Multimediální systémy Přednáška VII Multimediální systémy PVII

Zpracování informace o barvách - barevné modely Základní problém zobrazení grafické informace (a s ní souvisícím zobrazení animací i videa je zobrazení barev. Obdobně, jak při zpracování zvuku, kdy potřebujeme specifikovat technické parametry fyzikálního signálu pro dosažení jistého fyziologického vněmu, i u barev potřebujeme specifikovat technické parametry umožňující zachytit fyzikální vlastnosti světla tak, aby jsme dokázali reprodukovat fyziologické vněmy týkající se vnímání barevnosti objektů. Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Fyzikální podstata Z fyzikálního hlediska je světlo elektromagnetické vlnění v oblasti 108 MHz. Každé barvě viditelného spektra odpovídá určitá frekvence, resp. vlnová délka. Rozsah barev viditelného spektra se pohybuje od červené po fialovou. Podle spektra frekvencí, které vysílá zdroj světla můžeme světlo rozdělit na: achromatické světlo (bílé světlo) - toto světlo obsahuje všechny barvy (zdroj např. Slunce). Kombinace frekvencí odražených od těles vytváří jejich barvu. Frekvence určité části spektra, která převládá, se nazývá dominantní frekvencí. monochromatické světlo- světlo pouze jedné frekvence (zdroj např. laser). Multimediální systémy PVII

Charakteristické atributy Světlo můžeme charakterizovat následujícími atributy: barva: základní atribut, závislý od frekvence vlnění, jas: souvisí přímo úměrně s intenzitou světla, sytost barvy: odpovídá "čistotě" světla, čím vyšší je sytost, tím užší frekvenční spektrum je ve světle obsažené, světlost: odpovídá velikosti achromatické složky ve světle s určitou dominantní frekvencí. Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Skládání barev Důležitou otázkou vytváření a uchovávání barevné informace je otázka skládání barev. Její podstatou je nalezení vhodného modelu, předpisu, který pomocí základní (pokud možno co nejmenší) množiny barev umožní vytvoření všech požadovaných odstínů. Multimediální systémy PVII

Modely barev – barevné modely Barevné modely dávají odpověď na otázku, jaká je množina základních barev, se kterými budeme pracovat a na otázku, jak z těchto barev máme vytvořit kombinací ostatní barevné odstíny. Vzhledem k tomu, že pro míchání barev se používají různé technologie (tisk, zobrazování na displeji) a na to, že barevné vnímání je subjektivní fyziologický proces, existuje několik modelů, které jsou ale mezi sebou navzájem převoditelné. Podle toho, jestli jsou spíše orientovány na technologii vytváření barev, anebo na barevné vnímání rozlišujeme technologické anebo fyziologické modely Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Směšování barev Dva základní principy směšování barev: - aditivní směšování, kde každým přidáním složky barvy vzniká světlejší barevný odstín. Smícháním všech složek vzniká bílá barva (typicky model RGB). - subtraktivní směšování, kde každým přidáním složky barvy vzniká tmavší barevný odstín. Smícháním všech složek vzniká černá barva (typicky model CMY). Podle použitých základních barev, metody směšování a použitých fyzikálních charakteristik rozlišujeme různé barevné modely. Nejčastěji používanými modely jsou model RGB, model CMY(K), model HSB, model HLS a z hlediska podobnosti s lidským vnímáním model UWB. Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model RGB Tvorba barevných odstínů: aditivním způsobem Základní složky: červená (R-red), zelená (G-green) modrá (B-blue). Lidské oko - největší citlivost na tyto barvy Intenzita základních barev - interval <0,1> (anebo <0,255>) Při počítačové implementaci interval rozdělený na jistý počet bitů, např. při 8-bitovém kódování, 256 úrovní každé složky Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model RGB Nejčastěji reprezentovaný jako krychle s jednotkovými hranami s osami reprezentujícími velikost jednotlivých složek R, G, B: tyrkysová (0,1,1) modrá (0,0,1) zelená (0,1,0) černá (0,0,0) fialová (1,0,1) žlutá (1,1,0) červená (1,0,0) bílá (1,1,1) r b g Barvy ležící na diagonále mezi těmito vrcholy odpovídají odstínům šedé. Multimediální systémy PVII

Model RGB – technická realizace technicky orientovaný, jednotlivé složky odpovídají způsobům vytváření barevné informace na stínítku obrazovek barevných displejů a televizorů Multimediální systémy PVII

Model RGB – technická realizace Děrová maska Proužková maska Štěrbinová maska Zobrazení barvy využívá nedokonalosti lidského oka - oko vnímá plochy, ne jednotlivé body Multimediální systémy PVII

Model RGB – technická realizace Snímání barev – CCD prvek – snímá intenzitu světla – ne barevnou informaci Řešení – filtrace - jeden anebo tři prvky, postupné anebo paralelní snímání modré, červené a zelené části spektra polopropustná zrcadla R CCD B CCD G CCD Filtrace Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model RGB Barva R červená G zelená B Modrá Černá 1 Zelená Tyrkysová Červená Fialová Žlutá Bílá Tabulka základních kombinací modelu RGB Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model RGB Změna světlosti – současná změna parametrů RGB Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model CMY Barvy vytvářené subtraktivním způsobem Základní složky: tyrkysová (C-cyan), fialová (M-magenta) žlutá (Y-yellow) Při směšování - lidská zkušenost vychází ze subtraktivního směšování barev Využití: polygrafie, počítačové barevné tiskárny tryskové - stříkání kapiček různobarevných tuší (inkjet, bubblejet, deskjet) 3-4 kazety laserové – „zapékání“ barevného prášku Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model CMY Výsledný barevný obraz - soutisk tří obrazů na bázi barevných složiek, obvykle s přidáním černé složky (blacK), takže často uváděný jako model CMYK. Intenzita základních barev v intervalu <0,1>. Při implementaci interval rozdělen na jistý počet bitů, obdobně jako u předchozího modelu, např. <0,255>. Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model CMY Reprezentace: nejčastěji jako krychle, s jednotkovými hranami a osami reprezentujícími velikost jednotlivých složek C,M,Y: červená (0,1,1) žlutá (0,0,1) fialová (0,1,0) bílá (0,0,0) zelená (1,0,1) modrá (1,1,0) tyrkysová(1,0,0) černá (1,1,1) m y c Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model CMY Model CMY - 8 základních barev Vrchol [0,0,0] - bílá barva, [1,1,1] - černá barva Barvy na diagonále - odstíny šedéj, s nárůstem v opačném směru než u modelu RGB. Barva C tyrkysová M fialová Y žlutá bílá 1 červená Tyrkysová Zelená Modrá černá Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model HSB (HSV) Fyziologický model – parametry Hue - barevný tón, odstín < 0 , 360o > Saturation – saturace, sytost < 0 , 1> Brightness - jas < 0 , 1> Value - hodnota (aby se nemýlilo s Blue) b černá tyrkysová zelená žlutá červená (0 stupňů) bílá fialová modrá h s 1 Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model HSB (HSV) b černá h s Černá - bod [0,0,0] Bílá - střed podstavy jehlanu [0,0,1] Jas klesá od podstavy k vrcholu Sytost je daná vzdáleností od osy jehlanu Nevýhodou modelu je, že při konstantní hodnotě saturace s se při změně barevného tónu h musíme pohybovat po málo přirozené šestiúhelníkové dráze. Příslušné čisté (základní) barvy leží na obvodě podstavy jehlanu ve vrcholech šestiúhelníku Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model HSB (HSV) Vplyv změny saturace na obrázek Hue - barevný tón, odstín < 0 , 360o > Saturation – saturace, sytost < -255 , 255 > Brightness - jas < -255 , 255 > Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model HLS Nedostatek vytýkaný modelu HSB (HSV) odstraňuje model HLS V tomto modelu je šestiboký jehlan v prostoru souřadnic hsb (hsv) nahrazen dvojicí kuželů v souřadném systému daném parametry: barevný tón H (hue) , světlost L (lightness), sytost -saturace S (saturation). Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model HLS bílá l tyrkysová zelená žlutá fialová modrá h L=0,5 s červená černá Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model HLS l h L=0,5 s l, s hodnoty z intervalu <0,1> h patří do intervalu <0,360> stupňů Vrchol dolního kužele [0,0,0] černá Vrchol horního kužele [0,1,0] bílá Podstava ve vzdálenosti L= 0,5 - odpovídá skutečnosti, při této svítivosti vnímáme nejvíce barevných odstínů Vnímavost oka na barvy při velkém prosvětlení, rovněž s úbytkem světlosti klesá Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model UWB Model UWB - ještě blíže fyziologii vnímání barev lidským okem Zároveň blízký způsobu přenosu barevného signálu v systémech barevné televize. Založený na medzinárodně standardizovaných parametrech definovaných mezinárodní organizací CLE (Commission Internationale de l'Eclairage). Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model UWB Způsob vnímání barev okem je daný jeho uspořádáním: Obraz světa kolem nás promítaný na sítnici, která obsahuje dva druhy receptorů: Kuželovité čepíky, které jsou umístěny ve středu sítnice v počtu asi 6 miliónů - slouží ke vnímání barev. Podle spektrální citlivosti se rozdělují na skupinu vnímající spektrum červená-zelená spektrum modrá-žlutá. Tyčinky, rovnoměrně pokrývající celou sítnici v počtu 75-150 miliónů, umožňující vnímání všeobecné obrazové informace jako jsou obrysy a jas Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model UWB Na základě těchto vědomostí model, který rozděluje barevný signál na tři složky, ze kterých se každá týká jiného typu receptorů: Jedna složka je složkou jasu dvě složky se týkají barvy pro oblast červeno-zelené pro oblast modro-žluté Toto složení je obdobné definici barevného televizního signálu PAL, kde jsou UWB složky označovány písmeny: Y- jasová složka (B), z intervalu <0,1> CB- modrá složka (U) , z intervalu <-0,5; 0,5> CR- červená složka (W) z intervalu <-0,5; 0,5>. Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII Model UWB Při práci s černobílými obrazy, t.j. s barvami- odstíny šedé, postačuje jen složka Y, složky CB a CR jsou ignorovány Jas - ovládaný složkou Y, která nemá vplyv na nastavení barevného tónu obrazu. V případě přidávání složky CB (modro-žlutá složka), přechází obraz do modrého tónu, v případě jejího ubírání do žlutého tónu. V případě složky CR , v případě přidávání obraz přechází do červeného tónu, při odebírání do zeleného tónu. Multimediální systémy PVII

Zobrazení pomocí palety barev Použití palety - indexace barev možnosť použít - velké množství různých barevných odstínů - malé množství různých odstínů současně 000 001 067 222 058 244 010 231 172 230 045 234 033 121 100 200 123 Index barvy R G B hodnota1 hodnota2 hodnota3 … 255 Paleta – přiřazení Obrázek Multimediální systémy PVII

Použití rozptylu - dithering Šetření barevnými odstíny: pevné barvy (solid colours) přibližné barvy(dithered colours). Proces přbližného vybarvování spočívá v použití aproximace barvy, která není i v systému dostupná, použitím vybarvení pixlů pomocí dostupných pevných barev. Takto můžeme vytvořit upravený (přibližný) barevný obraz s použitím malého počtu barev Multimediální systémy PVII

Multimediální systémy PVII 16,7 miliónů 256 Multimediální systémy PVII 16

Multimediální systémy PVII 16 s rozptylem 16 Multimediální systémy PVII