorcerla per compensare la caratteristica del monitor: correzione gamma.
Correzione gamma Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK La risposta del monitor è, con buona approssimazione, l inversa della risposta dell occhio. Procedimento di codifica: Si distorce l immagine con l inversa della curva del monitor (correzione gamma) Si quantizza linearmente l immagine distorta Si visualizza l immagine. Il tubo catodico esegue la distorsione inversa In questo modo, 8 bit sono sufficienti.
Correzione gamma Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK In un monitor tipico, il nero presenta una luminosità non nulla: Luminosità ambientale Limiti tecnologici (monitor LCD) Normativa ITU-R BT.709 { 4.5L L 0.018 D = 1.099L 0.45 0.099 L > 0.018
Lo spazio colore CMYK Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK Monitor e televisori utilizzano sorgenti luminose (fosfori) che emettono luce (sintesi additiva). Nella stampa invece si usano inchiostri che assorbono luce (sintesi sottrattiva) Si usa un altro modello La conversione è molto complessa, faremo una trattazione semplificata
Stampa a 3 colori Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK In un sistema di stampa ideale, sarebbe sufficiente usare 3 inchiostri Ciano (C), che assorbe la luce rossa Magenta (M), che assorbe la luce verde Giallo (Y), che assorbe la luce blu La trasformazione è dunque C = 1 R M = 1 G Y = 1 B
Stampa a 4 colori Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK In un sistema di stampa reale, usando soltanto 3 colori non si riesce a riprodurre adeguatamente il nero (ad esempio il testo) Difficoltà di dosaggio degli inchiostri Difficoltà di allineamento delle lastre/testine di stampa Notevole consumo di inchiostro Costi, tempi di asciugatura È conveniente usare un quarto inchiostro di colore nero (K) K = key
Stampa a 4 colori Motivazione Definizione di uno spazio colore RGB Codifica digitale e correzione gamma Cenni sullo spazio colore CMYK Esistono numerose tecniche. Ad esempio, una miscela di inchiostro ciano, magenta e giallo in parti uguali viene sostituita da inchiostro nero: Grey component replacement K = min{c, M, Y } C = C K M = M K Y = Y K
Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV SPAZI COLORE CIE-LAB, YUV E HSV
Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV Spazi colore percettivamente uniformi In molti casi è necessario misurare la distanza tra due colori: Estrazione dei bordi Approssimazione di colori fuori gamma Quantizzazione Sarebbe utile avere uno spazio colore percettivamente uniforme, in cui cioè la distanza percepita tra due colori è proporzionale alla distanza euclidea tra le coordinate colorimetriche.
Esperimento di MacAdam Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV Lo spazio colore XYZ non è percettivamente uniforme. Esperimento di MacAdam (1942): Un osservatore tenta di riprodurre un colore dato mescolando 3 sorgenti primarie A causa della limitata sensibilità dell occhio, il colore ottenuto non è identico al campione Si ripete più volte l esperimento, e si misura la dispersione Risultato: L errore commesso varia notevolmente a seconda del colore di riferimento.
Esperimento di MacAdam Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV Rappresentando le misure sul diagramma di cromaticità, si ottengono nuvole di punti di forma ellittica: Ellissi di MacAdam. La dimensione delle ellissi nel diagramma a fianco è 10 volte quella reale.
Lo spazio colore CIE-Lab Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV Idea: Distorcere lo spazio XYZ con una funzione non lineare, in modo da trasformare le ellissi di MacAdam in cerchi della stessa dimensione. Nel 1976 viene introdotto lo spazio colore CIE-Lab: L = 116f (Y /Y w ) 16 a = 500 [ f (X /X w ) f (Y /Y w ) ] b = 200 [ f (Y /Y w ) f (Z/Z w ) ] dove X w, Y w e Z w sono le coordinate del bianco di riferimento, e { 3 t se t > 0.008856 f (t) 7.787t + 16/116 altrimenti
Lo spazio colore CIE-Lab Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV L = 25 L = 50 L = 75
Lo spazio colore CIE-Lab Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV La distanza percepita tra due colori è data, come si è detto, dalla distanza euclidea: E (L 2 L 1 ) 2 + (a 2 a 1 ) 2 + (b 2 b 1 ) 2 E = Empfindung (sensazione). Per convenzione, due colori appaiono indistinguibili quando E 1.
Lo spazio colore CIE-Lab Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV Il modello Lab consente di rappresentare qualsiasi colore visibile (essendo una trasformazione del modello XYZ). La sua validità è controversa: La quantità E è significativa soltanto per piccole distanze Anche per piccole distanze, i risultati sono talvolta discutibili Codifica inefficiente per a e b (rappresentati in complemento a 2 tra -128 e 127) Esistono altri modelli (ad esempio CIE-Luv), ma il problema è tuttora aperto.
Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV I televisori riproducono il colore mescolando primari RGB, ma il segnale è codificato in un formato diverso per motivi tecnici. I primi televisori erano in bianco e nero. Con l introduzione della televisione a colori, è sorto il problema di mantenere la compatibilità del segnale. Soluzione: rappresentare il segnale video mediante luminanza e crominanza.
Trasformazione RGB YUV Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV Si utilizza una trasformazione lineare, facilmente calcolabile mediante circuiti analogici: Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B U = 0.4921(B Y ) V = 0.8773(R Y ) R, G e B sono non lineari (correzione gamma). Al grigio corrisponde R = G = B = Y e U = V = 0.
Costruzione del segnale Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV Un canale televisivo in bianco e nero è formato da Luminanza e sincronismi in banda base Audio (mono) in FM a 5.5 MHz Il tutto modulato in VSB Nel segnale televisivo a colori, i segnali di crominanza U e V sono inseriti tra luminanza e audio: Risoluzione inferiore Modulazione AM su due portanti in quadratura a 4.43 MHz L occhio è poco sensibile alle variazioni di colore È possibile filtrare U e V per ridurre l occupazione di banda.
Trasmissione del segnale Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV Se si trasmette un segnale video via cavo (es. tra VCR/DVD e TV), non vi sono limitazioni di banda È possibile usare cavi separati per migliorare la qualità: Composito S-Video Component
La codifica YCbCr Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV Il video digitale utilizza lo spazio colore YUV, campionato e quantizzato con un formato opportuno chiamato YCbCr. Ai segnali viene sommato un offset; i valori estremi sono riservati per codici di sincronismo. I segnali di crominanza sono decimati per ridurre il bitrate (chroma subsampling). Il fattore di decimazione è identificato da apposite sigle. 4:1:1 4:2:0 4:2:2 4:4:4
Lo spazio colore HSV Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV Proposto nel 1978 da Alvy Ray Smith. Trasformazione non lineare dello spazio RGB. Ogni colore viene rappresentato da 3 parametri: H (Hue) S (Saturation) V (Value) Le coordinate HSV rispecchiano alcune proprietà del colore nel linguaggio comune. Non hanno un significato fisico.
Lo spazio colore HSV Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV La coordinata V rappresenta la luminosità, ed è definita come V max{r, G, B} La coordinata S rappresenta la saturazione. Vale 0 per i grigi (R = G = B) e 1 per i colori saturi (min{r, G, B} = 0). Non è definita se V = 0: S = max{r, G, B} min{r, G, B} max{r, G, B}
Lo spazio colore HSV Lo spazio colore CIE-Lab Spazi colore YUV e YCbCr Lo spazio colore HSV La coordinata H rappresenta la tonalità. È definita da un angolo compreso tra 0 e 360, legato alle coordinate RGB mediante una funzione lineare a tratti. Non è definita se S = 0. 0 60 120 180 240 300 360 La tonalità non è legata alla lunghezza d onda della luce.