Introduzione al colore

Introduzione al colore

Introduzione I colori non sono proprieta intrinseche dei corpi ma sensazioni attivate nel sistema nervoso dell osservatore l esperienza del colore e causata dal fatto che il sistema visivo risponde in modo diverso ad una varieta di lunghezze d onda.

Introduzione I nostri occhi percepiscono una parte molto limitata delle radiazioni elettromagnetiche, quelle con lunghezze d'onda (lambda) compresa tra i 400 nanometri (ultravioletti) e i 700 nm (infrarossi)

Introduzione

Introduzione Inoltre il colore percepito e condizionato da due fattori fondamentali: la superficie su cui la luce e riflessa iltipodilucee ilcoloredellaluce

Il colore delle superfici il colore delle superfici colorate e il risultato di una grande varieta di meccanismi: il materiale che costituisce la superficie (e quanto assorbe le lunghezze d onda) rifrazione difrazione

Il sole: Il colore delle sorgenti naturali solitamente viene modellato come una sorgente lontana e puntiforme il colore della luce del sole varia a seconda dell ora e del periodo dell anno

il cielo: Il colore delle sorgenti naturali puo essere modellato come una calotta che emette quantita di luce costante. questomodelloe moltoapprossimativovistoche l orizzonte e molto piu luminoso dello zenith Partendo dalla considerazione che il cielo e luminoso perche la luce emessa dal sole e diffusa dall aria si puo definire un modello tale per cui ogni unita di aria emette una quantita di luce costante

Il colore delle sorgenti artificiali luci incandescenti luci fluorescenti luci ai vapori di mercurio luci alogene

Percezione del colore per essere in grado di descrivere il colore dobbiamo capire in che modo il sistema di visione e di elaborazione umano risponde ad essi. la percezione del colore da parte dell uomo e una funzione complessa del contesto. Elementi fondamentali: illuminazione memoria identita dell oggetto emozione

Percezione del colore: ricerca di colori rappresentanti un soggetto deve descrivere una luce test utilizzandoun mistodilucibase (i primari). T = i w P +... + w P + 1 1 i... un grande numero di primari puo essere necessari per approssimare alcuni colori. inoltre la soluzione non e unica. il problema viene semplificato se si permette la sottrazione dei colori

Percezione del colore: tricromia sperimentalmente si e verificato che per la maggior parte degli osservatori tre colori primari sono sufficienti ad approssimare quasi tutte le luci test, a patto che: si possa combinare i colori tramite addizione e sottrazione i tre primari siano indipendenti si e anche visto che dati gli stessi primari e lo stesso test, la maggior parte della gente selezionera la stessa mistura..

Percezione del colore: leggi di Grassman sperimentalmente e stato dimostrato chesipuo sempreottenere un approssimazione sufficientemente accurata di qualsiasi luce test usando una combinazione lineare di primari questo porta alle leggi di Grassman

Percezione del colore: leggi di Grassman 3 3 2 2 1 1 3 3 2 2 1 1 P w P w P w T P w P w P w T b b b b a a a a + + = + + = 3 3 3 2 2 2 1 1 1 ) ( ) ( ) ( P w w P w w P w w T T b a b a b a b a + + + + + = +

Percezione del colore: leggi di Grassman T T a b = = w P 1 1 1 w P 1 + + w w 2 2 P P 2 2 + + w P 3 w P 3 3 3 T a = T b

Percezione del colore: Il matching è lineare leggi di Grassman T a = w P + 1 1 + w2p2 w3p3 kt a k = 0 ( kw1 ) P1 + ( kw2 ) P2 + ( kw3 ) P3

Recettori del colore La tricromia suggerisce che il modo in cui il colore e trasmesso agli occhi e poi al cervello sia governato da regole precise Principio dell univarianza: ogni recettore ha un unico tipo di risposta, in diverse intensità a seconda della lunghezza d onda.

siccome la composizione e lineare, anche i recettori devono essere lineari. La risposta di un recettore sara : p k σ k ( λ) E( λ) Λ = dλ σk e la sensibilita del k-esimo recettore E(λ) la quantita di luce che lo colpisce, Λ l intervallo di lunghezza d onda visibile.

nel sistema visivo umano... La luce è focalizzata dal cristallino sulla fovea centrale della retina, viene trasformata da milioni di recettori ottici in segnali elettrici che sono trasmessi tramite il nervo ottico al cervello dove vengono elaborati e memorizzati. Si tratta di una quantità enorme di dati che passa per un circuito molto complesso, per questo gli occhi sono l'organo sensoriale più vicino al cervello.

nel sistema visivo umano...

nel sistema visivo umano... l anatomia della retina ci insegna che esistono due tipi di cellule sensibili alla luce, differenziate dalla forma: coni bastoncelli i bastoncelli hanno lo scopo di adattarsi ai cambiamenti di intensita di luce e adattarsi alla luce crepuscolare e notturna

nel sistema visivo umano... i coni sono responsabili della visione dei dettagli e dei colori. studidigeneticadellavisione supportano l idea che esistano 3 tipi di coni, differenziati dalla loro sensibilita a diverse lunghezze d onda: S corte M medie L lunghe

nel sistema visivo umano...

Teoria del tristimolo ogni radiazione elettromagnetica che entra nell occhio puo essere classificata mediante una terna di numeri che rappresentano le attivazioni dei tre tipi di coni. Queste terne di numeri godono di proprieta additiva lineare essi sono efficacemente rappresentati come punti di uno spazio 3D detto spazio del tristimolo. esistono diverse rappresentazioni del colore basate su mapping in punti tridimensionali

Osservatore standard CIE 1931 Commission Internationale de l Éclairage CIÉ: 1931 tre funzioni primarie standard: X, Y, Z definisce tutti i colori visibili solo coefficienti positivi Y = percezione della luminanza sulla retina x, y = chromaticity

Osservatore standard CIE 1931

Osservatore standard CIE 1931 x+y+z=1

Creazione del colore Metodi usati per formare il colore: sintesi del colore additiva sintesi del colore sottrativa

Sintesi additiva dei colori Ogni colore può essere ottenuto attraverso la miscelazione di tre emissioni di luce relative ai tre colori primari: unendo le luci rosso e verde si ottengono luci giallo arancio unendo le luci rosso e blu si ottengono luci porpora... il bianco si ottiene unendo le tre luci primarie a potenza massima

Sintesi sottrattiva Si fa passare luce bianca attraverso dei filtri che lasciano passare solo delle radiazioni di una determinata lunghezza d onda (cioè un dato colore). La parola sottrattiva sta a significare che si eliminano dei colori dal bianco per ottenere altri colori.

Glispazidicolore gli spazi di colore sono normalmente inventati per motivi pratici, quindi ne esistono molti Noi introdurremo: due spazi di colore derivati da dispositivi: RGB CMYK uno derivato dallo studio della percezione: HSV

Modello RGB E basato su 3 colori primari monocromatici: R rosso (lunghezza d onda λ=700nm) G verde (λ=546.1nm) B blu(λ=435.8nm) Tipico dei dispositivi di acquisizione e visualizzazione

Spazi di colore lo spazio RGB può essere rappresentato graficamente tramite il cubo RGB

Modello RGB Una vasta percentuale dello spettro visibile puo essere rappresentata miscelando luce rossa, verde e blu in diverse proporzioni e intensita. Se i colori primari sono sommati producono il bianco per questo motivo il modello RGB e di tipo additivo per produrre il bianco tutte le lunghezze d onda visibili sono trasmeesse all occhio I colori additivi sono usati per l illuminazione, i video e i monitor.

Modello CMY A partire dal cubo RGB ritroviamo immediatamente i colori ciano (Cyan), Magenta, giallo (Yellow) (posizionati sui 3 vertici rimanenti) Il modello CMY rappresenta lo stesso spazio di colore del RGB ma utilizza una base alternativa

Modello CMY Il modello CMY si basa sulla capacita propria dell inchiostro su carta di assorbire luce Quando la luce bianca colpisce gli inchiostri, alcune lunghezze d onda visibili vengono assorbite, mentre altre vengono riflesse e quindi viste. per questo motivo questo modello di formazione del colore si dice sottrattivo

Modello CMYK K rappresenta il nero (black) il nero puo essere derivato direttamente dalla combinazione di C M e Y (ossia assorbendo tutti e tre i colori base). Purtroppo pero gli inchiostri di stampa contengono molte impurita, quindi questo modello di combinazione del colore invece di produrre il nero produce un marrone scuro CMYK e lo standard delle stampanti

RGB -> CMY C M Y = 1 1 1 R G B

Spazi di colore Gli spazi RGB e CMYK sono stati concepiti in funzione dei dispositivi di visualizzazione (monitor e stampanti), ma non rispecchiano affatto la nostra percezione. Un modello alternativo molto più vicino al nostro modo di vedere i colori è il modello HSV. Il modello HSV viene usato molto spesso nell ambito dell analisi di immagini

Spazio HSV H = hue, tinta S = saturation, saturazione V = value, valore

Spazio HSV Hue: e la tinta vera e propria. Saturazione: la distanza del colore dal grigio piu vicino Valore o illuminazione: si parla di quantita di luce o quantita di bianco di un colore

RGB-> HSV V = (R+G+B)/3 S = 1-min(R,G,B) H=...

Un applicazione:skin finder Il colore della pelle umana e il risultato degli effetti di sangue e melanina. Moltospessoall internodiimmagini contenenti persone gli effetti di filtri e luci colorate sono attenuati, per evitare sgradevoli effetti bluastri o verdastri sulla pelle

Un applicazione:skin finder Esistono svariati algoritmi che effettuano un test di colore su ogni pixel a partire da immagini a colori. Noi ne vedremo due molto semplici: 1) test basato sulla rappresentazione RGB 2) test basato sulla rappresentazione YIQ

Skin finder (1) E stato dimostrato che molti pixel di tipo pelle si posizionano in una porzione specifica del piano RG per ogni pixel dell immagine si utilizza una sogliatura sul valore R/G, nella rappresentazione RGB: t<=r/g<=t La scelta del valore delle soglie t e T e importante.

Skin finder (1)

Skin finder (2) Per motivi di velocita di esecuzione puo essere opportuno limitare la sogliatura ad un campo di colore. Un algoritmo esistente in letteratura che segua questa idea e basato sullo spazio YI Q (una rotazione dello spazio YIQ usato dalle TV americane, che non e altro che una riscalatura del RGB)

Skin finder (2)

Aspetti importanti rapporto tra falsi positivi e falsi negativi accuratezza della soglia: e importante avere dei dati di training significativi si potrebbe pensare di usare qualche algoritmo di apprendimento piu sofisticato per caratterizzare i pixel pelle.