Teoria del colore

Andrea TorselloDipartimento di informaticaUniversità Ca’ Foscarivia Torino 155, 30172 Mestre (VE)

• La percezione del colore e’ dovuta alla interazione fisica tra la luce emessa da una sorgente, gli oggetti incontrati nel suo cammino e l’occhio di un osservatore umano.

• Il colore percepito da un osservatore e’ funzione delle caratteristiche fisiche della luce che lo raggiunge.

Newton• Dobbiamo a Newton la prima teoria coerente del

fenomeno fisico legato alla percezione del colore • Se facciamo passare luce bianca attraverso un

prisma la luce viene separata in vari colori. • L’intuizione di Newton e’ che il bianco non e’ un

colore “puro”, ma e’ la composizione di piu’ colori.

Sintesi additiva

• Newton descrive l’algebra dei colori per mezzo di un un cerchio.

• I colori sono disposti attorno il cerchio nello stesso ordine in cui vengono incontrati dello spettro.

• La combinazione in parti uguali di due colori e’ al centro del segmento che li unisce.

Coni• Spazio del colore descritto da Newton ha 3

dimensioni (luminosita’ + 2 per il cerchio del colore)

• Ricerca fisiologica ha dimostrato che nella cornea umana esistono tre diversi recettori per la visione diurna (coni) sensibili in modo diverso alle varie frequenze di una radiazione elettromagnetica.

Percezione• La percezione del colore e’

determinata dalla risposta di questi recettori.

• Due luci con spettri diversi che producono la stessa risposta vengono percepite dello stesso colore

d)()(β

d)()(γ

d)()(ρ

Color Matching• Si puo’ pensare ad un semplice esperimento:

– Un osservatore controlla tre luci “centrate” sulle frequenze di massima risposta dei tre recettori.

– Controllando la proporzione delle tre luci cerca di riprodurre la stessa percezione cromatica di una luce di test.

• Se le tre luci riesconoa riprodurre le stesse intensita’ di attivazione delle tre classi di coni, la percezione cromaticadovrebbe essere identica.

Color Matching• L’esperimetno funziona con quasi tutti I colori.• Esistono pero’ delle tonalita’ di colore tra il blu ed

il verde che non possono essere riprodotte in questo modo.

• Ma, se a questo coloreaggiungiamo del rosso siamo in grado di riprodurlo usando verde e blu.

• Cioe’, dobbiamo aggiungere una quantita’ negativa di rosso

Interpretazione• Le regioni di sensibilita’ delle tre classi di

recettori si sovrappongono.• La luce verde stimola il recettore rosso piu’ del

colore test (ciano).• Per ottenere la stessa risposta bisogna ridurre la

risposta dei coni rossi (sottrarre del rosso)

Color Matching functions• Color matching functions: quantita’ di un un

colore necessarie per riprodurre la percezione cromatica di una luce in funzione della frequenza.

Standard CIE• 1931 standard CIE definisce tre “colori” virtuali

XYZ. • I colori non corrispondono a nessuna luce reale,

ma la percezione cromatica di ogni radiazione luminosa puo’ essere riprodotto con una combinazione positiva di questi colori virtuali.

Standard CIE• Riportando il piano di luminosita’ unitaria

(X+Y+Z=1)sul piano XY, otteniamo il diagramma di cromaticita’ CIE

Gamut• Il diagramma di cromaticita’ ci fornisce uno

strumento di analisi per il problema del color matching.

• Qualsiasi dispositivo che crei colori miscelando una serie di luci di colore fissato puo’ ottenere solo colori contenuti nel poligono con vertici tali luci.

• L’area di tale poligono e’un indice della quantita’ di colori riproducibile dal dispositivo e viene chiamataGamut

Gamut• Dispositivi diversi possono usare colori base

diversi (la stampa usa ciano magenta e giallo invece di rosso verde e blu), ma I colori riproducibili sono comunque limitati dal gamut del dispositivo.

• Nel passaggio da un dispositivo ad un altro bisogna riportare colori non riproducibili all’interno del gamut del nuovo dispositivo.

CIE Luv• Non c’e’ corrispondenza tra distanza nello spazio

XYZ e la differenza percepita tra i colori.• Spazio CIE Luv e’ una deformazione di XYZ che

riduce la discrepanza tra distanza e differenza cromatica.

Sintesi additiva-sottrattiva

Effetti dell’illuminazione

Percezione oltre la retina

Percezione

Percezione

Percezione

Percezione

Percezione

Percezione

Bilanciamento

Bilanciamento

Spazi di colore

Spazio RGB• Spazio di colore definito dalle

quantita’ di luce rossa, verde e blu.• Lo spazio dei colori e’ contenuto in

un cubo

Effetti di quantizzazione

Spazi CYM e CYMK• Le basi sono complementari a RGB Ciano,

giallo (Yellow) e Magenta• Sintesi sottrattiva, lo 0 e` il bianco

C=1-R Y=1-B M=1-G

• E` difficile ottenere un nero puro miscelando le basi, per la stampa si aggiunge il nero (blacK)

K=min(1-R,1-G,1-B) C=1-R-K Y=1-B-K M=1-G-K

(uno tra C,Y e M sara’ 0)

Spazio HSV• Spazio colore naturale basato su

tinta (hue), saturazione e valoreproporzione di luminosita’ rispettoal massimo per tinta e saturazione dati

Spazio HSL• Simile a HSV, ma e’ la saturazione

ad essere relativa alla massima per tinta e intensita’ date

Spazio YCbCr• YCbCr (YUV) (usato per TV e JPEG)

Y = Kr R + Kb B +(1-Kr-Kb) GCb = 0.5(B-Y)/(1-Kb)Cr = 0.5(R-Y)/(1-Kr)

Kr = 0.114 Kb= 0.299

Scomposizione dei canali

Trasformazioni nei diversi spazi

I H,S

Trasformazioni nei diversi spazi

Luminosita` e/o contrastoOperando allo stesso modo su tutte le componenti RGB non si hanno variazioni tonali, ma solo variazioni di luminosita` e/o contrasto.

Correzione tonaleOperando separatamente sulle componenti cromatiche (CYMK nell’esempio) si possono correggere deviazioni cromatiche.

Saturazione percepitaEqualizzazione dell’intensita` altera la percezione della saturazione.

aumentando la saturazione si ottiene l’immagine finale.