Motivasjon. INF 2310 Farger og fargerom. Fargen på lyset. Fargen på lyset fra sola. Vi kan skille mellom tusenvis av fargenyanser

Transkript

1 INF 310 Farer o farerom Temaer i a Hovefokus på 6.1 o 6.: 1. Fare faresn o eteksjon av fare. Farerom - faremoeller 3. Overaner mellom farerom 4. Fremvisnin av farebiler 5. Faretabeller 6. Utskrift av farebiler 7. Pseuo-farer o falske farer 8. ilebehanlin på farebiler Motivasjon Vi kan skille mellom tusenvis av farenanser Farer jør et lett å skille mellom objekter Vi må åe visuelt O ve iital bileanalse Vite hvilket farerom vi skal bruke til forskjellie oppaver Kunne transformere fra ett farerom til et annet Kunne lare farebiler rasjonelt o kompakt Kjenne teknikker for utskrift av farebiler W Kapittel 6 unntatt 6.5 Color Transformations Anne Solber 1 # Anne Solber # Faren på lset fra sola Faren på lset Lset fra sola kan best beskrives ve strålinen fra et svart leeme me T 5780 K Planck-kurve. c lsets hastihet. h- Planck s konstant k oltzmann s konstant. λ - bølelene. Jora lier m fra sola o a er strålinen fra en kule me raius r m reusert til en irraiansen vi måler på toppen av joratmosfæren. 000 πhc M λ hc 5 λkt λ e 1 r E0 λ M λ Solar spectral irraiance I atmosfæren kan lset Spres Absorberes Transmitteres Det absorberes me strålin i UV o I et meste av enkle molekler H 0 CO... Vertikal-absorpsjonen pa asser i normalatmosfæren er som til høre. Snli ls lier mellom 0.4 o 0.7 μm W / m / mu wavelenth micrometers Anne Solber 3 # Anne Solber 4 #

2 ø Oransje ul rønn Can lå Et prisme kan vise oss farene i lset ~ nm ~ nm ~ nm ~ nm ~ nm ~ nm Fiolett ~ nm Anne Solber 5 # Faren på et objekt Objektets fare bestemmes av Det lset som faller på objektet -I Den anelen av ette lset som reflekteres. Derme er faren avheni av Spektral-forelinen til lset som faller på objektet Spektralforelinen til refleksjonen efleksjonseenskapene til objektet bestemmes av Kjemiske pimenter Fsiske overflate-strukturer Dette bestemmer hvilke bølelener som reflekteres absorberes A eller transmitteres T Anne Solber 6 # Hvorfor er blaer rønne o havet blått? Klorofll absorberer røe o blå bølelener men reflekterer rønt ls. Høstfarer: klorofllnivået snker o røe o ule farer ukker opp ijen. Vann: Lenre bølelener absorberes mer enn kortere bølelener. Vann ser erfot blått ut. Aler inneholer klorofll o sien mer rønt ls reflekteres blir vannet blårønt. Faresn etina er følsom for ls mellom 350 o 760 nanometer nm Fiolett: μm lå: μm rønn: μm ul: μm Oransje: μm ø: μm Ve sterk infrarø strålin kan vi oppfatte strålin helt opp til nm som ls selv om ette er varmestrålin. Simultane forskjeller ne til 1 nm i blå-rønt o ult kan sees mens forskjellen må være minst 10 nm i p røt o fiolett. Dette betr at vi kan skille mellom ca 100 rene farer Anne Solber Anne Solber 8 #

3 Øet o tre-fare sn Tre tper farefølsomme tapper i retina: S short - runt 40 nm %. Dette er e mest sensitive tappene/cones. M meium - runt 534 nm 33%. L lon - runt 564 nm 65%. Tappene analserer lset o finner en ominerene bølelenen. Stavene ros ir råtone-sn Er ikke sensitive for røt ls Tristimulus-verier Faren reuseres til tre verier tristimulus-verier Menen av alle slike mulie verier utjør vårt perseptuelle farerom Det er noen kombinasjoner av stimuli som ikke er mulie Vi kan ikke stimulere M-tappene uten å få noe respons fra S o L tappene samtii En liten anel har nesatt faresn eller er farebline rønnblinhet mer utbret enn røblinhet Oppfatter farer ve hjelp av to komponenter Anne Solber 9 # Anne Solber 10 # Tester for fareblinhet Me normalt sn ser u tallene o 5 Ve rø-rønn fareblinhet ser u tallet neerst til høre. For e nsjerrie Tre interaler ir Ls fra en kile me spektralforelin Eλ treffer et objekt me spektral refleksjonsfunksjon Sλ. eflektert ls etekteres av tre tper tapper me spektral lsfølsomhetsfunksjon q i λ. Tre analoe sinaler kommer ut av ette: Anne Solber 11 # Anne Solber 1 # E λ S λ q E λ S λ q E λ S λ q λ λ λ λ λ λ

4 primærfarer Commision Internationale e l Eclairae CIE The International Commision of Illumination har efinert primærfarene: lå: nm rønn: nm ø: 700 nm eskrivelse av farer En fare kan beskrives på forskjellie måter kalles farerom HSI Hue intensit saturation CMY Can Maenta Yellow pluss mane flere som vi snart skal se.. HSI er vikti for hvoran vi beskriver o skiller farer. I Intensitet: hvor ls eller mørk er en S saturation/metnin: hvor sterk er faren H ominerene fare bølelene H o S beskriver sammen faren o kalles kromatisitet Anne Solber 13 # Anne Solber 14 # XYZ ir menen av o En fare spesifises me trikromatiske koeffisienter: Ser at z1 Den ene parameteren er ekvivalent me luminositet. De to anre ir faren. Kromatisitet Alle farer som har samme intensitet jenis i et -D kromatisitetsiaram X X Y Z Y X Y Z Z z X Y Z valt Merk: vi har isolert vekk intensitet for å få et D iaram kan a Mettee farer lans hestesko CIE kromatisitetsiaram Minre mettee inn mot miten. Pastellfarer nee til høre. Alle blaniner av N farer lier innenfor N-kant me e N farene som hjørner. Alle mulie -farer lier innenfor markert trekant Anne Solber 15 # Anne Solber 16 #

5 Kameraets etektorer For e nsjerrie -kuben Lsfølsomhet for -etektorer: 001 blå can La spektralforelinen til lset inn i kamera være Cλ. Tre tall bestemmer farens posisjon i -rommet: maenta råtonebiler: rb hvit ci C λ ai λ λ i r b svart rø ul rønn 010 Merk: farene her er normaliserte slik at e lier mellom 0 o Anne Solber 17 # Anne Solber 18 # Eksempel -bile Liten emo farelek ån 1: ån : ån 3: Anne Solber 19 # -bilet vist på skjerm Anne Solber 0 #

6 CMYK-faremoellen CMYK- moellen er subtraktiv start me hvitt trekk fra farer. Alternativ til rb som basisfarer er can maenta ellow CMY-moeller. C 1 - eller 55 - hvis 8-bits ikke-normaliserte biler M Y er vanli på ispla men CMYK er vanli på fareprintere K er ekstra komponent for svart. Een komponent for svart fori full veri av C M o Y ir mørk brunt o ikke svart. På ulike printere ser oså e rene farene ulike ut når e skrives ut så farebiler forvrenes ofte ve utskrift. o CMY o CMY er i prinsippet sekunærfarer for hveranre Anne Solber 1 # Anne Solber # YIQ For e nsjerrie NTSC er stanar for TV o vieo i USA. ruker faresstemet YIQ. Y beskriver luminans I o Q er krominanskomponentene. samme sinalet brukes båe på fare- o råtoneskjermer. Overanen fra til NTSC s YIQ : Luminans-komponenten Y 0.99* 0.587* 0.114* Hue-komponenten I 0.596* 0.74* 0.3* Metnins-komponenten Q 0.11* 0.53* 0.31* svart 000 ir NTSC Y0 hvit 111 ir NTSC Y1. rå ir NTSC IQ0 o YIQ Transformasjonene kan uttrkkes ve matrisemultiplikasjon: Y I Q Y I Q For e nsjerrie Anne Solber 3 # Anne Solber 4 #

7 YCbCr-moellen Dette er faremoellen for iital TV o vieo! For e nsjerrie YUV-moellen rukes i analo TV NTSC PAL o SECAM. For e nsjerrie Y er luminans luma Cb er blå minus luma -Y Cr er rø minus luma -Y. YCbCr er kun iital mens kan være båe analo o iital. MPE-kompresjon i DVD er iital-tv o vieo CD er er koet i YCbCr iitale vieokameraer MiniDV DV Diital etacam osv. ir et YCbCr sinal over en iital link som FireWire eller SDI. Den analoe tvillinen til YCbCr er YPbPr. Y representerer intensitet luma U o V er fareifferansene -Y o -Y. Et vieo-kamera konverterer ata som er reistrert i fokalplanet til enten composite analo YUV analo YPbPr iital YCbCr. For framvisnin på skjerm må alle isse tre farerepresentasjonene konverteres tilbake til Anne Solber 5 # Anne Solber 6 # Hue Saturation Intensit HSI o IHS - primær o sekunærfarer 4π/3 hvit Hue: ren fare - ir bølelenen i et elektromanetiske spektrum. blå can can S rønn ul H rø H er vinkel o lier mellom 0 o π: ø: H0 rønn: H π/3 blå 4π/3 ul: Hπ/3 can π maenta 5π/3 maenta hvit 0 H π π/3 blå maenta I Hvis vi skalerer H-veriene til 8-bits verier vil ø: H0 rønn: H 85 blå 170 ul: H4 can 17 maenta 13. svart rønn 5π/3 H svart Anne Solber 7 # rø Anne Solber 8 # ul π/3

8 Mer om HSI Saturation: metnin hvor me rått inneholer faren Hvis S0 blir faren rå uavheni av hvilken veri H har. et vil si at vi lier et ste på iaonalen i -kuben S lier normalisert mellom 0 o 1 eller mellom 0 o 55 hvis 8-biters unsine verier pr. piksel. H o S tilsammen beskriver faren o kalles kromatisitet I: intensitet lier mellom 0 o 1 eller 0 o 55. HSI-moellen enet til å beskrive fare -moellen enet til å enerere farer Konverterin fra HSI til : formler finnes Anne Solber 9 # o HSI La -komponentene være normaliserte slik at e lier mellom 0 o 1: 1 θ H cos θ 360 θ > [ ] 3min S Merk at H er uefinert når S er uefinert når I0. Overanen fra HSI til kan enklest eles i tre tilfeller: ø-rønn sektor: rønn-blå sektor: lå-rø sektor: 0< H 10 I 1 I 1 S cos H cos 60 H 1 S Anne Solber 30 # H H 10 I [ 1 S] I 1 1 S cos H 10< H 40 40< H 360 cos 60 H H H 40 I [ 1 S] I 1 1 I S cos H cos 60 H Eksempler på CMYK HSI CMYK HSI ø ul rønn lå Hvit rå Svart Anne Solber 31 # Merk: hvis S0 spiller et inen rolle hva H er Men bilet mitt ser ikke likt ut på to skjermer? -farer på en skjerm avhener av skjermens eenskaper vs. et samme bile vist på to skjermer kan se ulikt ut. Det samme bilet skrevet ut på to fareprintere kan se HELT forskjelli ut faren avhener av bl.a. skriveren farepatronene papiret etc. En skjerm kan vise flere farer en en CMYK-printer kan skrive ut o en CMYK-skriver kan skrive noen farer en -skjerm ikke kan vise. Vi sier at o CMYK er utstrs-avhenie farerom. Det finnes internasjonale stanarer for farerom som er utstrsuavhenie. Et slikt sstem er CIEs XYZ-farerom. Antall stabile jenkjennbare farer på en skjerm er anske lite! Anne Solber 3 #

9 Faresn Vi kan skille mellom ca. 100 rene farer hue. Når farene oså varierer i intensitet kan vi skille mellom ca farer hueintensit. For hver av isse kan vi skille mellom ca. 60 ulike metninsraer saturation. Vi kan altså skille totalt ca farer. Dette kan representeres me 19 biter Larer komponentene som bte-biler. totalt 4 biter per piksel. Farebiler o faretabeller kan lares me like mane biter for r b f.eks Selv biter ir oss kombinasjoner men bare 8 forskjellie nivåer av røt rønt o blått o erme oså bare 8 forskjellie råtoner. Det er ikke sikkert at alle e 51 farene finnes i bilet. Et scene me mane nanser av én fare vil a se ille ut! Hvorfor? Jo fori enne faren bare får 8 forskjellie nanser! Alternativt kan man bruke 8 biter o faretabeller. Hver ra i tabellen beskriver en r b-fare me 4 biter. Tabellen inneholer e 56 farene som best beskriver bilet. I bile-filen lier pikselveriene som tall mellom 1 o 55. Når vi skal vise bilet slår vi bare opp i samme ra som pikselverien o finner e tilsvarene r b-veriene Anne Solber 33 # Anne Solber 34 # Faretabell / oppslastabell LUT Faretabell råtone/fareavbilninen utføres som oppsla i en tabell LUT - Look Up Table Innholet i bilefilen enres ikke LUT-operasjonen utføres på atastrømmen mellom hukommelsen atabufferet o skjermen v out LUTv in Hvis vi ønsker enrin i bilet: Oppatér bare verier i LUT ikke n m verier i bilet Q: Kan vi lae et neativt fra et positiv på enne måten? Pikselveri Disse veriene lier laret på bilefilen -veri Disse veriene vises på skjermen Kan vise 4 biters -verier på 8 biters skjerm Eller vise pseuofarer fra et råtonebile Pikselveriene fra 0 til 55 tilornes et -triplet Ve framvisnin leses pikselverien Pikselverien viser til et linjenummer i tabellen som inneholer -farene Anne Solber 35 # Anne Solber 36 #

10 Meian-cut aloritmen En tilpasnin til e farer som finnes i bilet: 1. Finn en boksen i -rommet som omslutter alle farene i bilet.. Sortér farene i boksen lans en lenste imensjonen til boksen. Dette jøres enklest ve hjelp av et historam. 3. Del boksen i to ve meianen til en sorterte listen. Derme blir boksen elt i to ne bokser omtrent like mane piksler tilhørene hver ne boks. 4. jenta ste o 3 for alle boksene som nettopp ble annet. Stopp når u har 56 bokser. 5. For hver boks la mitpunktets -verier representere boksen o la en 56-linjers LUT som inneholer isse mitpunktene. 6. Erstatt hver 3 8 biters pikselveri me en 8 biters ineks som svarer til et boks-mitpunktet som lier nærmest 3 8 biters pikselverien i -rommet Anne Solber 37 # Overaner mellom små o store enianere To piksler me 3 8 biters bi enians :111 e: avlest som little enians blir til La en LUT innehole 56 farer LUT en som inneholer 56 3 bte vil bli utsatt for effekten ovenfor. Samtii vil to o to piksler i bilefilen btte plass La en LUT innehole linjer farer a 16 biter. Nå blir ikke lener to o to piksler i bilefilen bttet om. Men pikselverien vil peke til feil ste i faretabellen. Anta 16 biter bte : biter 50% rå svarer til i en biters LUT me bitmønster tter vi om på btene får vi vs på en skala fra 0 til 1. 50% rått er blitt til en anske unkel blåfare. i-enian: mest sinifikante bte lares først for eksempel 16bits int. Little enian er motsatt Anne Solber 38 # Alfa-kanal Utskrift av råtonebiler α iα eller α spesifiserer om farene i bilet er helt eller elvis transparente. Verier av α fra 0 helt transparent til 55 helt ujennomsikti. Problem: printere er binære skriver svart eller inentin Et piksel Hensikten me en alfa-kanal er at man kan la en bakrunn snes jennom et bile. akrunnen kan bestå av forskjellie rafiske elementer eller av et annet bile. Løsnin: printeren jobber på et finere ri bruker halvtoner Teknikken kalles alpha blenin o kan båe brukes til å vise tekst o rafikk sammen me et bile blenin av to biler to bilesekvenser eller stilleståene bakrunn me en vieo-sekvens. Finnes i Aobe Photoshop Paint Shop Pro IMP... Hvis vi leer et bile oppå en bakrunn blir resultatet bilefaren α bakrunnsfaren 55 - α / 55. esultat lik bakrunn for α 0 esultat mit mellom for o bakrunn for α 17 ø ø ø rønn rønn rønn lå lå lå Virker fori: øet jør en lattin av intensitetsverier slik at et jennomsnitt vises Utforrin: hvoran lae mønstere av binære piksler som utjør en råtone Patternin bruker n 1 verier fra n n rutenett Ornet Ditherin terskler me en matrise feil-iffusjon foreler feilene ve tersklin esultat lik forrunn for α Anne Solber 39 # Anne Solber 40 #

11 Ditherin 0 18 Terskler råtonebilet mot en ither-matrise Dither-matrisen D D n inneholer n n elementer eler råtoneskalaen fra 0 til 55 inn i n ekviistante trinn Feil-iffusjon etter opp sstematiske feil som innføres ve ither-tersklin. En terskel 18 vil avbile en råtoneveri som 0 svart eller 55 hvit OK hvis pikselveri nær 0 eller 55 hvis pikselveri nær terskelverien blir feilen stor. Forstørr opp bilet me en faktor n. Matrisen lees som en maske over bilet Elementene i matrisen funerer som terskler. Hvis pikselverien > terskelen > hvit ellers svart. ir et tilsnelatene råtonebile som Diffusjon sprer feilen over flere nabopiksler P 7 /16 3/16 5/16 1/16 Dette forberer et visuelle resultatet estår av svarte o hvite punkter erensniner: Har samme størrelse som oriinal-bilet Kan ikke kan spre feilen utenfor bilets renser Har sstematiske mønstre for hver råtone. råtoner kan ikke ene uner 0 eller over Anne Solber 41 # Anne Solber 4 # CMYK-moell brukes Utskrift av farebiler Halvtonemønstre i bestemte vinkler ulik for hver fare må brukes til å lae faremønstere Prinsipp: øet kombinerer e fire farene slik at inen brå fareoveraner ses Hver fare skrives ut i et spesielt smmetrisk mønster Pseuo-farer Pseuo-farebiler kan være råtonebiler er man har tilornet hver råtone en -fare ve hjelp av en oppslastabell LUT. oal Sweish Acaem of Sciences Anne Solber 43# Anne Solber 44 #

12 Fare-rafikk - I Vi kan prousere raster-ata basert på observasjoner simuleriner bereniner etc. Et eksempel kan være nebør-ata i en kartprojeksjon. Fare-rafikk - II Vi kan prousere vektor- eller rasterbiler vha fraktaler. Dette er heller ikke et resultat av avbilnin. ruk av en LUT ir a en rafisk framstillin som IKKE er annet ve avbilnin Anne Solber 45 # Anne Solber 46 # NOAA AVH kanal 1: nm kanal : nm kanal 4: nm Falske farer Kanal 14 som Kanal Kanal 4 itt fire multispektrale kanaler. Kombinasjon av ir et naturtro -bile. Falske farer - II : iomasse snes som røt Dette skles re ee i reflektansen for klorofll vist som -bile Meteoroloisk Institutt kanalene er ikke Altså falske farer Anne Solber 47 # Anne Solber 48 #

13 Historammer av farebiler - I Historammer fra farebiler - II Et bile me tre bån har eentli en 3-imensjonal kube som historam Me 3 aner 8 bit får enne 56*56* bins Et bile på 104*104 piksler fller maksimalt 1/16 av isse bins vs. 3D-kuben er for et meste tom. Man jobber vanlivis ikke på 3Dhistorammet men på projeksjoner ne til 1D eller D Projeksjon ne på - - eller -aksen Et 1D-historam for hver av farene Projeksjon på - - eller -planet Et D-historam for hvert fare-par Anne Solber 49 # Anne Solber 50 # Historamutjevnin av -biler Historamutjevnin på hver komponent uavheni av hveranre Ofte årli resultat hvit Eks: Historamutjevnin vs HSI Et bere alternativ er å bentte HSI: Transformér bilet fra til HSI can jør historamutjevnin på I-komponenten Transformer HSI n tilbake til rønn S blå H ul rø maenta I Oriinalbile Historamutjevnin på Historamutjevnin i intensitet i HSI svart Anne Solber 51 # Anne Solber 5 #

14 Historamutjevnin i HSI Transformer fra til HSI. ruk kumulativt I-historam til historamutjevnin. Transformer tilbake til. Lavpass-filtrerin av farebiler Et farebile kan representeres som -komponenter venstre eller som HSI neenfor H o S er uforanret men sien I er enret kan fare-persepsjonen påvirkes. Juster eventuelt metninen S før transformen fra HSI til Anne Solber 53 # -filtrerin ir blurrin enrin av fare-kantene. Filtrerin av I ir et mkere bile uten enrin i farene Anne Solber 54 # Laplace-filtrerin av farebiler Vi kan jøre et råtonebile skarpere ve å aere skalert Laplace-bile. Vi kan aere Laplace til hver -komponent. f f f c Faren i hvert piksel påvirkes av faren til alle pikslene innenfor filteret Eller vi kan transformere til HSI aere Laplace til I konvertere tilbake. Faren er bevart men intensiteten enres nær kanter o linjer i bilet. Tersklin av farebiler - I Anta at vi har observert samme scene på flere bølelener. Vi kan a utføre tersklin basert på to-imensjonale tre-imensjonale eller multi-imensjonale historammer Enkel metoe: 1: estem terskler uavheni for hver kanal. : Kombiner alle sementerte kanaler til ett bile. Dette svarer til at vi har elt opp f.eks. -rommet i bokser Anne Solber 55 # Anne Solber 56 #

15 Tersklin av farebiler - II En mer kompleks metoe: Vel et punkt i et multiimensjonale rommet som referanse f.eks Terskle basert på avstan fra ette referansepunktet. Slik at [ ] [ ] [ ] f f f > ma 0 hvis 1hvis Dette efinerer en kule me raius ma omkrin punktet Kan lett eneraliseres til ellipsoie me forskjellie avstans-terskler i Merk at a er > 1 0 hvis 1 1 hvis > ma hvis 0 [ ] [ ] [ ] f f f Anne Solber 57 # Tersklin i HSI Transformer fra til IHS. Anta at vi vil sementere ut e elene av bilet som Har en itt fare Hue eks: finn hu i passbiler i fare Er over en itt metnins-terskel Saturation La en maske ve å terskle S-bilet vel en percentil Multipliser H-bilet me masken. Vel et intervall i H som svarer til ønsket fare. Husk at H er sirkulær Høeste o laveste veri på H-skalaen er naboer! Anne Solber 58# Kant-eteksjon i farebiler råtone raient-estimatorene er ikke efinert for vektorer. Vi kan finne raient-manitue per -komponent summere o skalere. Vi kan finne raient-manitue o retnin vha prikk-prouktene av - o - komponentene av raienten i -rommet: [ ] F 1 t 1 sin cos 1 θ θ θ Differansen er litt komplisert å analsere! 1 tan θ Anne Solber 59 # Stø i farebiler Leer aitiv aussisk stø til hver -komponent μ0 σ 800. Støen er minre snli i farebilet. Konverterer et støflte bilet til HSI. H o S er veli støflt I er minre støflt enn -kanalene Anne Solber 60 #

16 Kompresjon av farebiler Stirr på miten av flaet i 30 sekuner... Vi har sett på klassisk JPEkompresjon av farebiler. JPE 000 oppnår høere kompresjon o bere kvalitet. Eksempel: Kompresjonsrate Anne Solber Anne Solber # Hovetemaer Objekters fare o hvoran øet oppfatter em. Viktie farerom CMYK HSI Minre temaer: framvisnin faretabeller utskrift falske farer bilebehanlin på farerom Anne Solber Anne Solber 64